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

中国煤层气 2018年5期

关键词：井台液量射孔

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。