沁城煤礦煤層氣水平井壓裂數據與壓裂效果間關系研究

姜春陽

（山西藍焰煤層氣集團有限責任公司，山西 晉城 048200）

0 引言

本文研究位于沁城煤礦嘉能工區煤層氣水平井，為防止不同區域水平井主產煤層存在地質條件和構造差異，選取同一區域主產煤層分別為3#、15#煤層的4 口水平井，首先收集該區域3#、15#煤層的地質資料以及各水平井壓裂排量、停泵壓力等壓裂數據[1]，然后查看水平井各壓裂段施工曲線中油管壓力和油管排量間變化關系，根據曲線變化可將壓裂效果分為破壓是否明顯[2]，破壓不明顯又分為加砂順暢和加砂不順暢，最后找出該區塊煤層水平井各項壓裂數據與壓裂效果間關系。

1 沁城煤礦地質條件

4 口煤層氣水平井位于木亭村同一生產平臺（一場四井），其主產煤層資料和瓦斯賦存情況如下：

1.1 主產煤層資料

該區域3#煤層位于山西組下部，選址區域煤層厚度3.5 m，煤層連續穩定，周邊無構造。

該區域15#煤層位于太原組下部，選址區域煤層厚2.9 m，煤層連續穩定，周邊無構造[3]。

1.2 瓦斯賦存情況

該區域3#、15#煤層瓦斯含量為12～17 m3/t。

2 水平井壓裂數據

4 口煤層氣水平井壓裂數據匯總統計如下，其中壓裂數據包括壓裂段數、平均砂比、加砂量、排量、前置液施工壓力、攜砂液施工壓力、停泵壓力共七項數據，壓裂效果包括破壓是否明顯、加砂是否順暢，通過對比分析以上各項數據來找出二者間關系。

2.1 QC-L-07 水平井壓裂數據

QC-L-07 水平井壓裂數據和生產數據詳見表1及表2，其主產煤層為3# 煤層，與QC-L-08 水平段軌跡基本相同，其中：

1）前置液環空每段平均施工壓力為25.6 MPa，攜砂液環空每段平均施工壓力為25.8 MPa（以下簡稱攜環壓），較前置液環空每段平均施工壓力上升0.2 MPa（以下簡稱攜前環壓差值），二者基本相同，升幅1%（以下簡稱攜前環壓幅值）。

2）前置液油管每段平均施工壓力為41.2 MPa，攜砂液油管每段平均施工壓力為39.8 MPa（以下簡稱攜油壓），較攜砂液油管每段平均施工壓力下降1.4 MPa（以下簡稱攜前油壓差值），降幅3%（以下簡稱攜前油壓幅值）。

2.2 QC-L-08 水平井壓裂數據

QC-L-08 水平井壓裂數據和生產數據詳見表1及表2，其主產煤層為15#煤層，與QC-L-07 水平段軌跡基本相同。

其中第5 段加砂量降低至20 m3是為了防止將周邊煤層氣井壓穿而采取的降低施工排量、壓力和砂比的措施，以下各項數據不包括第5 段壓裂數據：

1）前環壓為26.6 MPa，攜環壓為27.1 MPa，攜前環壓差值為0.5 MPa，攜前環壓幅值為2%。

2）前油壓為45.0 MPa，攜油壓為45.7 MPa，攜前油壓差值為0.7 MPa，攜前油壓幅值為1%。

2.3 QC-L-09 水平井壓裂數據

QC-L-09 水平井壓裂數據和生產數據詳見表1及表2，其主產煤層為3#煤層，與QC-L-10 水平段軌跡基本相同。

第3 段加砂量為25 m3，原因與QC-L-08 井第5 段減少砂量原因相同，以下各項數據不包括第3 段壓裂數據：

1）前環壓為26.6 MPa，攜環壓為27.8 MPa，攜前環壓差值為1.2 MPa，攜前環壓幅值為5%。

2）前油壓為41.8 MPa，攜油壓為45.5 MPa，攜前油壓差值為3.7 MPa，攜前油壓幅值為9%。

2.4 QC-L-10 水平井壓裂數據

QC-L-10 水平井壓裂數據和生產數據詳見表1及表2，其主產煤層為15#煤層，與QC-L-09 水平段軌跡基本相同。

該井峰值產氣量為390 m3/h，壓裂平均砂比為8.56%，每段粗砂加砂量為1.5 m3，每段中砂加砂量為25 m3，環空排量為5.5 m3/min，油管排量為0.5 m3/min。

1）前環壓為28.3 MPa，攜環壓為25.9 MPa，攜前環壓差值為-2.4 MPa，攜前環壓幅值為-8%。

2）前油壓為36.5 MPa，攜油壓為34.1 MPa，攜前油壓差值為-2.4 MPa，攜前油壓幅值為-7%。

3 結論

3.1 加砂量、排量

1）3#煤層水平井壓裂每段中砂加砂量為30 m3，環空排量為7.0 m3/min，9 段順暢，4 段不順暢。

2）15#煤層水平井壓裂每段中砂加砂量為25 m3，環空排量為5.5 m3/min，7 段破壓明顯，6 段順暢。

由上可知，壓裂時加砂量、排量大小與壓裂效果無直接關系。

3.2 平均砂比

1）破壓明顯時，4 口水平井各壓裂段平均砂比為8.6%。

2）加砂順暢時，各壓裂段平均砂比為8.5%。

3）加砂不順暢時，各壓裂段平均砂比為8.7%。

由上可知，壓裂時砂比與壓裂效果無直接關系。

3.3 停泵壓力

1）破壓明顯時，4 口水平井各壓裂段平均停泵壓力為12.3 MPa。

2）加砂順暢時，各壓裂段平均停泵壓力為12.5 MPa，與破壓明顯時停泵壓力基本相同。

3）加砂不順暢時，各壓裂段平均停泵壓力為18.7 MPa。

由上可知，根據停泵壓力可區分壓裂時是否加砂通暢，無法區分破壓明顯和加砂順暢。

3.4 施工壓力

1）破壓明顯時，4 口水平井各壓裂段前置液油管平均施工壓力為37.8 MPa，各壓裂段攜砂液油管平均施工壓力為35.4 MPa，后者較前者下降2.4 MPa，降幅為6%。

2）加砂順暢時，二者壓力分別為42.8 MPa和42.9 MPa，后者較前者上升0.1 MPa，基本相同；加砂不順暢時，二者分別為41.9 MPa和46.4 MPa，后者較前者上升4.5 MPa，升幅11%。

由上可知，壓裂時攜砂液較前置液的油管施工壓力降幅越大，壓裂效果越好。