分层压裂在煤层气开发中的应用

卫佳涛

摘 要：煤层气是中国重要的非常规天然气。作为常规天然气的补充，煤层气开发具有重要意义。储层改造是煤层气增产的主要措施，而水力压裂是储层改造的主要手段。对于邻近多储层的改造，分层压裂具有较好的效果。本文应用分层压裂对XS井的山西组山22段和山23段进行改造，取得了较好的储层改造效果。

关键词：分层压裂;煤层气开发;应用

1 当前我国煤层气开发技术的现实状况

1.1 煤层气开发团队对地质研究不够充分

对煤层气的有效开发是建立在充分掌握地质构造基础之上的。当前实践中，煤层气开发技术在运用中，无法准确的掌握煤层气产业的发展特征，特别是对煤层气地质环境的特点存在判断上的错误，不能准确的掌握煤层气的地质结构，从而为煤层气的高效开发造成了不利影响。某些地质研究人员虽然掌握了一定的地质研究工作的规范，但是对煤层气勘探开发的分析不足，不能准确的估算出煤层气的储存量，一定程度上影响着地质研究工作的价值体现。另外，有些地质勘探技术人员对煤层气的开发技术学习和掌握不足，不能依据实际情况选用恰当的煤层气的开采技术，使得一些煤层气勘探新技术不能高效的运用到煤层气的开发工作中，无法发挥新技术的优势，为煤层气的勘探和开发提供高效支持。另外，有的时候在煤层气的开发过程中，也存在着对测井的手段的认识不足，对测井方法的影响因素太过大意，以致于影响到了随后的实际勘探和开发工作的效率和质量。

1.2 煤层气开发技术设备需要更新和优化

在煤层气开发的过程中，煤层气开发技术设备的质量直接影响着煤层气开发的效果和质量。在实践过程中，由于各个地方的地质条件具有很大的差异性，需要运用的煤层气开发技术也就不同，而煤层气开发技术设备存在一定的落后性，不能真正满足煤层气的勘探和开发使用要求。而实践中，一些运用的煤层气开发技术，并没有针对当地的实际地质特点做好设备的创新，特备是在煤矿进行采动分析过程中，一些新型的设备不能被充分的利用和推广开来，导致实际的装备不能完全满足实际的煤层气开发应用的实际要求，不能真正发挥出其利用价值，为煤层气的开发提供助力。

1.3 煤层气开发抽采技术有待进一步的完善

在煤层气的开发过程中，抽采技术的应用，可以有效提升开发的效率和质量。然而，在抽采技术的实际应用中，也存在着对煤层气的碎软煤层考察不周的状况，使得常规压裂的效果难以得到合理处置。同时，在抽采技术的实际应用过程中，也存在着对煤层气的敏感性特征考虑不周的状况，对储层应力的有效分析不足，很可能造成煤层气所在区域的干扰因素不能有效排除，很大程度上影响了抽采技术的全面实施。有些煤层气开发技术对于井下抽采的具体情况预估不够周全，特别是在进行程控效率分析的过程中，不能全面的掌握煤矿采动区的实际情况，以致于影响到了联合抽采方案的实际制定和实施，不能保障抽采技術的高效、顺利实施。

2 XS井基本情况

XS井位于山西省柳林县石西乡何峁村北0.3km，处于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡带。井位海拔806m，井深2215m。山西组山22段和山23段为分层压裂改造区段。山22段井段位于井深1264.8～1271.5m处，从测井资料分析自然伽马60～70API，声波时差220.59μs/m，地层电阻率38.81Ω·m，孔隙度6.64%，含气饱和度21.22%;气测解释最大值29.82%，气测解释基值3.16%，气测解释平均值15.67%，气测解释成果为干层。山23段井段位于井深1289～1296.5m处，从测井资料分析自然伽马40～70API，声波时差235.43～238.08μs/m，地层电阻率27.01～34.24Ω·m，孔隙度9.2%～9.55%，含气饱和度35.63%～40.82%;气测解释最大值4.25%，气测解释基值0.78%～1.45%，气测解释平均值2.16%～2.66%，气测解释结果为差气层。综合该井区块整体情况，地层压力梯度按0.85MPa/100m计算，预计山22段、山23段压力均在11MPa左右。结合该区整体情况，XS井地温梯度约2.5℃/100m，预计山22段气层温度在39.4℃左右，山23段气层温度在40.4℃左右。

3 分层压裂工程设计

山22、山23组纵向厚度大，含油气井段长，笼统压裂难以实现纵向上的充分改造，为了提高开发效果，优化分层压裂工艺，采用了封隔器跨隔目的层的分层压裂工艺。山22段、山23段测井解释和气测解释均为差气层，但山22段砂体厚度较大，储层物性显示一般，采用中等偏大规模压裂，充分解放储层产能。压裂目的层天然裂缝发育情况未知，可采用较高排量压裂，降低液体滤失，同时最大限度沟通天然裂缝，增加泄气面积。

3.1 压裂液的选择

根据该区块整体性储层特征，确定采用碱性条件下交联的羟丙基胍胶低温水基压裂液配方。借鉴邻近区域储层特征，XS井储层可能具有中强水敏特征，外来液体易造成水锁伤害，添加黏土稳定剂和防水锁剂，优选长效防膨剂，防止黏土膨胀、运移;配伍防水锁剂，增强压裂液防水敏、防水锁、快速破胶、返排能力。通过实验室试验，优化后的压裂液配方为：0.3%胍胶+0.5%黏土稳定剂+0.5%KCl+0.3%气井助排剂+0.1%环保杀菌剂+0.3%起泡剂+0.5%水锁伤害处理剂。

黏度测试。最初测试温度45℃，剪切120min后，黏度保持在110MPa·s，黏度下降平缓。破胶试验。对不同温度下不同剂量、不同破胶时间的测试如图1所示。

3.2 支撑剂的选择

经测，闭合压力系数为1.42MPa/100m，因此1300m闭合压力为18.46MPa。优选40目/70目陶粒作为段塞主剂，打磨炮眼，降低摩阻，同时尝试加砂，观察地层吃砂能力;20目/40目陶粒作为主支撑剂，以满足施工要求并取得较高的导流能力。

3.3 射孔参数的优化

山22段射孔段位于井深1266.0～1270.0m处，山23组射孔段位于井深1292.0～1296.0m处。射孔选择大孔径、深穿透的射孔枪弹射孔，同时优选合适的排量与孔眼个数，选择较低的孔眼摩阻。

3.4 管柱的优化

针对该井地质条件，经实验分析、数值模拟及前期试压等工作，压裂管柱自下而上：节流器（1324m）+油管2根+封隔器（1304m）+水力锚+滑套（1294m）+封隔器（1278m）+滑套（1268m）+封隔器（1258m）+水力锚（1257m）+安全接头（1256m）+油管至井口。

4 分层压裂现场应用

本次压裂试验严格按设计执行，压裂泵注程序如表3所示。射孔厚度4m，孔密16孔/m，破裂压力32.44MPa，工作压力28～32.44MPa，停泵压力19.3MPa，排量3.4m3/min，加砂量25.34m3，砂比10.85%。前置液86.79m3，携砂液140.01m3，顶替液4.93m3，入地总液量233.59m3。

压裂过程中总体压力平稳，裂缝发育良好，主裂缝长度、高度正常，支撐剂铺设的效果较好，整体储层改造效果好。压裂目的层为山22段，山23段的压裂周期普遍较短，压裂效率高，压裂费用降低，成本显著降低。

5 结束语

水力压裂是储层改造的主要手段，对于邻近多储层的改造，分层压裂具有较好的效果。根据钻探、测井资料，分析了XS井的基本情况，进行了适用于XS井的山西组山22段和山23段的分层压裂工程设计，进行了泵注模拟，并对其现场应用进行了分析。现场应用取得了较好的储层改造效果。

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