橋塞射孔分段壓裂工藝在U型煤層氣井
——LG01-H井中的應用

宋永芳，廖碧朝，梁順武，鄭春國，汪 奇，孫春佳

(1.中石化中原石油工程有限公司井下特種作業公司，河南濮陽457164；2.中石化中原油田采油三廠，河南濮陽457164)

橋塞射孔分段壓裂工藝在U型煤層氣井
——LG01-H井中的應用

宋永芳*1，廖碧朝1，梁順武1，鄭春國2，汪 奇1，孫春佳1

(1.中石化中原石油工程有限公司井下特種作業公司，河南濮陽457164；2.中石化中原油田采油三廠，河南濮陽457164)

LG01井組是一口包括1口排采直井LG01-V和1口水平對接井LG01-H組成的U型煤層氣井。水平井LG 01-H采用套管完井，通過在水平段進行向下定向射孔和分段壓裂（采用電纜橋塞+射孔聯作）、優化壓裂施工參數，優選壓裂液和支撐劑組合，采取大排量施工來保證活性水造縫攜砂，成功進行了壓裂施工。實踐證明,可鉆橋塞分段壓裂工藝應用于煤層氣水平井具有很高的可行性，對進一步拓展該技術應用領域、推動應用與發展打下了堅實基礎。

煤層氣；U型井；橋塞射孔聯作；分段壓裂

煤層氣是一種賦存在煤層中以甲烷為主要成分的清潔、高效的非常規天然氣，但煤層具有低滲、低壓、低飽和度特點[1]，近年來為增加煤層氣的采氣面積提高采收率，U型井在煤層氣中得到廣泛應用。

水平井多級電纜橋塞+射孔聯作分段壓裂技術的主要特點是套管壓裂、多段分簇射孔、可鉆式橋塞（鉆時小于15min）封隔，近年來在國外頁巖氣藏及致密氣藏開發中得到廣泛應用。

根據U型煤層氣井組LG01采用?139.7mm套管完井，我們采用橋塞+射孔聯作工藝進行壓裂分段改造；考慮由于瓜膠凍膠類植物膠壓裂液有殘渣存在，對煤層傷害大，選用活性水作為本井壓裂液；根據水平井攜砂特征以及煤儲層特征，選用425～850μm、850～1180μm石英砂作為支撐劑，通過6d時間，完成了該井橋塞射孔分7段壓裂施工，為該區塊煤層氣水平井分段壓裂提供了寶貴的現場經驗。

1 U型煤層氣井井況

LG01井組是一口U型井，包括1口排采直井LG01-V和1口水平對接井LG01-H。LG01-H井深1485.96m，水平段長度為585.96 m，采取?139.7mm套管完井，鉆遇8#煤層頂界。直井LG01-V在8#煤層頂界采用洞穴完井以實現LG01-H在該處對接，如圖1所示。

圖1 U型井組示意圖

LG01-H井水平井眼軌跡在垂直距離8煤層頂界以上0.5～1.5m的范圍內；擬通過水平段進行向下定向射孔和分段壓裂，實現水平井眼與8煤層和9煤層的溝通，對8+9煤層進行抽采，在垂直井安裝排采設備進行抽采，實現U型井組開采煤層氣目的。

2 壓裂設計方案

2.1 壓裂方式優選

水平井是頁巖氣藏開發的關鍵，水平井分段壓裂工藝是頁巖氣開發中的核心技術[1]，目前，國內外常用于水平井分段壓裂工藝技術有：水力噴射分段壓裂技術、多級滑套封隔器分段壓裂技術、橋塞射孔聯作分段壓裂技術。經過調研得出水平井橋塞射孔分段壓裂技術作為一項新興的水平井改造技術，近年來在國外頁巖氣藏及致密氣藏開發中得到廣泛應用。該技術特點是通過橋塞封隔，進行逐段射孔、逐段壓裂，并在壓后用連續油管帶磨鞋一次鉆除橋塞并排液，可實現分段級數不受限。

根據LG01-H井的完井特點，選擇采用可鉆橋塞分段壓裂技術，電纜射孔和座封橋塞聯作工藝，有效改造目的層。

2.2 壓裂液優選

由于煤層氣具有松軟、割理發育、表面積大、吸附性強、壓力低等與砂巖儲層不同的特點，因此，必須對煤層壓裂液進行研究和評價，綜合考慮各壓裂液體系的施工風險與成本、對煤層的傷害程度等因素，最終優選出適合本區煤層壓裂改造的壓裂液體系[3]。

目前煤層壓裂常用的幾種壓裂液體系是：活性水壓裂液、胍膠壓裂液、清潔壓裂液、氮氣泡沫壓裂液等。通過實驗室試驗得出活性水壓裂液、胍膠壓裂液、清潔壓裂液、氮氣泡沫壓裂液對該區塊煤巖的傷害結果匯總如表1所示。

表1 各液體體系對煤巖的傷害結果對比表

由表1可知：胍膠壓裂液和清潔壓裂液對煤巖的傷害率很大，不能作為本礦區煤層壓裂改造的壓裂液，氮氣泡沫壓裂液和活性水壓裂液對煤巖的傷害率較小，但是氮氣泡沫壓裂液具有一定施工風險，同時成本高，活性水壓裂液成本小，無殘渣，對煤層二次傷害小，綜合上述因素，選用活性水作為本井壓裂液，其配方：1% KCl+0.05%殺菌劑。性能指標：密度＜1.1g/cm3，防膨率≥85%，表面張力19.3mN/m，界面張力0.8mN/m。

2.3 支撐劑粒徑優化

支撐劑是壓裂施工能否順利進行和壓后排采效果好壞的關鍵。支撐劑的類型、粒徑大小及其濃度直接影響著壓后煤層氣的產量[4]。支撐劑的性能是影響支撐裂縫導流能力的重要因素之一。支撐劑粒徑增大則強度降低,對破碎的敏感性增強,在壓裂施工中沉降速度增大,要求的裂縫寬度增加,攜帶的難度增大。粒徑小的細砂容易引起局部堵塞,降低裂縫的滲透率,泥質和粉煤容易運移堵塞。所以有必要對支撐劑的粒徑組合比例進行優化，借鑒本單位2010～2013年在山西銅川、保德區塊煤層氣施工經驗，在泵注初期，采用小粒徑的支撐劑，除了降低濾失還能確保裂縫端部能夠被支撐劑支撐，在泵注末期，采用大粒徑的支撐劑類型，這樣能夠在保證支撐劑濃度的基礎上盡量增加裂縫的導流能力。根據本井地層情況優選中砂（425～850μm）+粗砂（850～1180μm）2種支撐劑組合。

2.4 工藝參數優化

2.4.1 縫長優化

煤層滲透率是裂縫規模優化的重要影響因素，依據淮北礦區蘆嶺井田煤層基本條件，模擬不同滲透率條件下的支撐裂縫半長與壓后產氣量關系見圖2。

圖2 支撐裂縫半長與壓后產氣量關系圖

從模擬結果來看，總體上氣產量隨人工裂縫半長的增加而增大，但隨著人工裂縫半長的增加，產量增加的幅度逐漸變小。因此，綜合考慮煤層實際特點、壓裂施工風險及投入產出情況，優化裂縫半長為100～120m。

2.4.2 施工參數優化

（1）砂比：由于U型井組區塊煤層硬度較大，機械強度較高，低砂比對支撐劑嵌入現象影響相對較小。同時考慮到活性水的攜砂能力差、水平井加砂風險大，確定平均砂比為13%，加砂強度基本控制在7～8m3/m。

（2）排量：為了減小活性水相對濾失量，提高攜砂能力，降低多裂縫形態對一次成功率的影響，降低砂堵及沉砂風險，施工排量提至10m3/min。

（3）加砂梯度：壓裂施工設計原則采用由低到高分6～8個階梯進行加砂，前置階段采取段塞打磨措施，能有效處理近井裂縫彎曲，逐步降低壓力；在攜砂階段根據壓力變化，適時采用段塞式加砂有利于清理水平段沉砂、降低砂堵和泵送橋塞困難的風險。

3 壓裂現場試驗

2014年8月31日～9月5日，對LG01-H井進行橋塞射孔聯作分7段壓裂施工，共注入總液量6821.5m3，其中壓裂用液6627m3，泵送橋塞用液194.5m3；共加入總砂量542.5m3，其中425～850μm石英砂464.1m3；850～1180μm石英砂77.2m3，施工最高泵壓27MPa，最大排量10.0m3/min。加砂施工時，應用“前置液砂段塞”技術，解決了水平井定向射孔造成較高彎曲摩阻的問題，根據壓力情況應用“中頂液”措施能有效處理較高砂比進入后裂縫和井筒內脫砂的現象，保證成功造縫的同時不堵塞縫口，同時減少橋塞泵送困難，為壓裂施工成功提供了有力保障（施工曲線見圖3）。

圖3 LG01-H井分段壓裂施工曲線

4 結論

橋塞射孔聯作分段壓裂在LG01-H井的成功實施為開發該區塊煤層氣儲層改造提供了一種技術思路，表明可鉆橋塞分段壓裂工藝應用于煤層氣水平井具有很高的可行性，對進一步拓展該技術應用領域、推動應用與發展打下了堅實基礎。

[1]許春花，趙冠軍，龍勝舉，等.提高煤層氣采收率技術分析[J].中國石油勘探，20l0(3)：51-54.

[2]柳慧，侯吉瑞，等.減阻水及其添加劑的研究進展及展望[J].廣州化工，20l1，6(2)：25-26.

[3]李亭.煤層氣壓裂液研究及展望[J].天然氣勘探與開發，20l3（01）：18-20.

[4]劉新生，張宏，等.壓裂支撐劑選擇技術探討[C]//國際壓裂酸化大會論文集，2010，08:42-43.

TE357.1

B

1004-5716(2015)12-0041-03

2014-12-24

2014-12-31

宋永芳（1980-），女（漢族），湖北天門人，高級工程師，現從事油氣井增產方面的工作。