西山煤電屯蘭礦煤層氣井二次壓裂改造效果分析及壓裂施工建議

（山西西山藍焰煤層氣有限責任公司 山西 030200）

引言

隨著投運時間增長，煤層氣井產量會不可避免地出現衰減情況。本文研究位于西山煤電屯蘭礦煤層氣井，其投運時間已8年有余。因屯蘭礦煤層偏軟，具有低滲透率、低瓦斯含量以及低儲層壓力特點，導致該區域煤層氣井產量較低且衰減嚴重。截至2020年初，屯蘭礦區域層氣井產量已由2014年14萬m3/d降至8萬m3/d，且該區域鉆井數已基本達設計上限，難以大規模補新井，為保證屯蘭礦煤層氣產量穩定，對投運年限較久的煤層氣井進行技術改造迫在眉睫。

我公司前期采取的等離子脈沖、徑向鉆孔解堵、高壓注水等技術改造均未能在屯蘭礦取得理想效果，同時根據屯蘭礦煤層氣井生產現狀，最終選擇采用二次壓裂改造方案，以期取得突破。

1.二次壓裂選址依據

我公司分別于2013年、2019年、2020年對屯蘭礦煤層氣井進行二次壓裂改造施工，根據實際施工效果分析，總結出以下選址依據：

（1）區塊內沒有不利于產氣的構造，有連續穩定的 4#、9#煤層。

（2）煤層噸煤瓦斯含量超過8m3/t。

（3）煤層厚度超過2m。

（4）歷史產氣量較好的優勢區塊。

2.二次壓裂工藝研究

我公司2013年、2019年和2020年對屯蘭礦煤層氣井進行二次壓裂改造施工的壓裂選層、射孔方案及壓裂方式詳見下表1。

表1 2013年、2019年、2020年壓裂工藝對比

通過分析2013年、2019年、2020年壓裂工藝優缺點及結合煤層氣井實際生產效果，總結出以下二次壓裂方案：

（1）對于原始壓裂煤層改造，采用小砂量、大液量施工參數，可增大壓裂控制范圍。

（2）對于新煤層改造，采用小砂量、小液量施工參數，可降低施工成本。

（3）選擇性對歷史產氣較差或不產氣煤層氣井8#煤層進行壓裂改造，放棄2#煤層壓裂，可降低改造成本。

（4）噴砂射孔可保證射穿水泥環，結束后持續循環150方液量可穩定壓裂通道，提升射孔效果。

（5）多層壓裂時進行分層施工，不再使用滑套等連續施工工具；單層壓裂完畢后立刻打撈橋塞、封隔器，可緩解因老井套管變形導致施工困難，加快施工進度。

（6）前置液液量增加至總液量40%，頂替液量增大至套管及地面管線容積的1.5倍。可增加造縫數，一定程度上形成體積縫，以及形成良好裂隙通道。

3.二次壓裂效果分析

我公司2013年、2019年和2020年二次壓裂改造施工效果詳見下表2。

表2 2013年、2019年、2020年二次壓裂井壓裂效果

2013年二次壓裂井改造后1個月內煤層氣井產量有較大幅度提高，平均產量達905m3/d，單井最高產量1397m3/d，但隨后產量直線下降，施工前后產量無明顯提高，可得出以下判斷：

（1）由于井徑擴大率增大，井筒下部水泥環過厚，普通槍彈射孔難以保證效果。

（2）由于原始壓裂層位和二次壓裂改造層位相同，二次壓裂改造液體和砂沿原有裂隙擴散，導致有效裂隙沒有進一步增加。

（3）由于原有壓裂煤層儲層壓力已經降低，一定程度上使返排率降低，產氣持續能力下降，最終影響改造效果。

2019年二次壓裂改造煤層氣井口套壓和產量較2013年均有較大幅度提升，可得出以下判斷：

（1）新開4#、9#煤層的生產井產量提升明顯，效果遠超過2#、8#煤層改造，產量較改造前提升一倍以上。

（2）加強彈射孔效果優于普通槍彈射孔，可有效射穿水泥環。

2020年煤層氣井二次壓裂較2019年產量提升幅度較小，但井口套壓和提產率提升明顯，產氣量仍有提升的空間，可得出以下判斷：

（1）噴砂射孔+加強彈補射孔效果優于加強彈射孔，其更有利于建立、延伸通道、增加通道數量及維持通道穩定，可有效提高煤層滲透率，保證煤層氣連續、穩定產出。

（2）放棄改造歷史產氣較好煤層氣井的2#、8#煤層，老層壓裂后產氣量提升不明顯。

（3）選擇性壓裂8#煤層的煤層氣井產量提升明顯，以下為歷史產氣較差煤層氣井壓裂8#煤層前后效果對比。

①XST-068

圖1 XST-068二次壓裂改造前后對比

XST-068井二次壓裂改造前井口套壓0.1MPa，平均產量不足80m3/d，6月19日改造后恢復投運，經過將近2個月的持續穩定排采開始見氣，壓力升高至1.6MPa并氣，產氣量得到較大提升，峰值達到1344m3/d，目前氣量穩定在600m3/d以上，產量提升明顯。

②XST-069

XST-069井二次壓裂改造前井口套壓0.1MPa，平均產量不足50m3/d。于6月25日改造后恢復投運，持續排采超過2個月后開始見氣，井口套壓升高至1.7MPa后并氣，氣量穩定至500m3/d，產量提升約7倍，改造效果良好。

圖2 XST-069二次壓裂改造前后對比

③XST-134

XST-134井改造前出液量較大，但井口套壓0.04MPa，日產氣量不足50m3/d，處于較低水平。改造后于9月19日恢復運行，經過半個月的排采該井就開始連續穩定產氣，井口套壓升高至1.6MPa并氣，日產氣量突破1000m3/d，改造效果顯著。

圖3 XST-134二次壓裂改造前后對比

4.總結

（1）地址選擇。優選煤層連續穩定、噸煤瓦斯含量較高且煤厚超過2m的歷史產氣量較高區塊，保證壓裂改造效果明顯。

（2）層位選擇。優選4#、9#煤層及歷史產氣較差的8#煤層進行施工，以提升壓裂效果，減少無效壓裂，降低改造成本。

（3）射孔方案選擇。噴砂射孔加后期加強彈補射孔方案，可有效解決老井由于井徑擴大率較高、水泥環過厚導致的射孔效果不佳的現狀，且可增加裂隙數量和保障通道穩定性，提高煤層滲透率，增加煤層氣井產量。

（4）壓裂方式選擇。采用煤層氣井分層壓裂，綜合光套管壓裂及油管壓裂的優勢，簡化施工工藝，提高施工效率，可有效解決屯蘭礦老井改造施工難度大的問題。