新疆阜康矿区X井台煤层气井储层压裂改造简析
2018-12-13张军
张 军
(新疆煤田地质局一五六煤田地质勘探队,新疆 830009)
阜康矿区煤层气井的增产主要靠储层改造,而储层改造的主要工程手段为水力加砂压裂。现对阜康矿区X井台四口定向井储层压裂改造效果简析,指导本矿区及其他区块煤层气井储层改造工程工艺。
1 地质特点
1.1 地质构造情况
阜康矿区X井台位于准噶尔盆地南缘,区内煤层呈南倾的单斜构造,走向为近东西向,地层倾角45°~53°,含煤地层在走向上和倾向上变化不大,工作区内未发现断层,构造复杂程度划分为简单构造类型。
1.2 煤层情况
矿区内煤层发育,目的煤层位于侏罗系下统八道湾组下段(J1b1),共含煤8层,其中以42号、41号和39号煤层为本项目开发的目的层,开发深度为520~1200m。煤层为湖沼相沉积的腐植煤,热演化程度低,镜质组反射率:42号煤平均0.70%、 41号煤平均0.85%、 39号煤平均0.90%,属低煤阶(长焰煤-气煤)。
1.3 主力煤层厚度及含气量
(1)煤层厚度
39号煤:4.16~14.93m,平均10.52m;41号煤:4.75~10.31m,平均7.31m;42号煤:8.67~22.39m,平均18.32m。39号煤与41号煤的间距为13.19~24.15m,41号煤与42号煤的间距为24.91~35.66m。
(2)含气量
39号煤测试平均含气量6.9~9.08m3/t;41号煤测试平均含气量4.33m3/t;42号煤测试平均含气量4.46~10.94m3/t。
1.4 主力煤层等温吸附特征
本区域煤层具有较高的吸附气量和较强的吸附能力,其中41号煤兰氏体积33.45m3/t、兰氏压力2.48MPa,42号煤兰氏体积34.60m3/t、兰氏压力2.52MPa。
1.5 主力煤层割理发育情况
主力煤层39号煤、41号煤、42号煤割理较发育~发育,连通性中等~好,孔隙度3%~8%。
1.6 煤岩特征
主力煤层宏观煤岩成分大致相同,类型为半亮型煤~半暗型煤,显微组分显示有机质含量89.9%~92.4%,粘土矿物含量6.2%~9.0%,测井GR值结果:39号煤4~13API;41号煤10~23API;42号煤5.3~27API,整体说明煤层煤质较纯,有机质含量高,泥质含量低。
1.7 煤体结构及夹矸情况
(1)煤体结构
根据取芯测试及测井曲线数据显示:煤层的密度较低、井径规则,煤体结构较好、煤硬度大。
(2)夹矸情况
39号煤夹矸0~4层,粉砂岩、碳质泥岩,41号煤夹矸0~4层,粉砂岩,42号煤夹矸0~3层,粉砂岩。
1.8 顶底板岩性及含水情况
39号煤层顶板岩性为中细砂岩、砾岩,可能含水;底板岩性是粉砂岩,为隔水层。
41号煤层板岩性是粉砂岩、细砂岩,为隔水层;底板岩性是砂岩,为隔水层。
42号煤层板岩性是粉砂岩、细砂岩,为隔水层;底板岩性是粉砂岩、中砂岩,为隔水层。
1.9 储层温度及压力情况
井温测试结果:地温梯度在3.0℃/100m左右,主力煤层温度15.6~36℃;注入压降结果:储层压力梯度9.42~9.56×103MPa/m,接近静水压力;主力煤层储层压力:4.90~11.30MPa。
2 压裂情况
2.1 井位部署
煤层气田直井的布井方式通常采用矩形井网(正方形为其特殊形式)和梅花型井网。此次X井台采用了梅花型井网布井(图1)。39号、41号、42号、44号煤层储层物性及流体性质、压力系统、构造形态基本一致,煤层厚度大,含气量高,均为全区可采的稳定煤层。其中42号煤层试采成果也证实了这套煤层具有较好的产气能力,本次X井田四口煤层气井选择其中最有利的一层或者数层进行开发。
图1 井位示意图(井距250~300m)
2.2 压裂施工参数
优化压裂施工参数,实现压裂对储层的高效改造,具体施工参数如下。
① 裂缝规模:100~120m。
② 前置液量:总液量的40%~50%。
③ 压裂液总量:活性水约1500m3。
④ 注入方式:光套管注入。
⑤ 施工排量:活性水施工排量10~12m3;阶梯式提升排量。
⑥ 加砂量及砂比:砂比9%~11%,单层砂量50~70m3;阶梯式提升砂比,楔形加砂。
⑦ 支撑剂类型:支撑剂的粒径:40~70目中细砂、20~40目中砂、16~30目覆膜变形砂。中细砂用于前置液中对裂缝进行打磨和降滤;中砂用于携砂液,主要用于支撑裂缝;覆膜变形砂用于增加近井筒地带裂缝导流能力及防治支撑剂回流。
2.3 压裂施工情况
按照压裂施工参数总体进行了X井台4口井共计9次压裂工作(具体数据见表1),除X-3井41号煤未达到设计要求支撑剂量,其他均到达设计要求支撑剂量。
表1 X井台煤层气井压裂施工情况一览表
2.4 压后放喷情况
X井台4口井压裂施工完成后均进行了压后放喷工作,放喷数据见表2。
表2 X井台煤层气井压后放喷情况一览表
3 排采情况
经过近半年的生产,X井台4口井均产气,除X-2井外,其余3口井日产量均超过1000m3/d,具体产气情况见表3。
表3 X井台煤层气井生产情况一览表
4.压裂分析
4.1 X-1井压裂42、41号煤层
(1)42号煤层
42号煤层射开6m,活性水压裂总液量1553m3、总砂量69m3,每米射孔段液量259m3、砂量11.5m3,平均砂比8.2%,携砂液阶段施工压力34.63~40.15MPa,排量11m3/min,每米射孔段平均进液排量1.83m3/min(图2),压裂过程中总体压力平稳,并在加砂过程中多次上升,表明裂缝在向前端受限扩展并多次在裂缝中形成砂桥后突破,但缝高正常,多裂缝发育。整体支撑剂铺设效果一般,基本属于连续铺砂,裂缝远端铺设差,近井地带铺设过多。
图2 X-1井42号煤压裂施工曲线图
图3 X-1井41号煤压裂施工曲线图
停泵压力24.53MPa,30~45分钟压降至17.25MPa,30~45分钟压降7.28MPa,由于储层的基质渗透率较差,表明支撑裂缝沟通储层体积大,整体储层改造效果好。
(2)41号煤层
41号煤层射开5m,活性水压裂总液量1489m3、总砂量60m3,每米射孔段液量298m3、砂量12m3,平均砂比8.3%,携砂液阶段施工压力26.69~34.12MPa,排量12m3/min,每米射孔段平均进液排量2.4m3/min(图3),压裂过程中总体压力平稳上升,并在加砂过程中持续上升,表明裂缝在向前端良好延伸,支撑剂铺设好呈楔形铺设,连续铺砂,缝高正常,炮眼处同裂缝沟通顺畅,且形成长主缝。
停泵压力19.67MPa,30~45分钟压降至15.39MPa,30~45分钟压降4.28MPa,储层基质渗透率较差,但支撑裂缝长且铺砂好,整体储层改造效果非常好。
4.2 X-2井压裂42号煤层
42号煤层射开4m,活性水压裂总液量1513m3、总砂量68m3,每米射孔段液量328m3、砂量17m3,平均砂比7.39%,携砂液阶段施工压力24.27~40.16MPa,排量12.5m3/min,每米射孔段平均进液排量3.13m3/min(图4),符合“大排量+大液量+大砂量”压裂工艺,压裂过程中总体压力上升到后期突降,表明裂缝高度失控,可能沟通上部地层。
通过后期排采可知本井产水量高于本井台其他3口井,判断沟通了上部含水层,储层压力降无法向远端传递,产气效果差。
4.3 X-3井压裂42、41号煤层
(1)42号煤层
42号煤层射开11m,活性水压裂总液量1332m3、总砂量30m3,每米射孔段液量121m3、砂量2.7m3,平均砂比4.5%,携砂液阶段施工压力38.08~44.48MPa,排量11m3/min,每米射孔段平均进液排量1m3/min(图5),压裂过程中总体压力平稳上升,并在加砂过程中数次上升,表明裂缝在向前端受限扩展,前几次在裂缝中形成砂桥后突破,最后一次未形成突破造成砂堵,但缝高正常。整体支撑剂铺设效果差,段塞式加砂,铺砂不连续,裂缝远端铺设差,近井地带铺设一般。整体储层改造效果一般。
图4 X-2井42号煤压裂施工曲线图
图5 X-3井42号煤压裂施工曲线图
图6 X-4井42号煤下段压裂施工曲线图
停泵压力28.72MPa,30~45分钟压降至18.54MPa,30~45分钟压降10.18MPa,储层的基质渗透率好,支撑裂缝差,整体储层改造效果一般。
(2)41号煤层
41号煤层两次压裂施工,施工压力高、排量小、基本未加砂,压裂施工未达到目的。
4.4 X-4井压裂42、41号煤层
(1)42号煤层
42号煤层下段,射开6m,活性水压裂总液量766m3、总砂量16m3,每米射孔段液量128m3、砂量2.7m3,平均砂比4.2%,携砂液阶段施工压力38.68~44.68MPa,排量11m3/min,每米射孔段平均进液排量1.83m3/min(图6),压裂过程中总体压力平稳,并在加砂过程中数次上升,表明裂缝在向前端受限扩展并数次在裂缝中形成砂桥,前几次突破砂桥但最后一次未突破形成砂堵,缝高正常,炮眼处同裂缝沟通不畅存在扼流效应。整体支撑剂铺设效果差,段塞式加砂,铺砂不连续。
图7 X-4井42号煤上段压裂施工曲线图
图8 X-4井41号煤上段压裂施工曲线图
停泵压力29.58MPa,30~45分钟压降至18.19MPa,30~45分钟压降10.18MPa,储层的基质渗透率较好,支撑裂缝沟通储层体积小,整体储层改造效果差。
42号煤层上段,射开5m,活性水压裂总液量762m3、总砂量40m3,每米射孔段液量152m3、砂量8m3,平均砂比8.8%,携砂液阶段施工压力34.53~35.79MPa,排量11m3/min,每米射孔段平均进液排量2.2m3/min(图7),压裂过程中总体压力平稳微升,裂缝正常向远端延伸形成长主缝,缝高正常。整体支撑剂铺设效果好,连续铺砂,铺砂效果好。
停泵压力21.34MPa,30~45分钟压降至16.45MPa,30~45分钟压降4.89MPa,储层的基质渗透率一般,支撑裂缝沟通储层体积大,整体储层改造效果好。
(2)41号煤层
41号煤层射开3m,活性水压裂总液量1382m3、总砂量67m3,每米射孔段液量460m3、砂量22.3m3,平均砂比9%,携砂液阶段施工压力25.46~29.61MPa,排量12.5m3/min,每米射孔段平均进液排量4.17m3/min(图8),压裂过程中总体压力平稳,裂缝正常向远端延伸形成长主缝,缝高正常。整体支撑剂铺设效果好,连续铺砂,铺砂效果好。
停泵压力13.41MPa,30~45分钟压降至11.11MPa,30~45分钟压降2.30MPa,储层的基质渗透率差,支撑裂缝沟通储层体积大,整体储层改造效果好。
5 结论
(1)水力压裂是阜康矿区煤层气井获得高产的有效储层改造工艺。
(2)X井台采用的“活性水+大排量+大液量+大砂量+低砂比”适用于阜康矿区及类似的大厚度、低孔渗、煤体结构好的区块。
(3)对于阜康矿区的浅井,要注意裂缝控高,避免沟通上部含水层。