煤层气井压裂施工压力与裂缝形态简析_郝艳丽
煤层气井高破裂压力因素分析及解决措施
原 因是煤储 层破 裂压力较高。造成破裂压力高 的主要原 因是射孑Ｌ不够完 善及地 层滤失 严重 、施工 过程 中砂 比使用
不恰 当以及煤储层 自身的低杨氏模量和高泊松 比。提出 了适合煤储层 压裂的高效压裂液体系 ，提高液体 密度 ，增加 井筒液 柱压力 ；结合 生产实 际 ，采用高 孔密 、螺旋 布孔方式
分 析对 象 ，研 究造 成煤 层破 裂压 力较 高 的影 响 因素 ， 层 滤失 以及 煤储 层 自身 因素对 实 际施 工 引起 高破 裂
提 出解 决煤 层气 井 高破 裂 压 力 井 的具 体 措 施 ，为此 压 力 的影 响 。
类 煤层 气井 压裂 施工 提供 技术 支持 。
２．１ 射孔 不完 善与滤 失严 重
ｓ７井第 一 次 压 裂 时 高压 停 泵 主要 是 因 为煤 储 层 的 非均 质性 导致 裂 隙打 开 不规 则 ，石 英 砂 在 裂 隙 拐角 处堆 积 ，施 工过 程 中没 能 冲开堆积 的石 英砂 ，形 成砂 堵 ，造成 泵 压 过 高 ，具 体 表 现 在 注入 压 力 波 动 性 变 化 上 。
井 、定 向井 采用 套 管 固井 ，射 孑Ｌ完井 ，光 套管 压 裂 ，压 射孔 密度 较小 、布孑Ｌ方式 差 或弹径 不 足等 因素 ，势 必
裂液 体 系 以活性 水 为 主 ，以石 英 砂 和低 密 度 陶粒 作 造 成射 孔 段 打 开不 完 全 ，因此 ，在 压裂 过 程 中 ，压 裂
· ７４ ·
计 勇 ，等 ：煤层 气 井 高破 裂压 力 因素 分析及 解 决措施
较大还大幅度降低 了压裂液的携砂能力 ，促进了砂 堵 、沉 砂 的形 成 ，导 致 后 续 压裂 液 难 以注入 地 层 ，导 致施 工 压力 过高 ，从 而被 迫停泵 。
关于煤层气压裂裂缝起裂扩展方式的思考
我国是一个煤层气资源较为丰富的国家。
煤层气的储量与天然气的储量大致相同。
煤层气是一种具有高效化、清洁化特征的新型能源。
煤层气资源的有效开发，可以在一定程度上化解我国的能源需求。
针对我国煤层所具有的低饱和、低渗透和低压特点，利用水力压裂技术等技术进行增产改造，可以让煤层气井的开采量得到有效提升。
由于煤层的自身介质结构、生成环境和物性特征与常规地层之间存在着一定的差异，因而煤层气气压裂裂缝起裂扩展方式成为了人们在煤层气研究领域所要关注的问题。
1 煤岩压裂的主要影响因素1.1 天然裂缝割理天然裂缝、割理是煤层中的主要裂隙系统[1]。
它们对压裂裂缝的形态复杂性有着较为重要的影响。
天然裂缝与割理对水利裂缝的形态的影响具有一定的差异性。
天然割理的影响主要集中于水力裂缝的延伸过程，天然裂缝对水力裂缝的起裂和延伸过程均有影响。
在天然裂缝的影响下，煤层气也裂缝在延伸过程中也会出现突然转向和次生裂缝。
1.2 地应力地应力大小是煤层气井水利压裂裂缝的起裂压力、其列位置和裂缝形态的主要影响因素。
根据学者对煤岩压裂问题的研究情况，煤层地应力差与起裂压力之间存在着一种接近于负相关的关系。
煤层气气压裂缝的起裂压力与水平主应力差系数之间存在着正相关关系。
一般而言，破裂压力的影响因素主要为天然裂缝与最大水平主应力见的夹角，在随机裂缝性储层压裂下，高水平应力茶会产生较为品质的水利主缝；低水平应力差会让裂缝起裂扩展方式表现为网状扩展模式。
1.3 煤岩力学性质煤岩的力学性质主要涉及到了以下内容：一是煤岩的密度和硬度；二是煤岩的弹性和强度；三是煤岩的断裂特征等内容。
根据一些学者的煤样测试结果，弹性模量地、脆性大、易破碎和易受压缩是煤岩的主要特点。
煤岩结构所具备有的非均质性特征会让煤岩的原生裂缝系统和次生裂缝系统表现出复杂性的特点，因而煤层气压裂裂缝的物理力学性质具有着较为显著的各向异性特征。
相比于常规的压裂结果，煤层气压裂裂缝起裂扩展所形成的裂缝与会表现出缝面粗糙和不规则网络状特点。
柳林地区煤层气井压裂技术现状与展望
柳林地区煤层气井压裂技术现状与展望摘要：根据煤层厚度、含气量、渗透率及顶底板岩性等储层物性的不同，柳林地区3+4号、5号煤层采用套管固井、直井分压合采的生产方式，目前已完成16口井压裂施工，累计压裂26层。
8号和9号煤采用水平井套管不固井、水力喷射射孔、油管补液套管加砂的压裂方式，目前已完成7口水平井压裂施工，累计压裂48段。
在总结现有煤层压裂成功经验的基础上，结和新工艺、新材料，探索煤层气井压裂技术新方向，为柳林地区煤层气进一步高效开发提供技术支持。
关键词：煤层气水力压裂柳林区块位于鄂尔多斯盆地东缘的山西省井内，面积约183km2，构造上位于鄂尔多斯盆地东缘离石鼻状构造南翼，总体为一向西或西南倾斜的单斜构造[1]。
区块构造简单、断层稀少，煤系发育，水文地质条件简单，煤层气勘探开发具有比较优越的地质条件。
1储层特征区块3+4号、5号煤层分布稳定，是柳林区块的一个主要含煤地层。
煤顶底板整体以封盖能力强的泥岩为主，其次为砂质泥岩，砂岩仅局部零星发育，整体封盖能力较好，有利于煤层气富集保存[2,3]。
3+4号煤层厚度0. 04-5. 84m，平均2.3m，由东向西逐渐变薄、分叉。
5号煤层厚0-5. 87m，平均厚为2. 19m，中部厚度平均2. 5-4m。
煤层厚度与含气量分布特征基本一致，东南部、中北部含气量较高，其中3+4号煤层的含气量1. 15-17. 92m3/t，平均9. 86m3/t，5号煤层的含气量2. 46-19. 44m3/t，平均8. 4m3/t。
区块内煤层的渗透率变化范围较大，整体变化规律随着煤层埋深增大而降低。
3+4号煤层渗透率为0. 02-3.44mD，平均0. 5mD；5号煤层渗透率为0. 02-2. 26mD，平均0. 6mD。
煤层渗透率整体与构造及埋深一致，表现为东高西低、北高南低的特征。
目前3+4号、5号煤层采用直井开采, 外径为139.7mm的生产套管固井完井。
区块8+9号煤为低渗储层，整体渗透率小于0.4md，平均厚度10.49m。
柿庄南煤层气井压裂效果评价及影响因素分析
第 １ 期
北 京石 油化 工学 院学报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｂｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ
Ｐｅ ｔ ｒ ｏ — ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇｙ
Ｖｏ １ ． ２ ２ ＮＯ ． １
１ ． ２ ． １ 模型 选择 由于水 力压裂 施工 所压 开 的裂 缝在 储层 形
成 并延 伸 ， 直接 得到裂缝相关参 数难度很 大。
第 １ 期
刘海 龙 ．柿庄 南 煤层 气井 压裂 效 果评 价及 影 响 因素分 析
２ １
在 １ ９ ９ ５ ￣２ ０ １ ２年发 表 的 ７ ８篇 相 关 文 献 中 ， 涉 及 裂缝 模型 与 形 态 参 数 的文 章 共 １ ５篇 。 目前 公认 煤 层水 力裂 缝 主要有 以水 平裂 缝 为主 的裂 缝 系统 、 垂 向裂 缝 为 主 的裂 缝 系 统 和 复杂 裂 缝
图１ 柿庄南 ｗＬ 一 ０ ０ ５ 典 型 曲 线 法 产 量 预 测
∞
６
５
４
３
２
１
ｌ Ｏ ０ ０ ５ ０ ０ ｔ ｆ ｄ
（ ｂ ） 柿庄南井
由于 每个 裂 缝 模 型 的假 设 条 件不 同 ， 考虑 的侧重 点也 不 同 ， 几 种模 型 的计 算 公 式 如 表 ２
１ 压 裂效 果评 价 及 设 计优 化 方 案
１ ． １ 效 果 评 价
根据石 油天 然 气 行业 标 准《 油 井 压裂 效 果
表 １ 柿 庄 南部 分 单 井递 减 数 据 表
１ ． ２ 裂缝参 数解 释
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ０ ６ ２ Ｏ 作 者 简介 ： 刘海龙（ １ ９ ８ ９ 一） ， 男， 研究生 ， 研 究 方 向 为 油 气 田 开发 ， Ｅ ｍａ ｉ ｌ ： ４ ７ ８ ２ ７ ７ ６ ０ ８ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｍ。
煤层气井大排量清水压裂施工主管线的工艺改进与应用
煤层气井大排量清水压裂施工主管线的工艺改进与应用【摘要】本文讲述了沁水煤田套管注入、大排量清水压裂技术在应用过程中，对施工主管线进行了工艺改进，并进行现场试验1182口，在应用过程中效果很好，不但增加了施工进度也大大降低了施工成本。
【关键词】大排量清水压裂注入主管线我国煤层气的勘探开发以来，国内形成了多种煤层气井压裂改造的工艺技术，主要包括大排量清水压裂、清洁压裂液压裂、氮气或CO2泡沫压裂等压裂工艺。
使用最为普遍的改造措施是大排量清水压裂工艺。
1 问题提出1.1 工艺难点及研发沁水煤田特点；煤岩较软，其杨氏模量为1 135 ～4 602 MPa；泊松比平均为0.33；低杨氏模量高泊松比易产生变形。
另外，不同与砂岩层，煤层割理较为发育，且具有很强吸附能力，极易受到伤害，影响产能。
针对以上特征，压裂施工会中存在以下技术难点：（1）节理、裂缝发育，滤失增加，易造成砂堵而使施工停止；（2）储层基质低孔、低渗，高吸附，水基线性胶压裂液破胶后易形成残渣，对煤层伤害较大；（3）煤储层人工裂缝形态复杂，易形成T 形或I 形裂缝，不利于加砂；针对以上难点充分调研国内外技术，采用清水降低储层伤害，大排量提高压裂液效率、提高净压力，研究应用了以套管注入、高排量、活性水携砂为主的煤层气清水压裂配套工艺技术。
1.2 原施工管线存在的问题清水套管压裂工艺的特点是压裂液为清水，排量大，清水携砂摩阻很高，对地面管线尤其是弯头处磨损很大，每施工3口井弯头处就可能破损，施工被迫中断，如下图1所示：2 施工主管线工艺改进2.1 问题的产生原因首先从损坏的类型分析，属于管程磨损严重造成的。
相同排量条件下清水的摩阻是冻胶压裂液的3倍，排量8.0-8.5m3/min注入条件下流体呈现紊流特征，该状态下在弯头处流线发生改变，加砂后石英砂颗粒的进入会使弯头处承受的剪切应力增加，工作时间长便会产生破坏。
2.2 理论分析2.2.1？磨损产生的机理磨损通常有以下3中类型：擦动磨损——颗粒摩擦引起的表面破坏；刮痕磨损——颗粒深入表面引起的局部剥离；撞击磨损——颗粒撞击使表面局部组织的破碎和脱离。
煤层压裂水力裂缝与天然裂缝相互作用行为分析
煤层压裂水力裂缝与天然裂缝相互作用行为分析作者：张鹏吴百烈韩延飞来源：《山东工业技术》2015年第04期摘要：基于实地挖掘观察煤岩压裂后裂缝形态特征，通过理论推导方式研究了煤岩压裂水力裂缝与天然裂缝相互作用行为。
分析了水力裂缝遭遇天然裂缝后的扩展过程，采用岩石力学、线弹性断裂力学理论，推导了水力裂缝遭遇天然裂缝扩展行为判定判据，该准则可用于煤层压裂模型中，模拟水力裂缝扩展，解释煤层压裂复杂裂缝形成原因。
关键词：煤层压裂；水力裂缝；天然裂缝；裂缝形态；判据；复杂裂缝研究煤层水力裂缝与天然裂缝相互作用行为，是正确表征压后裂缝形态的重要基础，对提高煤层压裂设计的准确性具有重要作用。
本文首先分析水力裂缝遭遇到天然裂缝后的扩展过程，随后基于岩石力学、线弹性岩石断裂力学理论，推导了不同扩展行为判别准则，研究了水力裂缝对天然裂缝存在状态影响。
研究成果对于认识煤层压裂复杂裂缝形成机理具有一定作用。
1 水力裂缝扩展过程在水力裂缝与天然裂缝遭遇之前，当两者相距较远时，天然裂缝对水力裂缝扩展的影响很小，水力裂缝沿最大主应力方向扩展；而当水力裂缝与天然裂缝相距很近甚至遭遇时，天然裂缝会对水力裂缝扩展带来影响。
概括来讲，遭遇天然裂缝后，水力裂缝可发生如下情况：（1）在遭遇天然裂缝前水力裂缝沿最大主应力方向扩展。
（2）水力裂缝遭遇到天然裂缝后，在起初一段时间内天然裂缝对水力裂缝的扩展没有影响，水力裂缝径直穿过天然裂缝。
随着水力裂缝不断扩展，当缝内流体压力达到某临界值时，天然裂缝张开。
当扩展的天然裂缝继续扩展遭遇到其他天然裂缝时，新的最优方位的天然裂缝可能会开启并扩展，水力裂缝穿过天然裂缝后继续扩展，同时天然裂缝开启并扩展，两者共同作用即形成复杂裂缝网络系统。
2 水力裂缝扩展行为判定准则天然裂缝与煤层气储藏岩石力学性质不同，实际上它可以看作为一个弱面，图1显示了水力裂缝缝尖端及天然裂缝壁面受力情况。
图中蓝色代表水力裂缝，红色代表天然裂缝，远场最大地应力为，最小水平主应力为，规定拉应力为正压应力为负。
煤层气井压裂工艺应用现状
煤层气井压裂工艺应用现状发布时间：2022-08-11T01:26:50.106Z 来源：《城镇建设》2022年5卷6期作者：王壁鸿[导读] 我国煤和天然气储量非常广泛，但部分煤储层渗透率较低。
王壁鸿新疆维吾尔自治区煤田地质局一五六煤田地质勘探队，新疆乌鲁木齐 830009摘要：我国煤和天然气储量非常广泛，但部分煤储层渗透率较低。
针对煤层气与油气总成的明显差异，根据煤层气的特点，需要对多裂缝压力进行改造，使主裂缝与次生裂缝有效结合，提高储层渗透率，降低储层渗透率，改善储层非均质性，以有效提高煤炭产量。
关键词：煤层气;多裂缝;压裂改造技术一、煤层开采状况目前我国常规油气储量不断减少，开采成本和难度随着开采的深入而增加。
煤气作为一种非传统能源，在中国的能源消费结构中发挥着越来越重要的作用。
此外，由于我国煤层结构严重，结构可能受到严重破坏，这使得气层分析变得困难，因此在开采过程中不会形成渗流。
同时煤层具有渗透率低、孔隙率低、压力低的特点，使其开采困难。
目前我国采用的主要技术是水力压裂，但它在实际应用上有一定的局限性，开采成本高，严重制约了我国煤层气的开发。
二煤层气井压裂特性 1、断口形状复杂复杂根据地层的深度、厚度和发育状态，压皱时形成水平、垂直、T形等多种裂缝。
2、高施工压力开采过程中，煤层需要较高的工作压力，主要原因有：一是由于煤层结构可能发生裂解，压力时过滤器损耗增大，可能导致煤层气压升高，煤层壁力学性能降低，导致运行过程中煤屑数量的增加，导致地层应力和施工压力的增加。
二是煤射流与加压流体的混合提高了分散剂的粘度，增加了流体的流动阻力。
如果发生严重违规行为，则会产生裂缝堵塞，从而增加施工压力。
三是煤层裂缝分布会导致压裂过程中产生复杂裂缝，增加地层流动阻力，导致施工压力增大。
3、压载物会对煤层造成损害由于油层的吸附性、快速性和防水性等因素，压裂过程中的压裂会严重损坏油层，压裂滤液丢失也会导致压裂效率低。
煤层气井测试压裂解释及应用
煤层气井测试压裂解释及应用煤层气井测试压裂解释及应用煤层气是一种新型的能源，其开采与利用是当前我国能源领域的一项重要战略任务。
随着煤层气开采的深入，煤层气井开采压力逐步降低，致使煤层气的开采效率下降，这时需要采用压裂技术来提高采气效率，这就是煤层气井测试压裂技术。
一、煤层气井测试压裂技术概述煤层气井测试压裂技术是一种通过向煤层注入高压液体，使煤层产生裂缝，扩大煤层气通道，从而提高开采效率的技术。
该技术主要包括单硝酸甘油压裂、液压压裂、液体碎岩压裂、沙弹压裂等多种方法，其中以液压压裂最为常用。
液压压裂技术是一种将高压液体注入井内，通过井口充放口向井下送液强行将煤层撑起并裂开，煤层裂缝在拆除撑开压力后能够自行保持半永久性和可使煤层通气性和渗透性增加的技术。
针对不同的地质情况，液压压裂可分为水力压裂、气体压裂、泡沫压裂和混合压裂等，水力压裂是其中应用最为广泛的一种技术。
在进行煤层气井测试压裂前，需要进行试压并测定井下地质参数，根据实测参数进行压裂方案设计。
设计方案通常包括压裂液种类的选择、注入量、注入压力及持续时间等。
在进行压裂过程中，需要不断监测井下压力、压裂液注入量及煤层气产量等参数，及时进行控制和调整。
二、煤层气井测试压裂技术的应用煤层气井测试压裂技术在煤层气井的开采中具有重要的应用价值。
其应用主要包括以下几个方面：1. 提高煤层气井开采效率通过测试压裂技术可以扩大煤层裂缝，增加煤层渗透性，使煤层气开采效率得到提高。
2. 优化煤层气井的产能分布煤层气井测试压裂可以改善煤层裂缝的分布情况，促进煤层气的集中开采，提高整体产能。
3. 降低生产成本测试压裂技术可以提高开采效率和产能，降低生产成本，提高井产值。
4. 提高井下安全性煤层气井压裂需要对井下地质参数进行测量及压裂过程进行监测和控制，从而提高井下施工的安全性。
5. 推进煤层气井开采技术进步煤层气井测试压裂技术是一种新型的能源开采技术，其应用可以带动煤层气产业链的升级，推进煤层气井开采技术的进步。
山西吉县一大宁区域煤层气压裂浅析
山西吉县一大宁区域煤层气压裂浅析[摘要]煤层气井压裂的研究方向主要在压裂设计、压裂工艺和压裂液上下功夫。
压裂设计的关键是解决裂缝几何形状的问题和加砂程序的问题；压裂工艺的关键是解决压裂液的滤失、支撑剂的嵌入、煤层的产生和支撑剂的返吐问题；压裂液的关键是解决对煤层的伤害，有一定的造缝携砂能力。
由于煤层本身具有低温、易吸附和易受伤害等特性，加上其压裂时滤失量大，故在压裂施工中压力出现异常的情况非常多。
本文就山西吉县一大宁区域的煤层气井的压裂进行分析，摸索并总结出一套针对该区域的压裂程序。
[关键词]压裂滤失裂缝煤层气1煤层气井压裂工艺山西吉县一大宁区域的煤层气井平均深度在500—1200m，大多数井均有2—3个层，即8#层、5#层和PlT砂岩层。
由于大多数均采用光套管方式进行压裂，故一次只能压1个层。
在经过多次试验和创新后，我们发明了一系列新的压裂方式，如不动管柱分层压裂、双旋塞投尼龙球分层压裂以及尝试多种压裂液（胍胶液、清洁压裂液和活性水）进行压裂施工，均取得了良好的效果。
1.1支撑剂现场应用情况1.1.1加砂规模的控制加砂规模决定于煤层的厚度、煤层的顶底板条件、支撑裂缝的长度和支撑裂缝的面积及铺砂的浓度。
该区域煤层加砂规模为30-50m3/层，由于煤层压裂裂缝比较复杂，压裂后的裂缝表面极不规则，裂缝面不光滑，且存在严重裂缝扭曲现象，压裂过程中极易出现在裂缝中沉砂现象，不利于大规模砂量的加入，所以应控制加砂规模和施工砂比。
1.1.2加砂强度的控制加砂规模决定了加砂强度的大小，煤层压裂加砂强度适中，而不是越大越好。
支撑剂在煤层裂缝中的分布形态决定了裂缝的导流能力，因此合理的铺砂浓度将获得较好的压裂效果。
该区域煤层水利压裂加砂强度一般控制在2-10m3/m。
1.1.3砂比的控制煤层压裂裂缝非常复杂，压裂后煤岩裂缝表面极不规则，裂缝或平行于煤层的割理或垂直穿越割理，裂缝面不光滑，呈阶梯形状，所以支撑剂难以到达和支撑更远的裂缝。
煤层气井水力压裂同层多裂缝分析
煤层气井水力压裂同层多裂缝分析魏宏超;乌效鸣;李粮纲;胡郁乐【摘要】10.3969/j.issn.1001-1986.2012.06.005% 多裂缝理论是水力压裂理论的前沿理论，特别是对裂隙发育、物理力学性质有别于均质砂岩的煤岩，其研究难度较大，面临问题很多。
根据弹性力学、岩石力学、断裂力学和流体力学等学科基本理论，结合多裂缝理论与井底压力协同理论，对在天然裂隙发育的煤层同时开启的多裂缝模型进行了分析与计算。
结果显示，综合滤失系数、流量、主应力差等均不同程度影响了多裂缝在近井筒区域的汇合相连概率与延伸方向。
【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】4页(P20-23)【关键词】煤层气;水力压裂;多裂缝;模型【作者】魏宏超;乌效鸣;李粮纲;胡郁乐【作者单位】中煤科工集团西安研究院,陕西西安 710077;中国地质大学工程学院,湖北武汉 430074;中国地质大学工程学院,湖北武汉 430074;中国地质大学工程学院,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】P618.13随着世界能源结构的调整和煤矿安全生产的需要，我国地面煤层气开发活动的步伐正在加快。
目前，地面煤层气开发的主要方式是煤层气地面垂直井开发。
由于我国煤层渗透率普遍较低，大部分煤层气垂直井达不到预期的产量。
因此，借助煤层水力压裂技术提高煤层气井的产能，从而提高其采收率，成为煤层气开发的关键环节。
长久以来，煤层气垂直井水力压裂技术一直借鉴油气井水力压裂技术工艺，其工艺参数的选择、裂缝形态的计算均基于油气井压裂理论。
然而，煤层的力学、结构性质与常规砂岩储层差异性较大，这使得将油气井压裂增产措施照搬到煤层气开采上并没有达到预期的大幅度提高产量的效果。
从20世纪80年代以来，随着研究和实践的不断深入，油气井水力压裂中提出了多裂缝理论，并对多裂缝的产生机理和影响因素做了专门研究。
因此，煤层气水力压裂多裂缝理论成为了重要的研究课题。
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文章编号:1001-1986(2001)03-0020-03煤层气井压裂施工压力与裂缝形态简析郝艳丽,王河清,李玉魁 (中原石油勘探局井下特种作业处,河南濮阳 457061)摘要:根据煤层气试验井的施工资料,分析了煤层压裂施工压力的特点以及井深、R o 与破压梯度的关系,并根据裂缝监测(测井温法、大地电位法和微地震法)测量的裂缝方位和缝高,对煤层压裂形成的裂缝特点进行了分类和总结,提出了指导性的建议。
关 键 词:煤层气;压裂;施工压力;裂缝中图分类号:P 618.11 文献标识码:A1 引言煤层气是指形成于煤化作用过程中,目前仍储集在煤层中的优质天然气。
它的开发是一个排水降压的过程,由于煤层的低渗透特点,决定了需要进行水力压裂激化才能有效地分配井孔附近的压降,加速脱水增加产能。
本文针对煤层压裂的复杂性,从压裂施工压力与裂缝形态方面,对煤层压裂裂缝的扩展进行了分析和总结,希望能给以后的煤层气开发提供有益的帮助。
2 煤层压裂施工压力分析压裂主要是通过高压注入流体,破裂地层,从而在地层中形成高导流能力的裂缝。
施工过程中流体在岩石中流动产生的压力变化在一定程度上反映了裂缝延伸的复杂现象,煤层压裂施工分析主要是针对压裂施工压力进行分析。
2.1 煤层破裂压力分析煤层的特殊性决定了其不同于常规储层的压裂特点。
国外曾把煤层压裂的非常规性总结成4个方面:①异常高的压裂压力;②裂隙限制于煤层,即使裂隙中的压力远高于围岩带的原位应力;③伴随着孔底压力增加的支撑剂注入;④初始液体注入过程中闭合压力的显著增加。
为此我们首先分析了试验区的破裂压力梯度情况,做出了井深、R o 与井底破压梯度的散点图。
(图1,2)由图1中看出试验井的煤层破压梯度在0.017～0.064M Pa /m 之间,一般都为0.023～0.045M Pa /m 。
而且根据我们收集的资料表明,同一煤层测试压裂与加砂压裂的破压梯度存在着大约0.002～0.007M Pa /m 的差别,也就是说煤层的高滤失特点会造成大约0.002～0.007M Pa /m 的压降,损失在流体注入煤层引起孔隙压力增高而产生的孔隙弹性效应上,也有一部分加砂压裂破压梯度小于测试压裂的破压梯度的情况,这与压裂流体对煤层的冲刷有关。
另外,从煤层镜质体反射率与破压梯度的散点图上(图2)看出,煤层破压梯度有随镜质体反射率增大而增大的趋势,即变质程度高的煤层,其煤层不易破裂。
而且从变化趋势看,R o 几乎与破压梯度呈线性相关关系,这是否是普遍规律,有待于进一步进行理论和实验数据的分析。
图1 井深与破压梯度的散点图图2 R o 与破压梯度的散点图收稿日期:2000-05-15作者简介:郝艳丽(1968—),女,河南清丰县人,中原石油勘探局井下特种作业处工程师,从事煤层气研究工作.·20·煤田地质与勘探CO A L G EO L O GY &EX PLO RA T ION V ol.29N o.3Jun.20012.2 煤层测试压裂及加砂压裂曲线形态煤层压裂试验中,除进行加砂压裂外,一般还进行了变排量测试压裂,包括从小到大阶梯排量测试压裂和从小到大再从大到小变排量测试压裂。
从后一种情况的压裂曲线看表现为3种情况:一种为一定排量下第一次的压力高于后来同排量下的地面泵压,最大相差大约为6M Pa,越靠近最大排量相差越小;一种为一定排量下第一次的压力低于后来同排量下的地面泵压;另一种是前面两部分的综合,开始大后来小。
因此在摩阻(排量)相同的情况下,压裂流体在裂缝中的流动除受煤粉的影响外,其裂缝的扩展也比较复杂。
从加砂压裂的资料看,在煤层加砂压裂施工过程中表现为5种情况:a. 煤层压裂比常规储层压裂压力高。
我们曾做过一口井相邻两套地层的压裂曲线,一个是煤层压裂,一个为砂岩层压裂,两施工层厚度相当,加砂量相同,排量相差0.1m3/min。
而从施工压力看,煤层压裂压力明显高于砂层压裂压力,煤层压裂延伸压力约在24M Pa,而砂岩层压裂延伸压力大约在20M Pa。
另外从压裂曲线末端形态看,煤层顶替时压力上升,砂层顶替时压力下降,即煤层相对砂层末端裂缝流动阻力大。
b. 煤层压裂过程中加砂后施工压力迅速增加,而后压力下降。
c. 加砂后施工压力迅速减小一直持续到压裂结束。
d. 压裂加砂后压力开始平稳后持续上升,出现脱砂现象。
e. 煤层裂缝没有形成一条主导裂缝,而是多裂隙分支,地层加不进砂子。
也就是说煤层在压裂过程中,支撑剂的磨蚀、煤粉的流动、支撑剂的桥接或砂析造成的局部堵塞现象以及多裂缝的形成都存在。
3 煤层裂缝形态分析根据煤层压裂的观察和理论研究,国外曾把煤层压裂中出现的现象归纳为9种:压裂液渗到多种天然裂缝中;支撑剂穿透深度有限;较宽的垂直支撑裂缝;裂缝高度大多遏制在煤层中;在煤层与边界岩石界面处产生支撑的和不支撑的水平裂缝;井筒附近产生大量平行裂缝;裂缝的阶梯性和拐角性;裂缝为移动的煤屑所堵塞;裂缝中存在不破胶的交联剂和水泥浆。
为了了解我国煤层气井压裂时所产生的裂缝的几何形态、延伸长度和方向,我们采用了大地电位法、微地震法、测井温法3种方式进行了28个层位的裂缝监测,统计了裂缝方位及缝高数据,并对沁水盆地的裂缝方位做了投影图。
(图3、4、5)通过总结发现,试验区的煤层压裂裂缝形态主要表现为:水平缝、垂直缝、先水平缝后垂直缝、两冀不对称缝(一冀为垂直缝,一冀为水平缝)4种类型,而且煤层所产生的裂缝一般首先在井筒附近产生不规则水平缝,随着裂缝的进一步延伸,有的井产生水平缝,有的井产生垂直缝。
从裂缝形态与煤层埋深的对比数据上表现出,煤层不像常规油气田那样有一个深度界限,即在600m以浅一般形成水平缝,在600m 以深形成垂直缝,而是裂缝的形态随机性很大,在浅部地层可以形成垂直缝,在深部地层也可以形成水平缝。
在裂缝长度上,据国外资料介绍,由于煤的特殊性,其支撑缝半长一般不超过60～150m,试验区的资料表明煤层裂缝单翼长度最长达到127m,最短为8m,一般为50～90m。
裂缝方位上,通过同一区块煤层裂缝方位投影(如图3、4、5)可以看出煤层压裂裂缝方位在同一盆地没有明显的方向性,其分布范围不很集中,但是存在着在某一方向裂缝出现机率相对较大的现象。
在沁水盆地3#煤层压裂裂缝方位大多表现为NW—SE,9#煤表现为N E—SW方向,15#煤除在SE方向出现的机会较小外,其他方向均有表现。
与割理方向相比,煤层裂缝方位与割理方向也不尽相同,如某1图3 沁水盆地9#煤裂缝方位投影图图4 沁水盆地15#煤裂缝方位投影图·21·第3期郝艳丽,王河清等:煤层气井压裂施工压力与裂缝形态简析图5 沁水盆地3#煤裂缝方位投影图井10#煤和3#煤压裂裂缝方向均为正N—SW60°,而从该区煤层割理发育情况得知,该区发育一组走向N E35°的面割理和另一组走向为SE55°的端割理,某2井电成像测得裂缝方位为N E—SW,压裂裂缝监测表明该井3#煤形成了N E—SW向的对称不等长裂缝,因此煤层压裂形成的裂缝除受大地主构造应力影响外,还存在着局部构造应力及裂隙的影响。
利用井温监测裂缝高度,目前采用压后2h、4h 测量,从测量结果看,温度异常明显,能满足测量的需要,但用井温曲线判断裂缝高度的准确数据,目前还不成熟。
根据温度异常的半幅点结合同位素异常显示的半幅点可以大致判断裂缝的高度。
我们收集了5口井9个层位的井温测量数据,从数据中得出煤层压裂裂缝表现为基本控制在煤层中或延伸入边界层,最大向上可延伸20m,从缝高数据与施工参数对比看,如某003井15#煤缝高达12.5m,其压裂井深和井段厚度与相近的某002井相当,002井在 6.94～7.14m3/min的排量下,施工压力为8.4～9.6M Pa,而003井在7.39～7.49m3/min的排量下,施工压力达到20.1～25.5M Pa,因此煤层压裂应严格控制排量与压力,以防止裂缝向上延伸,尤其是在煤层顶板含水量大时,否则会造成压后大量出水。
4 结论及建议a. 煤层实验井的井底破压梯度大都在0.023～0.045M Pa/m之间,且有随R o增大而增大的趋势。
b. 煤层压裂比常规储层压裂压力高,其压力曲线可表现为5种不同的形态。
c. 试验井的资料表明煤层裂缝可表现为4种,一般首先在井筒附近产生不规则水平缝,随着裂缝的延伸,一部分产生水平缝,一部分产生垂直缝,且裂缝形态与埋深的关系不是很大,浅层地层可形成垂直缝,深层地层也可形成水平缝。
d. 煤层压裂裂缝方位在同一盆地同一层位没有明显的方向性,但存在着同一盆地同一层位在某一方向出现机率较大的现象,而且与割理方向不尽相同。
即煤层压裂裂缝除受大地主构造应力影响外,还受局部构造应力和裂隙的影响。
e. 利用井温只能大致判断裂缝高度,建议以后采用示踪剂监测裂缝高度。
参考文献[1] Palmer I D,M etcalfe R S,Yee D,Puri R等,秦勇,曾勇主编译:煤层甲烷储层评价及生产技术[M],徐州:中国矿业大学出版社,1996.180—182.[2] 吉德利J L等.水力压裂技术新发展[M].北京:石油工业出版社,1995.80—84.Simplified analysis of fracture treating pressure and fracture morphology in coalbed gas wellHAO Yan-li,W AN G He-qing,LI Yu-kui(Do w nhole Special Operation Service Department,ZPEB,Henan Puyang457061,China)Abstract:Ba sed o n ex periences of pr ev io us trea tment da ta of coa lbed gas test wells,the featr ues o f fr acture t reating pressure in coal seams and the rela tio nship be tween the depth,R o a nd f racture pressure g radient a re ana ly zed.The frac ture fea tures after fra cturing opera tion ar e also classified and summarized,a cco rding to f racture o rienta tio n a nd heigh t reco rded by fractur e mo nito ring(temper ature logg ing,g round pote ntial and upho le surv ey).Based o n that some useful sugg estio n and v aluable r eference for the future fr acturing in coalbed ga s wells ar e prov ided.Key words:coalbed ga s;frac ture;treating pressure;fractur e orientation;f racture heig ht中英煤层气技术交流项目 2000年初英国贸工部(DTI)与中国国际经济技术交流中心签定了煤层气技术交流项目。