柿庄南区块低效煤层气井产能释放技术研究

2020-05-12杜建波郭布民黄洪伟张万春

石油化工应用 2020年4期

杜建波，郭布民，黄洪伟，周彪，张万春

（中海油田服务股份有限公司油田生产事业部，天津 300450）

柿庄南是沁水盆地煤层气开发的核心区块之一，但截至目前柿庄南单井产气量平均仅为334 m3/d，远低于沁水盆地平均单井产量（868 m3/d）。为了盘活储量巨大的低效井资源，创新性地结合柿庄南区块煤岩储层特征和低产原因，研究形成了一套精细化的产能释放技术。该项技术应用于现场后，取得了平均单井日增气3.5 倍的增产效果，为有效盘活低效煤层气资源提供了技术借鉴。

前人对沁水盆地柿庄南区块所做的研究工作及成果主要集中区块地质研究[1-6]和一次压裂优化[7-9]方面。对本文提出的结合煤岩储层地质特性和低产原因制定精细化的增产改造技术及成规模的现场应用，目前未见公开发表的文献资料。

1 储层地质特征

储层地质特征是产气潜力的物质基础，需要同时考虑资源条件和可采条件。本研究综合考虑储层各地质特征参数，将区块划分成若干潜力区，为制定增产改造方案提供技术参考。

通过对沁南柿庄南区块低效井区含气量、含气饱和度、储层压力梯度、临界解吸压力、临储比和渗透率等地质参数与产气量的相关性分析，通过模糊矩阵计算和专家打分的方式确定了各参数的权重值，并进一步得到每口井的潜力值，以此圈定出了低效井区增产改造潜力区。潜力区分为四类，其中Ⅰ类为高潜力区，面积占2.78 %，Ⅱ类为较高潜力区，面积占10.53 %，Ⅲ类为中潜力区，Ⅳ类为低潜力区，面积分别占15.82 %和70.87 %（见图1、表1）。

表1 不同类型潜力区井数分布

图1 关键地质参数与产气量的关系

图2 低效煤层气井治理对策

2 低效煤层气井低产原因及治理对策

在煤层气开发生产过程中，储层可采条件、地质资源条件、钻完井工艺、储层改造技术和排采管控等因素都会对单井产能产生重大影响，因此，本文采用层次分析法对低产主控因素进行分析，关键参数一票否决，再进一步进行多参数组合，最终确定低产主控因素。通过系统分析，低产原因分为地质因素、工程因素和排采因素，占比分别为17.2 %、23.8 %和59 %。

结合储层特征和低产原因，以最大化改造效果为目标制定以下改造思路（见图2）。

3 低效煤层气井产能释放技术

3.1 暂堵转向压裂技术

暂堵转向增产机理：在暂堵剂作用下，封堵原有裂缝，压开新裂缝，提高储层缝控体积，达到增产目的。

通过室内实验对柿庄南煤层气重复压裂缝内暂堵剂性能进行评价及优选：实验拟定选用60～80 目水溶性暂堵剂AAS 作为真三轴水力压裂物理模拟的暂堵剂，用岩心夹持器固定煤岩岩心，放入导流仪。用携带可溶性暂堵剂的压裂液进行恒流驱替，流量为5 mL/min，实验中记录驱替压差。改变暂堵剂浓度，研究暂堵剂浓度对其封堵能力的影响，实验结果（见图3）。

暂堵剂浓度为4 %时驱替压差在0.3 MPa～1.5 MPa波动，无法形成有效封堵，提高暂堵剂浓度至8 %、10 %和15 %时，最高驱替压差分别为9.5 MPa、14.5 MPa 和18.5 MPa，驱替压差不断重复累积，有一定的封堵效果。

图3 暂堵剂浓度对封堵效果影响

将暂堵剂置于压裂液中，用水浴锅30 ℃、40 ℃恒温加热，24 h 的最终溶解率为65 %，暂堵剂残渣污染地层且不易解堵，不利于增产改造，实验结果（见图4）。

图4 暂堵剂溶解率曲线

图5 煤体结构图

由于煤层埋深浅，地层温度低，纤维小球等暂堵剂无法完全降解，水溶性暂堵剂溶解度低，容易对储层造成伤害，而油溶性暂堵剂、酸溶性暂堵剂均不适用于煤层气储层，故柿庄南煤层气重复压裂暂堵剂优选采用小粒径石英砂作为缝内暂堵剂。

3.2 间接压裂技术

受应力挤压作用影响，柿庄南区块3 号煤发育多种煤体结构，平面分布具有较大差异性。取心井显示煤层可见原生结构煤、原生-碎裂结构煤、碎裂-碎粒结构煤、碎粒结构煤等4 种（见图5）。利用井径和电阻率测井曲线对柿庄区块煤体结构分类，发育原生煤体结构井数比例42.4 %，发育原生-碎裂煤体结构井数比例37.3 %，发育碎裂-碎粒煤体结构井数比例20.3 %。

图6 顶板射孔重复压裂示意图

处于应力转变带的井，构造煤发育，一次压裂难以在煤层中形成有效裂缝，导致低产。间接压裂技术是指在煤层以上顶板3 m～5 m 射孔后进行压裂改造，对于煤体结构较差的井实施间接重复压裂能够使裂缝纵向延伸后沟通煤层，形成稳定降压、解吸、渗流通道，增强改造效果，其示意图（见图6）。

3.3 同步压裂

同步压裂技术是指对于地应力相差不大且相邻的多口井同时实施压裂的一项压裂技术。应用同步压裂技术，裂缝周围煤层诱导应力叠加范围和强度大，局部区域诱导后的水平主应力差超过了初始水平主应力差，使得水平主应力发生反转，有利于水力裂缝转向延伸过程中充分沟通煤层中面、端隔理等弱结构面，在煤层中形成复杂裂缝网络[10，11]。沁南柿庄北区块深部煤层水力波及压裂现场应用表明，相比于同区块常规压裂井，同步压裂井见气时间短，单井平均产量高，可以作为煤层气重复压裂的一项重要技术[12]。

3.4 煤层解堵技术

煤层气井频繁停机导致排采过程不连续，会造成近井煤层的煤粉堵塞及水锁伤害，对于这种近井伤害井可以采用小规模重复压裂、PPF 等解堵技术解除近井伤害。

PPF 等离子解堵技术是利用电缆或连续油管将PPF 脉冲发生器下入目的井段，通过传输高压电使发生器上的金属导线瞬时气化，产生等离子体和电弧通道，以振动波的形式作用于煤层，在井筒附近形成并延伸多裂缝，并以高频脉冲剪切剥离煤层孔隙内的煤粉堵塞物，解除近井伤害（见图7）。

4 现场应用效果

为了有效盘活柿庄南区块低效煤层气井资源，根据区块煤储层特点研究了精细化的产能释放技术，以期提高单井及全区产能。2019 年，在柿庄南A-1、A-2、B-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6、B-7、B-8 共10 口井进行了现场应用试验，10 口井二次压裂设计方案及压后产量情况（见表2、表3），由表2、表3 可知措施后单井平均产量达到措施前的3.5 倍，表明该项技术能够有效释放低效煤层气井资源，达到了理想的现场应用效果，为柿庄南区块低产井的提产稳产提供了新的技术途径。