沁南潘河煤層氣田煤層氣直井增產(chǎn)改造技術(shù)

摘 要

摘要：沁水盆地南部潘河煤層氣田3#煤層和15#煤層的煤階屬于無煙煤，儲(chǔ)層具有低壓、低孔隙度、低滲透率的特點(diǎn)，煤層氣井壓裂前基本不產(chǎn)氣。水力加砂壓裂是該地區(qū)進(jìn)行煤層氣勘探開
摘要：沁水盆地南部潘河煤層氣田3#煤層和15#煤層的煤階屬于無煙煤，儲(chǔ)層具有低壓、低孔隙度、低滲透率的特點(diǎn)，煤層氣井壓裂前基本不產(chǎn)氣。水力加砂壓裂是該地區(qū)進(jìn)行煤層氣勘探開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。針對(duì)該區(qū)低壓致密煤層氣藏的儲(chǔ)層地質(zhì)特點(diǎn)，通過近年來的攻關(guān)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出了經(jīng)對(duì)比后效果最佳的壓裂工藝技術(shù)方案——氮?dú)馀菽瓑毫?，大大提高了壓裂改造效果，初步形成了該地區(qū)低壓致密煤層氣藏壓裂工藝體系。應(yīng)用結(jié)果表明：無煙煤煤層氣增產(chǎn)措施增產(chǎn)量排序?yàn)榈獨(dú)馀菽瓑毫眩净钚运由皦毫眩厩逅?氮?dú)鈮毫鸦蚯逅畨毫眩辉趬毫颜５那闆r下，前置液量大、攜砂液量大，總液量在400m3以上的壓裂增產(chǎn)效果更好。
關(guān)鍵詞：沁水盆地；南部；潘河煤層氣田；無煙煤；煤層氣；直井；壓裂；類型；效果
    對(duì)于煤層特殊的儲(chǔ)層性質(zhì)和物理力學(xué)特性，煤層氣開發(fā)中增產(chǎn)技術(shù)與常規(guī)油氣田有很大區(qū)別。需要壓裂液能夠與煤層配伍、攜砂能力強(qiáng)、低傷害、高返排的特點(diǎn)以至最終形成貫通的裂隙網(wǎng)絡(luò)過程[1]。煤層必須經(jīng)過壓裂之后才能獲得有工業(yè)價(jià)值的產(chǎn)量[2]。壓裂液的種類很多，其中泡沫壓裂液因其含液量小、易排、對(duì)儲(chǔ)層損害小，被認(rèn)為較適合煤層[3～4]。
    山西沁水盆地南部潘河區(qū)塊3#煤和15#煤的地質(zhì)特點(diǎn)是：煤儲(chǔ)層屬于無煙煤，具有致密、低壓、低滲透的特點(diǎn)。無煙煤的含氣量高，增產(chǎn)難度大。例如PH1井含氣量在12m3/t，PH1-006井約為16m3/t。
    壓裂技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煤層氣井強(qiáng)化增產(chǎn)目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。由于煤基質(zhì)對(duì)于物理及化學(xué)變化的敏感性以及煤層的特殊性，要求煤層氣井用壓裂液不但要有良好的造縫、攜砂能力，更要與煤儲(chǔ)層有良好的配伍性，從而減少對(duì)煤儲(chǔ)層的損害。
    潘河煤層氣田共鉆井150口，其中的147口井進(jìn)行了壓裂增產(chǎn)改造，改造類型包括活性水加砂壓裂、氮?dú)馀菽瓑毫?、清?氮?dú)鈮毫?、清水壓裂?6口井采用活性水?dāng)y砂壓裂技術(shù)；2口井(PH1和PH1-006井)采用氮?dú)馀菽瓑毫鸭夹g(shù)，4口井采用清水+氮?dú)鈮毫鸭夹g(shù)，107口井采用清水加砂壓裂技術(shù)。其中PH1-002和PH1-009的30、15#煤層分別采用了不同的壓裂技術(shù)。
    配液用水需精細(xì)過濾，配完的壓裂液要進(jìn)行充分的攪拌，混合均勻，保證固體KCl完全溶解。所有盛液、備液設(shè)備必需清洗干凈，最大限度地降低傷害。
1 活性水加砂壓裂及其效果分析
    活性水加砂壓裂的優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單、成本低、對(duì)煤儲(chǔ)層低傷害。加砂壓裂的缺點(diǎn)：攜砂能力弱，造縫能力較差。
    考慮到煤巖吸附性強(qiáng)、濾失大、壓力系數(shù)低等特征，低傷害、低成本的活性水加砂壓裂在煤層壓裂中應(yīng)用較為廣泛。
    潘河煤層氣田活性水加砂壓裂施工36口井。36口井平均產(chǎn)氣量2540.77m3/d，8口進(jìn)行二次壓裂的井平均產(chǎn)氣量2645.37m3/d，一次壓裂成功的井平均產(chǎn)氣量2510.88m3/d。8口進(jìn)行二次壓裂施工的井兩次總加砂量并未提高，但平均產(chǎn)氣量較一次壓裂成功的井要大。加砂量大于等于28.2m3的井共有30口，平均產(chǎn)氣量2632.10m3/d；加砂量小于28.2m3的井有6口，平均產(chǎn)氣量2084.1m3/d?？傄毫看笥?00m3的共有14口井，平均產(chǎn)氣量2687.96m3/d；總液量小于500m3的共有22口井，平均產(chǎn)氣量2447.1m3/d。3#煤的平均產(chǎn)氣量大于2500m3/d；15#煤的平均產(chǎn)氣量只有500m3/d。
    壓裂時(shí)，前置液量170m3以上，攜砂液量250m3以上，總液量在400m3以上，絕大多數(shù)的井平均產(chǎn)氣量都超過了3000m3/d。
    總液量是影響產(chǎn)氣量的主要因素，總液量大的井產(chǎn)氣量明顯提高。加砂量不是決定性因素，隨著加砂量增大，產(chǎn)氣量減小。
2 清水加砂壓裂及其效果分析
    采用清水+1%KCl配成清水壓裂液。石英砂圓度不低于0.8，球度不低于0.8，清潔無雜質(zhì)。
    清水加砂壓裂的優(yōu)點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，操作方便，成本低；壓裂液返排率高、殘?jiān)?，?duì)煤儲(chǔ)層造成的傷害?。贿m用于低滲透、低壓的煤儲(chǔ)層。清水加砂壓裂的缺點(diǎn)：攜砂能力弱，造裂縫的有效長(zhǎng)度短。
    考慮到煤儲(chǔ)層的特殊性質(zhì)，低傷害、低成本的清水壓裂液體系在煤層壓裂中應(yīng)用較廣。潘河煤層氣田采用清水加砂壓裂技術(shù)進(jìn)行了107口井的壓裂施工，已有26口井產(chǎn)氣，26口井平均產(chǎn)氣量1998.88m3/d。加砂量大于等于40m3的井共有21口，平均產(chǎn)氣量1805.59m3/d；方口砂量小于40m3的井有5口，平均產(chǎn)氣量2810.67m3/d?？傄毫看笥?00m3的共有9口井，平均產(chǎn)氣量2358.2m3/d；總液量小于500m3的共有17口井，平均產(chǎn)氣量1808.65m3/d。
3 清水+氮?dú)鈮毫鸭捌湫Ч治?/span>
    為了優(yōu)選出更加有效的單井改造方案，在潘河煤層氣田選出4口試驗(yàn)井，利用清水+氮?dú)鈮毫岩后w系進(jìn)行壓裂改造試驗(yàn)，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程施工情況及壓后單井排采情況的分析研究，評(píng)價(jià)該壓裂液體系在煤層氣井壓裂改造中的適用性，為下一步更大規(guī)模壓裂工程提供優(yōu)選依據(jù)。
    該區(qū)內(nèi)采用清水+氮?dú)鈮毫训?口井均已投入排采并產(chǎn)氣，4口井平均產(chǎn)氣量為2010.53m3/d，其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。
 
4 氮?dú)馀菽瓑毫鸭捌湫Ч治?/span>
    氮?dú)馀菽瓑毫鸭夹g(shù)是20世紀(jì)70年代以來發(fā)展起來的一項(xiàng)壓裂技術(shù)，具有攜砂、懸砂能力較強(qiáng)，濾失小，較易造長(zhǎng)而寬的裂縫，地層損害較小等特點(diǎn)，特別適用于低壓、低滲透和水敏性地層的壓裂改造。在低滲透油層壓裂改造和煤層氣壓裂增產(chǎn)中，氮?dú)馀菽瓑毫压に囋诿绹?guó)應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，在黑勇士盆地的煤層氣開采井中，大多數(shù)的施工井都采用氮?dú)馀菽瓑毫压に嚒Ｈ欢?，?guó)內(nèi)還有待實(shí)驗(yàn)。
    黏彈性表面活性劑是由季銨鹽表面活性劑在高鹽環(huán)境下形成蠕蟲狀膠束并相互纏繞形成凍膠，具有很強(qiáng)的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)入煤儲(chǔ)層后，黏彈性表面活性劑可以在煤層氣及大量水源的稀釋下破膠，不會(huì)對(duì)煤層產(chǎn)生傷害，是煤層氣井壓裂液重要發(fā)展方向之一[5～7]。
    潘河示范工程項(xiàng)目采用研制的泡沫壓裂液進(jìn)行2口井的氮?dú)馀菽瓑毫?，圖1為PH1井的氮?dú)馀菽瓑毫咽┕で€圖。

潘河煤層氣田采用氮?dú)馀菽瓑毫训?口井均已投入排采并產(chǎn)氣，其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2口井采用氮?dú)馀菽瓑毫押笃骄a(chǎn)氣量為3037.47m3/d，增產(chǎn)效果顯著。
 
   氮?dú)馀菽瓑毫训膬?yōu)越性表現(xiàn)在以下兩方面。
   1) 加速排液。氮?dú)馀菽瓑毫丫谂挪?～2d即產(chǎn)氣，壓后返排快，產(chǎn)氣速度快，氮?dú)馀菽瓑毫丫骄?.5d排液完成后開始產(chǎn)氣，并可以在井口點(diǎn)火；而活性水壓裂井從排采到產(chǎn)氣時(shí)間在2～30d，平均在12d左右。氮?dú)馀菽瓑毫丫脑霎a(chǎn)效果非常顯著。氮?dú)馀菽瓑毫丫漠a(chǎn)量增加是其他增產(chǎn)措施的1.5倍以上。
   2) 氮?dú)馀菽瓑毫岩吼ざ雀?，攜砂能力好，用液量少，對(duì)煤層污染較小，降低壓裂液在多裂縫發(fā)育的煤層中的濾失量，可以有效地控制裂縫形態(tài)的發(fā)育。
5 壓裂效果綜合評(píng)價(jià)
   采用4種壓裂方式的壓裂效果對(duì)比如圖2所示。從圖2中可以看出：氮?dú)馀菽瓑毫研Ч詈?，壓裂井的平均產(chǎn)氣量為3 037.47m3/d；其次是活性水加砂壓裂壓裂的井，平均產(chǎn)氣量為2540.77m3/d；清水+氮?dú)鈮毫?、清水加砂壓裂效果相差不大，分別為2010.53m3/d和1998.88m3/d。
 

6 結(jié)論與建議
    1) 在裂縫前沿的支撐劑鋪砂濃度低，南于煤層楊氏模量較低，部分支撐劑嵌入到煤層。
    2) 潘河地區(qū)煤層壓裂施工壓力通常較高、容易產(chǎn)生復(fù)雜裂縫，裂縫形態(tài)很難預(yù)測(cè)。
    3) 建議結(jié)合微地震監(jiān)測(cè)結(jié)果、壓裂后產(chǎn)量數(shù)據(jù)和壓裂施工數(shù)據(jù)優(yōu)化今后的壓裂設(shè)計(jì)。
    4) 黏彈性表面活性劑形成的泡沫壓裂液主要靠增加吸附層的強(qiáng)度，而不是靠增加水的本體黏度來增加泡沫的穩(wěn)定性，不存在需要破膠以及對(duì)儲(chǔ)層的損害問題，比第二代和第三代泡沫壓裂液具有優(yōu)越性。應(yīng)進(jìn)一步推廣氮?dú)馀菽瓑毫鸭夹g(shù)應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)。
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(本文作者：孫晗森 馮三利 王國(guó)強(qiáng) 左景欒 中聯(lián)煤層氣責(zé)任有限公司)