柿莊南區塊低效煤層氣井產能釋放技術研究

杜建波，郭布民，黃洪偉，周 彪，張萬春

（中海油田服務股份有限公司油田生產事業部，天津 300450）

柿莊南是沁水盆地煤層氣開發的核心區塊之一，但截至目前柿莊南單井產氣量平均僅為334 m3/d，遠低于沁水盆地平均單井產量（868 m3/d）。為了盤活儲量巨大的低效井資源，創新性地結合柿莊南區塊煤巖儲層特征和低產原因，研究形成了一套精細化的產能釋放技術。該項技術應用于現場后，取得了平均單井日增氣3.5 倍的增產效果，為有效盤活低效煤層氣資源提供了技術借鑒。

前人對沁水盆地柿莊南區塊所做的研究工作及成果主要集中區塊地質研究[1-6]和一次壓裂優化[7-9]方面。對本文提出的結合煤巖儲層地質特性和低產原因制定精細化的增產改造技術及成規模的現場應用，目前未見公開發表的文獻資料。

1 儲層地質特征

儲層地質特征是產氣潛力的物質基礎，需要同時考慮資源條件和可采條件。本研究綜合考慮儲層各地質特征參數，將區塊劃分成若干潛力區，為制定增產改造方案提供技術參考。

通過對沁南柿莊南區塊低效井區含氣量、含氣飽和度、儲層壓力梯度、臨界解吸壓力、臨儲比和滲透率等地質參數與產氣量的相關性分析，通過模糊矩陣計算和專家打分的方式確定了各參數的權重值，并進一步得到每口井的潛力值，以此圈定出了低效井區增產改造潛力區。潛力區分為四類，其中Ⅰ類為高潛力區，面積占2.78 %，Ⅱ類為較高潛力區，面積占10.53 %，Ⅲ類為中潛力區，Ⅳ類為低潛力區，面積分別占15.82 %和70.87 %（見圖1、表1）。

表1 不同類型潛力區井數分布

圖1 關鍵地質參數與產氣量的關系

圖2 低效煤層氣井治理對策

2 低效煤層氣井低產原因及治理對策

在煤層氣開發生產過程中，儲層可采條件、地質資源條件、鉆完井工藝、儲層改造技術和排采管控等因素都會對單井產能產生重大影響，因此，本文采用層次分析法對低產主控因素進行分析，關鍵參數一票否決，再進一步進行多參數組合，最終確定低產主控因素。通過系統分析，低產原因分為地質因素、工程因素和排采因素，占比分別為17.2 %、23.8 %和59 %。

結合儲層特征和低產原因，以最大化改造效果為目標制定以下改造思路（見圖2）。

3 低效煤層氣井產能釋放技術

3.1 暫堵轉向壓裂技術

暫堵轉向增產機理：在暫堵劑作用下，封堵原有裂縫，壓開新裂縫，提高儲層縫控體積，達到增產目的。

通過室內實驗對柿莊南煤層氣重復壓裂縫內暫堵劑性能進行評價及優選：實驗擬定選用60～80 目水溶性暫堵劑AAS 作為真三軸水力壓裂物理模擬的暫堵劑，用巖心夾持器固定煤巖巖心，放入導流儀。用攜帶可溶性暫堵劑的壓裂液進行恒流驅替，流量為5 mL/min，實驗中記錄驅替壓差。改變暫堵劑濃度，研究暫堵劑濃度對其封堵能力的影響，實驗結果（見圖3）。

暫堵劑濃度為4 %時驅替壓差在0.3 MPa～1.5 MPa波動，無法形成有效封堵，提高暫堵劑濃度至8 %、10 %和15 %時，最高驅替壓差分別為9.5 MPa、14.5 MPa 和18.5 MPa，驅替壓差不斷重復累積，有一定的封堵效果。

圖3 暫堵劑濃度對封堵效果影響

將暫堵劑置于壓裂液中，用水浴鍋30 ℃、40 ℃恒溫加熱，24 h 的最終溶解率為65 %，暫堵劑殘渣污染地層且不易解堵，不利于增產改造，實驗結果（見圖4）。

圖4 暫堵劑溶解率曲線

圖5 煤體結構圖

由于煤層埋深淺，地層溫度低，纖維小球等暫堵劑無法完全降解，水溶性暫堵劑溶解度低，容易對儲層造成傷害，而油溶性暫堵劑、酸溶性暫堵劑均不適用于煤層氣儲層，故柿莊南煤層氣重復壓裂暫堵劑優選采用小粒徑石英砂作為縫內暫堵劑。

3.2 間接壓裂技術

受應力擠壓作用影響，柿莊南區塊3 號煤發育多種煤體結構，平面分布具有較大差異性。取心井顯示煤層可見原生結構煤、原生-碎裂結構煤、碎裂-碎粒結構煤、碎粒結構煤等4 種（見圖5）。利用井徑和電阻率測井曲線對柿莊區塊煤體結構分類，發育原生煤體結構井數比例42.4 %，發育原生-碎裂煤體結構井數比例37.3 %，發育碎裂-碎粒煤體結構井數比例20.3 %。

圖6 頂板射孔重復壓裂示意圖

處于應力轉變帶的井，構造煤發育，一次壓裂難以在煤層中形成有效裂縫，導致低產。間接壓裂技術是指在煤層以上頂板3 m～5 m 射孔后進行壓裂改造，對于煤體結構較差的井實施間接重復壓裂能夠使裂縫縱向延伸后溝通煤層，形成穩定降壓、解吸、滲流通道，增強改造效果，其示意圖（見圖6）。

3.3 同步壓裂

同步壓裂技術是指對于地應力相差不大且相鄰的多口井同時實施壓裂的一項壓裂技術。應用同步壓裂技術，裂縫周圍煤層誘導應力疊加范圍和強度大，局部區域誘導后的水平主應力差超過了初始水平主應力差，使得水平主應力發生反轉，有利于水力裂縫轉向延伸過程中充分溝通煤層中面、端隔理等弱結構面，在煤層中形成復雜裂縫網絡[10，11]。沁南柿莊北區塊深部煤層水力波及壓裂現場應用表明，相比于同區塊常規壓裂井，同步壓裂井見氣時間短，單井平均產量高，可以作為煤層氣重復壓裂的一項重要技術[12]。

3.4 煤層解堵技術

煤層氣井頻繁停機導致排采過程不連續，會造成近井煤層的煤粉堵塞及水鎖傷害，對于這種近井傷害井可以采用小規模重復壓裂、PPF 等解堵技術解除近井傷害。

PPF 等離子解堵技術是利用電纜或連續油管將PPF 脈沖發生器下入目的井段，通過傳輸高壓電使發生器上的金屬導線瞬時氣化，產生等離子體和電弧通道，以振動波的形式作用于煤層，在井筒附近形成并延伸多裂縫，并以高頻脈沖剪切剝離煤層孔隙內的煤粉堵塞物，解除近井傷害（見圖7）。

4 現場應用效果

為了有效盤活柿莊南區塊低效煤層氣井資源，根據區塊煤儲層特點研究了精細化的產能釋放技術，以期提高單井及全區產能。2019 年，在柿莊南A-1、A-2、B-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6、B-7、B-8 共10 口井進行了現場應用試驗，10 口井二次壓裂設計方案及壓后產量情況（見表2、表3），由表2、表3 可知措施后單井平均產量達到措施前的3.5 倍，表明該項技術能夠有效釋放低效煤層氣井資源，達到了理想的現場應用效果，為柿莊南區塊低產井的提產穩產提供了新的技術途徑。

圖7 PPF 等離子解堵技術

表2 10 口井增產措施方案

表3 10 口井增產措施后產量情況

5 結論

（1）分析了柿莊南區塊低效井區含氣量、臨界解吸壓力等地質特性參數與產氣量的關系，以潛力值綜合評價儲層性質，并以此圈定出了低效井區增產改造潛力區。

（2）分析了柿莊南區塊低效井區煤層氣低產原因，包括地質因素、工程因素和排采因素。綜合考慮儲層性質和低產原因制定出精細化的產能釋放技術。

（3）現場應用效果表明該項技術能夠有效釋放低效煤層氣井資源，為柿莊南區塊低產井的提產穩產提供了新的技術途徑。