織金區(qū)塊多煤層分層壓裂工藝優(yōu)化與應(yīng)用

潘 嘉

（中石化華東油氣分公司采油氣工程服務(wù)中心，江蘇泰州 225300)

織金區(qū)塊多煤層分層壓裂工藝優(yōu)化與應(yīng)用

潘 嘉

（中石化華東油氣分公司采油氣工程服務(wù)中心，江蘇泰州 225300)

通過(guò)梳理織金區(qū)塊分層壓裂工藝，結(jié)合織金區(qū)塊煤層氣排采情況，找出了早期勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中壓裂工藝的不足，針對(duì)儲(chǔ)層改造針對(duì)性不足、施工周期過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題，優(yōu)化了不動(dòng)管柱分層壓裂工藝，明確了不動(dòng)管柱分層壓裂工藝的可靠性，指出了適用于織金多薄煤層煤層氣開(kāi)發(fā)的分層壓裂工藝，指導(dǎo)織金區(qū)塊煤層氣后續(xù)開(kāi)發(fā)，為非常規(guī)淺層氣分層壓裂工藝的選擇提供參考。

分層壓裂；煤層氣；封隔器；不動(dòng)管柱

1 概況

1.1 地質(zhì)概況

織金區(qū)塊面積7 302.056km2，含煤面積4 648.55km2，發(fā)育煤層多，煤層25～57層，可采煤層6～17層；單層厚度薄，0.3～4.6m不等，總厚度13.5～26.8m；平均含氣量10～15m3/t。織金區(qū)塊地溫梯度在2.8℃/100m左右，屬于常溫地層。織金區(qū)塊煤層地應(yīng)力在4.66～17.56MPa，平均10.46MPa，測(cè)試數(shù)據(jù)顯示煤儲(chǔ)層壓力梯度在0.55～1.08MPa/100m，平均0.81MPa/100m。綜合而言，織金區(qū)塊煤層是具有“多、薄、淺”特點(diǎn)的常溫常壓煤層。

1.2 儲(chǔ)層改造概況

織金區(qū)塊開(kāi)發(fā)前期共有排采井12口，包括探井十口、篩管完井生產(chǎn)井一口、水平井一組。十口探井中，四口井籠統(tǒng)壓裂，兩口井采用投球分壓，四口井填砂分壓；ZS1井篩管填砂完井未壓裂，直接轉(zhuǎn)入排采；一組水平井采用可鉆橋塞分段壓裂。

2 分壓工藝優(yōu)化

為了提高織金區(qū)塊勘探開(kāi)發(fā)效果，加強(qiáng)儲(chǔ)層改造針對(duì)性，對(duì)分壓工藝進(jìn)行了優(yōu)化，提出了采用封隔器跨隔目的層的不動(dòng)管柱分層壓裂工藝。不動(dòng)管柱分層壓裂是利用封隔器及滑套噴砂器等組合，實(shí)現(xiàn)目的層分層壓裂。首先將管柱按分層要求組配，下至預(yù)定深度，并投球座封封隔器，而后繼續(xù)升壓打掉球座，實(shí)現(xiàn)第一目的層連通及壓裂；投球，推動(dòng)滑套噴砂器中心管下行，中心管與球到達(dá)球座封隔第一目的層，實(shí)現(xiàn)第二目的層壓裂；后續(xù)目的層壓裂，重復(fù)第二目的層壓裂步驟，實(shí)現(xiàn)下一層壓裂；入井鋼球直徑依次增大，依次打開(kāi)對(duì)應(yīng)的滑套噴砂器。

不動(dòng)管柱分層壓裂工藝在常規(guī)油氣儲(chǔ)層改造時(shí)較常見(jiàn)，但在煤層壓裂時(shí)則受煤層氣井壓裂液、施工參數(shù)等影響，需考慮這些因素帶來(lái)的影響，克服這些技術(shù)難點(diǎn)，從而完成優(yōu)化及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

2.1 壓裂液性質(zhì)決定需大排量施工

織金區(qū)塊的煤層氣井均采用活性水壓裂也體系，具有低傷害、低成本、使用簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。煤層氣壓裂液的選擇必須基于煤層的特性、開(kāi)采特點(diǎn)，且與儲(chǔ)層相匹配，以及在現(xiàn)有施工水平下所能達(dá)到的砂液比，使形成的裂縫能夠滿足煤層所需要的導(dǎo)流能力[1]。

圖1 不動(dòng)管柱分層壓裂工藝示意圖

煤層儲(chǔ)層保護(hù)極其重要。煤層低壓、低滲、比表面積巨大的特點(diǎn)，使煤層儲(chǔ)層保護(hù)的重要性上升，煤層進(jìn)一步污染所帶來(lái)的儲(chǔ)層傷害對(duì)于開(kāi)發(fā)效果而言可能是致命的。室內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，活性水壓裂液體系具有較低的傷害率，僅11.96%。2%KCL壓裂液體系同樣傷害較低，但其成本較高且產(chǎn)出水處理難度更大。

目前煤層氣井勘探開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益仍較低，勘探開(kāi)發(fā)單井投入有限，必須嚴(yán)格控制成本，在低傷害的同時(shí)，選用成本較低的活性水壓裂液體系。

2.2 大排量施工要求控制地面泵壓

在煤層壓裂施工時(shí)主要考慮的是如何控制施工排量、施工壓力完成設(shè)計(jì)加砂量。施工排量應(yīng)首先考慮壓裂液攜砂性能，而后進(jìn)一步考慮頂?shù)装鍘r石力學(xué)性能，防止壓穿煤層頂?shù)装逶斐赏鈦?lái)水補(bǔ)給，影響排采效果。施工排量越大，壓裂液進(jìn)入煤層后造縫能量也越充足，同時(shí)攜砂性能越好。在施工不超壓、不壓穿煤層頂?shù)装迩闆r下，排量越大，煤層改造也充分。排量的設(shè)計(jì)要考慮管柱內(nèi)壁摩阻以便合理控制地面泵壓。

2.3 分層壓裂工具優(yōu)化

活性水壓裂液體系的低黏度、高濾失等特點(diǎn)，決定了煤

層壓裂需要較高的排量以獲取較好的改造效果，也就要求管柱內(nèi)徑不能過(guò)小，限制了連續(xù)油管、水力噴射在煤層氣井分層壓裂上的推廣應(yīng)用。國(guó)內(nèi)連續(xù)油管設(shè)備使用成本高，也是限制推廣使用的重要原因。而為了減少裂縫導(dǎo)流能力的損失，在支撐劑不返吐的前提下，應(yīng)盡早進(jìn)行放噴，降低支撐劑高圍壓下破碎、壓實(shí)及嵌入煤層。綜合而言，煤層氣井活性水加砂壓裂要求大排量施工、快速放噴。織金區(qū)塊以直斜井為主，宜采用不動(dòng)管柱分層壓裂工藝，管柱采用Φ89mm油管、封隔器分壓管柱，施工排量較高、施工效率高、儲(chǔ)層改造針對(duì)性強(qiáng)，相較于其他常見(jiàn)的直斜井分層壓裂工藝，提高施工效率顯著，大大降低了壓裂費(fèi)用。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

3.1 壓裂效率高，改造排量大，加砂強(qiáng)度高

不動(dòng)管柱分壓工藝單次壓裂下井封隔器最多四個(gè)，實(shí)現(xiàn)兩層分壓6井次、實(shí)現(xiàn)三層分壓3井次、實(shí)現(xiàn)四層分壓6井次；總計(jì)應(yīng)用15井次，成功完成設(shè)計(jì)要求加砂量15井次，大大增強(qiáng)了各井目的層改造的針對(duì)性。各井停泵壓力8.1～38.2MPa，平均14.2MPa，地應(yīng)力相對(duì)較低，施工相對(duì)容易，15井次不動(dòng)管柱分層壓裂未因井下管柱及工具造成返工，壓裂成功率100%。

壓裂施工2層至4層目的層，壓裂周期普遍為1～2d。壓裂效率提高，工具費(fèi)及井下作業(yè)費(fèi)用有所提高，但壓裂費(fèi)用明顯降低，降本增效作用顯著，15口井節(jié)約資金200萬(wàn)元。

15口井分45層壓裂，其中44層采用不動(dòng)管柱分壓工藝，排量4.6～6.0m3/min，平均排量5.2m3/min，排量垂厚比0.9～7.3m2/min，平均排量垂厚比2.7m2/min。排量垂厚比高一定程度上反應(yīng)了壓裂液造縫能量較為充足，攜砂相對(duì)容易。相對(duì)于較薄的煤層而言，排量已經(jīng)較大。

15口井分45層壓裂，加砂強(qiáng)度5.2～28.7m3/m，平均加砂強(qiáng)度14.3m3/m，滿足地質(zhì)上勘探開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)要求。

3.2 排采井產(chǎn)氣分析

織金區(qū)塊試驗(yàn)井組10口新井及ZS1井，基本表現(xiàn)出較好的生產(chǎn)態(tài)勢(shì)，產(chǎn)水量大多較好，如Z2-10-54井分四層壓裂，用液1 855m3，加砂114.4m3，日產(chǎn)氣達(dá)2 321.43m3，分層改造取得了較好的改造效果。

4 結(jié)論與建議

4.1 不動(dòng)管柱分層壓裂工藝可靠性高

不動(dòng)管柱分層壓裂工藝應(yīng)用15口井，成功15口井，未因管柱原因造成多次壓裂，可靠性高。

4.2 不動(dòng)管柱分層壓裂工藝是織金區(qū)塊直斜井多煤層分壓的有效方式

不動(dòng)管柱分壓工藝實(shí)施15口井，平均加砂強(qiáng)度達(dá)14.3m3/m，超過(guò)地質(zhì)上對(duì)儲(chǔ)層改造加砂強(qiáng)度10m3/m的要求，加強(qiáng)了儲(chǔ)層改造針對(duì)性，提高縱向上了儲(chǔ)層動(dòng)用程度，各井生產(chǎn)態(tài)勢(shì)良好。Z2-10-54井分四層壓裂，用液1 855m3，加砂114.4m3，日產(chǎn)氣達(dá)2 321.43m3，分層改造取得了較好的改造效果。該工藝是織金區(qū)塊直斜井多煤層分壓的有效方式。

4.3 不動(dòng)管柱分層壓裂工藝降本增效效果顯著

直斜井壓裂施工中，主要涉及壓裂隊(duì)、作業(yè)隊(duì)、射孔隊(duì)等施工隊(duì)伍，其中壓裂隊(duì)費(fèi)用最高。通過(guò)不動(dòng)管柱分層壓裂工藝優(yōu)化與應(yīng)用，單井壓裂施工周期降至1～2d、單井射孔作業(yè)壓縮至一天，僅增加了作業(yè)隊(duì)伍工作量，卻大大降低了壓裂施工費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了快速同步放噴，最大限度地保留了裂縫導(dǎo)流能力，降本增效效果顯著。

不動(dòng)管柱分層壓裂工藝有其自身特點(diǎn)，應(yīng)用時(shí)建議注意以下幾點(diǎn)：

（1）不動(dòng)管柱分壓工藝不宜在水平井內(nèi)應(yīng)用

大直徑工具串在水平段壓裂施工，面對(duì)砂堵等異常情況造成的卡管等復(fù)雜情況，處理難度大，因此，該工藝不宜在水平井內(nèi)應(yīng)用。

（2）首次壓裂停泵壓力過(guò)高井重復(fù)壓裂時(shí)不宜采用不動(dòng)管柱分層壓裂

高停泵壓力井易造成施工排量受限，無(wú)法達(dá)到較高排量壓裂。如Z7井煤層埋深超過(guò)1 000m，首次壓裂時(shí)停泵壓力達(dá)23.6MPa，采用不動(dòng)管柱分層重復(fù)壓裂時(shí)兩層目的層施工壓力均較高，施工排量4.5m3/min、4.2m3/min，未能進(jìn)一步提高儲(chǔ)層改造效果。

[1] 伊向藝，雷群，丁云宏，等.煤層氣壓裂技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：石油工業(yè)出版社，2012.

[2] 李士倫.天然氣工程[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.

Optimization and Application of Multi-coal Seam Stratified Fracturing Process in Zhijin Block

Pan Jia

By combing the stratified fracturing process of the weaving block and combining with the coalbed methane drainage in the weaving area，the deficiency of the fracturing process in the early exploration and development process is found.In view of the shortcomings of the reservoir modification，the construction period is over And the stability of the non-action column stratified fracturing process is clarified，and the layered fracturing process suitable for the development of coalbed methane in the multi-seam coal seam is pointed out.To guide the follow-up development of coalbed methane in Zhijin block，and to provide reference for the selection of unconventional shallow gas stratification fracturing process.

stratified fracturing；coalbed methane；packer；immobile

P642.23

B

1003–6490（2017）11–0130–02

2017–08–27

潘嘉（1989—），男，江蘇泰州人，助理工程師，主要從事非常規(guī)油氣資源勘探開(kāi)發(fā)工作。