沁南潘河煤层气田煤层气直井增产改造技术_孙晗森

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第 31 卷第 5 期
大气 田巡礼
# 21 #
沁南潘河煤层气田煤层气直井增产改造技术
孙晗森 冯三利 王国强 左景栾
中联煤层 气责任有限公司
ห้องสมุดไป่ตู้
孙晗森等. 沁南潘河煤层气田煤层气直井增 产改造技术. 天然气工业, 2011, 31( 5) : 21- 23. 摘 要 沁水盆地南部潘河煤层气田 3# 煤层和 15# 煤层的煤阶属于无烟煤, 储层具 有低压、低 孔隙度、低渗透率 的 特点, 煤层气井压裂前基本不产气。水力加砂压裂是该地 区进行煤层 气勘探开发 的关键技 术之一。针 对该区 低压致 密 煤层气藏的储层地质特点, 通过近年来的攻关研 究和现场试验, 提出了经对比后效果最佳的压裂工艺 技术方案 ) )) 氮 气 泡沫压裂, 大大提高了压裂改造效果, 初步形成了该地区低压致 密煤层气 藏压裂工艺 体系。应用 结果表 明: 无 烟煤煤 层 气增产措施增产量排序为氮气泡沫压裂> 活性水加砂压裂> 清水+ 氮气压裂或清水压裂; 在压裂正常的情况 下, 前置 液 量大、携砂液量大, 总液量在 400 m3 以上的压裂 增产效果更好。 关键词 沁水盆地 南部 潘河煤层气田 无烟煤 煤层气 直井 压裂 类型 效果
加吸附层的强度, 而不是靠增加水的本体黏度来增加 泡沫的稳定性, 不存在需要破胶以及对储层的损害问 题, 比第二代和第三代泡沫压裂液具有优越性。应进 一步推广氮气泡沫压裂技术应用的成功经验。
参 考文献
[ 1] 罗陶涛. 沁水盆地 煤岩储层特征及压裂增 产措施研究 [ D ] . 成都: 成都理工大 学, 2010: 10- 15.
空气 1
97. 95
321. 35
0
6. 3
水钻 1
79. 17
376. 69
0
总液量/ m3
323. 56 417. 21
483. 86 256. 60
419. 30
455. 86
砂量/ m3
31. 03 36. 80
35. 97 28. 20
36. 84
33. 61
平均产气 量/ m3 # d- 1 2 146. 00
潘河煤层气田活性水加砂压裂施工 36 口井。36 口井平均产气量 2 540. 77 m3/ d, 8 口进行二次压裂的 井平均产气量 2 645. 37 m 3/ d, 一次压裂成功的井平均 产气量 2 510. 88 m3 / d。8 口进行二次压裂施工的井 两次总加砂量并未提高, 但平均产气量较一次压裂成 功的井要大。加砂量大于等于 28. 2 m3 的井共有 30
山西沁水盆地南部潘河区块 3# 煤和 15# 煤的地 质特点是: 煤储层属于无烟煤, 具有致密、低压、低渗透 的特点。无烟煤的含气量高, 增产难度大。例如 PH 1 井含气量在 12 m3/ t , P H 1- 006 井约为 16 m3/ t。
压裂技术是实现煤层气井强化增产目标的关键技 术。由于煤基质对于物理及化学变化的敏感性以及煤 层的特殊性, 要求煤层气井用压裂液不但要有良好的 造缝、携砂能力, 更要与煤储层有良好的配伍性, 从而 减少对煤储层的损害。
煤层厚度/ 钻井 压裂 前置液量/ 携砂液量/ 顶替液量/
m
工艺 次数
m3
m3
m3
5. 3 3. 1
水钻
1 1
156. 06 199. 17
162. 00 212. 64
5. 5 5. 4
5. 8 2. 7
水钻
1 1
121. 39 133. 60
357. 63 117. 00
4. 8 6. 0
6. 6
图 2 4 种压裂方式效果对比图
6 结论与建议
1) 在裂缝前沿的支撑剂铺砂浓度低, 由于煤层杨 氏模量较低, 部分支撑剂嵌入到煤层。
2) 潘河地区煤层压裂施工压力通常较高、容易产
生复杂裂缝, 裂缝形态很难预测。 3) 建议结合微地震监测结果、压裂后产量数据和
压裂施工数据优化今后的压裂设计。 4) 黏弹性表面活性剂形成的泡沫压裂液主要靠增
该区内采用清水+ 氮气压裂的 4 口井均已投入排 采并产气, 4 口井平均产气量为 2 010. 53 m3 / d, 其统 计数据见表 1。
序 号
井号
1 PH 1- 002
2 PH 1- 009 3 PH 35- 07 4 PH 36- 01
煤层
3# 15 # 3# 15 # 3# 3#
表 1 潘河煤层气田清水+ 氮气压 裂效果统计表
总液量是影响产气量的主要因素, 总液量大的井 产气量明显提高。加砂量不是决定性因素, 随着加砂 量增大, 产气量减小。
3 清水+ 氮气压裂及其效果分析
为了优选出更加有效的单井改造方案, 在潘河煤 层气田选出 4 口试验井, 利用清水+ 氮气压裂液体系 进行压裂改造试验, 通过对现场工程施工情况及压后 单井排采情况的分析研究, 评价该压裂液体系在煤层 气井压裂改造中的适用性, 为下一步更大规模压裂工 程提供优选依据。
基金项目: 国家发展 和改 革 委员 会国 家高 技术 发展 专项/ 沁 南煤 层气 开发 利用 高技 术产 业 化示 范工 程0 ( 编号: 高 技[ 2004] 2395) 。
作者简介: 孙晗森, 1973 年生, 硕士, 高级工程师; 现从事 煤层气增产 技术和数值 模拟技术研 究工作。地址 : ( 100011) 北京市 东 城区安外大街甲 88 号。电话: ( 010) 64299471。E- mail: jing 2008co m@ 163. co m
潘河煤层气田共钻井 150 口, 其中的 147 口井进 行了压裂增产改造, 改造类型包括活性水加砂压裂、氮 气泡沫压裂、清水+ 氮气压裂、清水压裂。36 口井采用 活性水携砂压裂技术; 2 口井( PH 1 和 PH 1- 006 井) 采用
氮气泡沫压裂技术, 4 口井采用清水+ 氮气压裂技术, 107 口 井采用 清水加 砂压裂 技术。其 中 PH1- 002 和 PH1- 009 的 3# 、15# 煤层分别采用了不同的压裂技术。
5 压裂效果综合评价
采用 4 种压裂方式的压裂效果对比如图 2 所示。 从图 2 中可以看出: 氮气泡沫压裂效果最好, 压裂井的 平均产气量为 3 037. 47 m 3/ d; 其次是活性水加砂压裂 压裂的井, 平均产气量为 2 540. 77 m3 / d; 清水+ 氮气 压裂、清水加砂压裂效果相差不大, 分别为 2 010. 53 m3 / d 和 1 998. 88 m3 / d。
清水加砂压裂的优点: 工艺简单, 操作方便, 成本 低; 压裂液返排率高、残渣少, 对煤储层造成的伤害小; 适用于低渗透、低压的煤储层。清水加砂压裂的缺点: 携砂能力弱, 造裂缝的有效长度短。
考虑到煤储层的特殊性质, 低伤害、低成本的清水 压裂液体系在煤层压裂中应用较广。潘河煤层气田采 用清水加砂压裂技术进行了 107 口井的压裂施工, 已
[ 2] Z EBROW IT Z M , T H OM A S B D. Coalbed st imulatio n ar e optimized in A labama Basin[ J] . Oil & G as J, 1989, 87( 4) : 61- 72.
[ 3] BL A U ER R E, H OL CO M B D L . F oam fr actur ing show s success in gas, o il for mat ions [ J] . O il & Gas J, 1975, 73 ( 31) : 57- 60.
DOI: 10. 3787/ j. issn. 1000- 0976. 2011. 05. 005
对于煤层特殊的储层性质和物理力学特性, 煤层 气开发中增产技术与常规油气田有很大区别, 需要压 裂液能够与煤层配伍、携砂能力强、低伤害、高返排的 特点以至最终形成贯通的裂隙网络过程[ 1] 。煤层必须 经过压裂之后才能获得有工业价值的产量[ 2] 。压裂液 的种类很多, 其中泡沫压裂液因其含液量小、易排、对 储层损害小, 被认为较适合煤层[ 3-4] 。
黏弹性表面活性剂是由季铵盐表面活性剂在高盐 环境下形成蠕虫状胶束并相互缠绕形成冻胶, 具有很 强的空间网状结构, 进入煤储层后, 黏弹性表面活性剂 可以在煤层气及大量水源的稀释下破胶, 不会对煤层
产生伤害, 是煤层气井压裂液重要发展方向之一[ 5-7] 。 潘河示范工程项目采用研制的泡沫压裂液进行 2
配液用水需精细过滤, 配完的压裂液要进行充分 的搅拌, 混合均匀, 保证固 体 KCl 完 全溶解。所有盛 液、备液设备必需清洗干净, 最大限度地降低伤害。
1 活性水加砂压裂及其效果分析
活性水加砂压裂的优点: 工艺简单、成本低、对煤 储层低伤害。加砂压裂的缺点: 携砂能力弱, 造缝能力 较差。
考虑到煤岩吸附性强、滤 失大、压力 系数低等特 征, 低伤害、低成本的活性水加砂压裂在煤层压裂中应 用较为广泛。
2 560. 44 793. 84
2 541. 84
4 氮气泡沫压裂及其效果分析
氮气泡沫压裂技术是 20 世纪 70 年代以来发展起 来的一项压裂技术, 具有携砂、悬砂能力较强, 滤失小, 较易造长而宽的裂缝, 地层损害较小等特点, 特别适用 于低压、低渗透和水敏性地层的压裂改造。在低渗透 油层压裂改造和煤层气压裂增产中, 氮气泡沫压裂工 艺在美国应用已经相当普遍, 在黑勇士盆地的煤层气 开采井中, 大多数的施工井都采用氮气泡沫压裂工艺。 然而, 国内还有待实验。
有 26 口井产气, 26 口井平均产气量 1 998. 88 m3 / d。 加砂量大于等 于 40 m3 的井共有 21 口, 平均产气量 1 805. 59 m 3/ d; 加砂量小于 40 m 3 的井有 5 口, 平均 产气量 2 810. 67 m 3/ d。总液量大于 500 m3 的共有 9 口井, 平均产气量 2 358. 2 m3/ d; 总液量小于 500 m3 的共有 17 口井, 平均产气量 1 808. 65 m3/ d。
砂量/ m3 17
17
平均产气量/ m 3 # d- 1 2 884. 46
3 190. 48
氮气泡沫压裂的优越性表现在以下两方面。 1) 加速排液。氮气泡沫压裂井在排采 1~ 2 d 即 产气, 压后返排快, 产气速度快, 氮气泡沫压裂井平均 1. 5 d 排液完成后开始产气, 并可以在井口点火; 而活 性水压裂井从排采到产气时间在 2~ 30 d, 平均在 12 d 左右。氮气泡沫压裂井的增产效果非常显著。氮气泡 沫压裂井的产量增加是其他增产措施的 1. 5 倍以上。 2) 氮气泡沫压裂液黏度高, 携砂能力好, 用液量 少, 对煤层污染较小, 降低压裂液在多裂缝发育的煤层 中的滤失量, 可以有效地控制裂缝形态的发育。
口井的氮气泡沫压裂, 图 1 为 P H 1 井的氮气泡沫压裂 施工曲线图。
图 1 PH1 井氮气泡沫压裂施工曲线图
第 31 卷第 5 期
大气 田巡礼
# 23 #
潘河煤层气田采用氮气泡沫压裂的 2 口井均已投 入排采并产气, 其统计数据如表 2 所示。根据统计, 2
口井采用氮气泡沫压裂后平均产气量为 3 037. 47 m3/ d, 增产效果显著。
压裂时, 前置液量 170 m3 以上, 携砂液量 250 m3 以上, 总液量在 400 m3 以上, 绝大多数的井平均产气 量都超过了 3 000 m3/ d。
2 清水加砂压裂及其效果分析
采用清水+ 1% KCl 配成清水压裂液。石英砂圆 度不低于 0. 8, 球度不低于 0. 8, 清洁无杂质。
# 22 #
天然气工业
2011 年 5 月
口, 平均产气量 2 632. 10 m3/ d; 加砂量小于 28. 2 m3 的井有 6 口, 平均产气量 2 084. 1 m3/ d。总液量大于 500 m3 的共有 14 口井, 平均产气量 2 687. 96 m3 / d; 总液量 小 于 500 m3 的 共 有 22 口 井, 平 均 产 气 量 2 447. 1 m3 / d。3# 煤的平均产气量大于 2 500 m3 / d; 15# 煤的平均产气量只有 500 m3 / d。
表 2 潘河煤层气田氮气泡沫压裂效果统计表
序 号
井号
煤层号 煤层厚度/ m
钻井 压裂 工艺 次数
前置液量/ m3
携砂液量/ m3
顶替液量/ m3
1 PH 1
3
6. 2
空气 1
16 9
10 2
4. 7
2 PH 1- 006 3
6. 4
空气 1
16 9
10 2
4. 7
总液量/ m3
275. 7
275. 7
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