煤層壓裂技術(介紹)

二〇一〇年八月匯報提綱1.1主要勘探、開發(fā)區(qū)一

概要三交準格爾大寧-吉縣韓城

根本探明區(qū)自營礦權中石油油氣礦權對外合作其他公司礦權保德位于鄂爾多斯盆地東緣，包括韓城、大寧-吉縣、三交、保德和準格爾五個區(qū)塊。1.2

壓裂工作量統(tǒng)計一

概要2021年至2021年7月17日，中石油煤層氣公司在韓城、三交、大寧－吉縣區(qū)塊共進行了220口井,463層的壓裂施工。目前主要的勘探、開發(fā)區(qū)塊是韓城。匯報提綱

2.1韓城區(qū)塊根本地質特征二煤層根本認識

韓城區(qū)塊主要發(fā)育3#、5#和11#煤層，其主要特征如下：

2.2

煤層氣壓裂巖心實驗-煤樣化驗分析韓城區(qū)塊煤樣化驗結果二煤層根本認識韓城區(qū)塊煤層埋藏較淺，滲透率較低，含氣量較高，經壓裂后能獲得較好的產氣量，有利于煤層氣的勘探開發(fā)巖石種類彈性模量MPa泊松比范圍平均值多孔、松散至微膠結3500-1040070000.2-0.3中等硬度13800-27600270000.17堅硬致密34600-52300435000.152.2

煤層氣壓裂巖心實驗-煤樣巖石力學參數(shù)檢測區(qū)塊參數(shù)名稱數(shù)據(jù)單位備注韓城區(qū)塊泊

松

比0.19(無因次)5號煤樣彈性模量7608.39

(MPa)泊

松

比0.24(無因次)3號煤樣彈性模量9755.42

(MPa)三交區(qū)塊泊

松

比0.24(無因次)5號煤樣彈性模量2289.10

(MPa)保德區(qū)塊泊

松

比0.31(無因次)8號煤樣彈性模量2333.90

(MPa)泊

松

比0.39(無因次)13號樣彈性模量1317.40

(MPa)大寧-吉縣泊

松

比0.23(無因次)5號煤樣彈性模量20616.80

(MPa)從煤樣巖石力學實驗看出：所有區(qū)塊煤層都偏向于多孔、松散至弱膠結狀態(tài)二煤層根本認識不利于人工裂縫形成，且壓裂過程易產生煤粉。典型伊利石原煤電鏡含煤沉積盆地高嶺石、伊利石、綠泥石、蒙皂石、蒙/伊混層、鈉板石、葉蠟石華北石炭—二疊系電鏡掃描結果，煤的微觀狀態(tài)為層狀結構，非煤體局部主要為礦物質且含量較少，且水敏性物質少，水敏性不強。原煤電鏡2.2

煤層氣壓裂巖心實驗-煤樣電鏡掃描

二煤層根本認識吸水>20%潤濕性：一般認為煤芯吸水量占孔隙體積的20%是親水性，從天然煤芯自吸自排實驗結果分析，判斷煤層為中性即非親水性質，水鎖傷害不強水中表活劑及無機鹽濃度的增加，進入煤層的水就越容易被吸附，從而改變了煤層的潤濕性，增加了水鎖傷害。所以煤層壓裂液在滿足防膨要求的根底上，盡量減少外表活性劑和無機鹽的用量。2.2

煤層氣壓裂巖心實驗-煤樣潤濕性實驗

二煤層根本認識2.2

煤層氣壓裂巖心實驗-壓敏實驗

通過對韓城、保德、三交及大寧-吉縣區(qū)塊煤巖的壓敏實驗說明：這些區(qū)塊煤比較易于壓縮，且壓后滲透率不能完全恢復，壓敏傷害較大。故壓裂過程應防止凈壓力的突然上升，減小壓敏傷害。二煤層根本認識煤層煤樣應力敏感曲線0.050.000.100.150.200.2503691215針對韓城區(qū)塊施工的65口井，82層測井解釋資料進行統(tǒng)計分析說明：不同煤層之間在密度、聲涉及滲透性方面差異明顯韓城區(qū)塊3#、5#、11#測井解釋平均值統(tǒng)計表2.3

煤層測井資料

二煤層根本認識

2.4

煤層壓裂施工曲線分析

通過對鄰井壓裂施工數(shù)據(jù)分析得出：同一井組，同一層號的煤層地質參數(shù)差異較大，非均質性強二煤層根本認識本章小結二煤層根本認識煤巖以中高階煤為主，面、端割理較發(fā)育煤巖多孔松散、膠結程度較弱，低水敏煤層為非親水性質壓敏性較強區(qū)塊內煤層在剖面及平面上地質參數(shù)差異較大

匯報提綱

資料處理:利用韓城區(qū)塊18口井、共33層的聲波測井資料，分析解釋了各井巖石力學參數(shù)，并依據(jù)三向應力的相對大小關系，分析了其裂縫形態(tài)判斷方法：比較三向應力相對大小關系，如果垂向應力小于水平最小應力，裂縫的形態(tài)就是水平縫，反之為垂直縫

應用:韓城區(qū)塊18口井、共33層，11#，5#，3#的層數(shù)分別為10，10，13層。3#和11#以水平縫為主，而5#那么以垂直縫為主分析方法:引用了傳統(tǒng)壓裂裂縫模型的分析方法，建立標準模板

實例分析：韓3－3－100井3#煤層，韓3－056井5#煤層

韓城區(qū)塊應用：對選取的34口井、59層的壓裂施工資料進行解釋，3#和11#也是以水平縫為主，5#那么以垂直縫為主

軟件功能:Meyer2021軟件中的MFrac模塊具有縫網裂縫的壓裂模擬功能，我們利用該軟件對煤層裂縫進行模擬，得到比較直觀形象及量化的煤層裂縫形態(tài)韓試19井5#煤層模擬裂縫形態(tài)及幾何尺寸

人工裂縫中既有沿“面割理〞張開的大量互相平行的水平縫，又有沿“端割理〞發(fā)育的互相垂直的且較短的垂直縫?？傮w上看煤層壓裂形成的是“端割理〞與“面割理〞縱橫交錯形成的“縫網型〞的裂縫

對于壓裂主裂縫的空間位置分布分析：裂縫位于自井口東南象限。主裂縫總走向為NE40度，細查有正北、東西、北東等共軛裂縫分布組成。主裂縫長度為近300m。垂向高度大致限制在煤層及附近(WL2-018向1井11#)

對于壓裂主裂縫的空間位置分布分析：主裂縫位于壓裂段西南部。主裂縫總走向為NE30度。主裂縫長度為180m。垂向大致在煤層及附近〔韓3-5-086井11#〕

對于壓裂主裂縫的空間位置分布分析：主裂縫位于井口東南象限。主裂縫總走向NE45度。主裂縫長度為210m。其垂向高度應當限制在煤層及附近。無明顯裂縫〔合試5井11#〕

合試4井地面變形俯視圖合試4井地面變形3D圖合試4井地面變形矢量擬合圖解釋結果：合試4井5#煤層形成了水平裂縫〔矢量擬合圖充分表現(xiàn)了這一特征〕，水平分量高達95%，垂直分量5%，根本可以忽略，裂縫傾角5.53度。變形范圍小，半徑50米左右，形變信號明顯合試4井儀器記錄曲線之一

解釋結果：韓3-3-039井11#煤層形成裂縫有垂直分量〔由于沒有地面測斜儀數(shù)據(jù)，沒法確定水平分量及所占比例〕，裂縫高度22.5米，裂縫長度96米〔裂縫方位按照該區(qū)域地應力場預測結果，北東57度〕變形量圖解釋結果

解釋結果：韓3-4-085井11#煤層形成裂縫有垂直分量〔由于沒有地面測斜儀數(shù)據(jù)，沒法確定水平分量及所占比例〕，裂縫高度15.4米，裂縫長度119米〔裂縫方位按照該區(qū)域地應力場預測結果，北東57度〕變形量圖解釋結果

通過五種裂縫識別方法的應用，我們認為：韓城區(qū)塊三套煤層中的人工裂縫形態(tài)復雜，既有水平縫又有垂直縫裂縫方向大致為NE45°左右裂縫長度100-300m；裂縫高度較小，一般小于22m

目的：準確預測施工壓力，提高施工成功率圖1難壓韓3-045井圖2較難壓韓3-046井

難易系數(shù)1〔當擴徑率小于20%〕難易系數(shù)2〔當擴徑率大于20%〕施工壓力預測

2021年-2021年主要以活性水壓裂液為主，施工409層，占88.3%，對于施工壓力高難度大的井采用清潔壓裂液，施工36層，占到7.8%統(tǒng)計分析說明：活性水壓裂液施工井的用液量與施工效果成正比關系〔46口井，116層〕液量與產量關系圖1234活性水攜砂的特點：攜砂方式：拋物線下沉結合砂堤翻滾的方式攜砂距離：較短鋪砂厚度分布：近井厚度較大，遠井厚度小，有效支撐短石英砂低密度砂不同支撐劑應用目的低密度砂的研制：低密度砂的密度遠小于石英砂，攜帶更容易，可以鋪設于裂縫遠端；體積密度小于1.15g/cm3,真密度小于1.9g/cm3，69MPa破碎率小于10%。支撐劑在溶液中的沉降速度〔m/s〕低密度砂沉降性能低密度砂粘附性能10g支撐劑上煤粉的粘附量〔g〕分析儲層并根據(jù)測井資料計算壓裂設計所需要的根本相關數(shù)據(jù)，為制定壓裂泵注程序提供依據(jù)巖石力學參數(shù)獲取煤層施工難度系數(shù)解釋泵注程序設計思想高壓井泵注程序〔壓力≥25MPa〕加大壓裂起始階段低排量的用液量，防止壓敏且有利于煤層開裂加大前置液用量到總液量的40-50%，分段注砂打磨降低施工難度加大40/70目砂〔或低密度砂〕用量降低施工的平均砂比到10%左右泵注程序設計思想中壓井泵注程序〔15MPa≤施工過程中壓力≤25MPa〕適度控制壓裂起始時低排量階段的用液量，防止壓敏前置液泵注細砂后停泵，支撐沿端割理發(fā)育的垂直裂縫并起到降濾作用，有利于起泵后沿面割理發(fā)育的水平縫的延伸。低壓井泵注程序〔壓力≤15MPa〕前置液以較高的砂比泵注細砂后停泵，堵塞高滲層及降濾再次起泵提高施工壓力壓開低滲透層提高施工平均砂比到15%左右壓裂層壓裂層閘門返排管線絲堵

接泵車

壓力表防噴器

閘門水力錨壓井閥滑套射流器射流器接球器單流閥高速流區(qū)粘滯區(qū)粘滯區(qū)靜液區(qū)靜液區(qū)噴嘴水力錨Y344封隔器脫接噴砂器Y244封隔器低強度套管高強度套管壓裂層壓裂層煤粉堵塞的危害煤粉對煤層氣的生產有巨大的危害壓裂階段會產生大量的煤粉控制壓裂中煤粉的產生是非常重要的壓裂過程中煤粉的形成和運移活性水壓裂過程中，由于煤層“松、脆、軟〞，在高速流體的沖刷下形成大量的煤粉及煤屑，并停留在裂縫中，易形成污染控煤粉壓裂工藝要點

前置液階段：大液量活性水壓裂液，將煤粉沖至裂縫遠端

攜砂液階段：降排量注入高粘度低傷害壓裂液，既可少產生煤粉，又能將砂攜帶得更遠，且將煤粉阻擋在裂縫的遠端匯報提綱新的煤層壓裂工藝的實施取得了明顯的效果對發(fā)現(xiàn)韓城區(qū)塊11#煤層作出重大奉獻,為5億方產能建設提供了有力保障4.1壓后效果四壓裂實施效果及分析對老井產能的恢復起到了重要的作用4.1壓后效果四壓裂實施效果及分析煤層氣井壓后效果與普通油氣井不同，需要1-2年的排采，緩慢降低煤層壓力，并擴大壓降漏斗后，才會有較好的產氣效果。煤層氣井通過壓后長期排采，取得了明顯的效果。4.1壓后效果四壓裂實施效果及分析

四壓裂實施效果及分析對韓城區(qū)塊已壓裂排采的局部井的壓裂施工數(shù)據(jù)及排采數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計和處理分析，取得了一些認識。4.2影響煤層壓裂效果因素的分析

分析62口井，62層壓后產量統(tǒng)計資料，11#煤層停泵壓力與產氣量成正比關系停泵壓力四壓裂實施效果及分析

分析62口井