西山煤电屯兰矿煤层气井二次压裂改造效果分析及压裂施工建议

（山西西山蓝焰煤层气有限责任公司 山西 030200）

引言

随着投运时间增长，煤层气井产量会不可避免地出现衰减情况。本文研究位于西山煤电屯兰矿煤层气井，其投运时间已8年有余。因屯兰矿煤层偏软，具有低渗透率、低瓦斯含量以及低储层压力特点，导致该区域煤层气井产量较低且衰减严重。截至2020年初，屯兰矿区域层气井产量已由2014年14万m³/d降至8万m³/d，且该区域钻井数已基本达设计上限，难以大规模补新井，为保证屯兰矿煤层气产量稳定，对投运年限较久的煤层气井进行技术改造迫在眉睫。

我公司前期采取的等离子脉冲、径向钻孔解堵、高压注水等技术改造均未能在屯兰矿取得理想效果，同时根据屯兰矿煤层气井生产现状，最终选择采用二次压裂改造方案，以期取得突破。

1.二次压裂选址依据

我公司分别于2013年、2019年、2020年对屯兰矿煤层气井进行二次压裂改造施工，根据实际施工效果分析，总结出以下选址依据：

（1）区块内没有不利于产气的构造，有连续稳定的 4#、9#煤层。

（2）煤层吨煤瓦斯含量超过8m³/t。

（3）煤层厚度超过2m。

（4）历史产气量较好的优势区块。

2.二次压裂工艺研究

我公司2013年、2019年和2020年对屯兰矿煤层气井进行二次压裂改造施工的压裂选层、射孔方案及压裂方式详见下表1。

表1 2013年、2019年、2020年压裂工艺对比

通过分析2013年、2019年、2020年压裂工艺优缺点及结合煤层气井实际生产效果，总结出以下二次压裂方案：

（1）对于原始压裂煤层改造，采用小砂量、大液量施工参数，可增大压裂控制范围。

（2）对于新煤层改造，采用小砂量、小液量施工参数，可降低施工成本。

（3）选择性对历史产气较差或不产气煤层气井8#煤层进行压裂改造，放弃2#煤层压裂，可降低改造成本。

（4）喷砂射孔可保证射穿水泥环，结束后持续循环150方液量可稳定压裂通道，提升射孔效果。

（5）多层压裂时进行分层施工，不再使用滑套等连续施工工具；单层压裂完毕后立刻打捞桥塞、封隔器，可缓解因老井套管变形导致施工困难，加快施工进度。

（6）前置液液量增加至总液量40%，顶替液量增大至套管及地面管线容积的1.5倍。可增加造缝数，一定程度上形成体积缝，以及形成良好裂隙通道。

3.二次压裂效果分析

我公司2013年、2019年和2020年二次压裂改造施工效果详见下表2。

表2 2013年、2019年、2020年二次压裂井压裂效果

2013年二次压裂井改造后1个月内煤层气井产量有较大幅度提高，平均产量达905m³/d，单井最高产量1397m³/d，但随后产量直线下降，施工前后产量无明显提高，可得出以下判断：

（1）由于井径扩大率增大，井筒下部水泥环过厚，普通枪弹射孔难以保证效果。

（2）由于原始压裂层位和二次压裂改造层位相同，二次压裂改造液体和砂沿原有裂隙扩散，导致有效裂隙没有进一步增加。

（3）由于原有压裂煤层储层压力已经降低，一定程度上使返排率降低，产气持续能力下降，最终影响改造效果。

2019年二次压裂改造煤层气井口套压和产量较2013年均有较大幅度提升，可得出以下判断：

（1）新开4#、9#煤层的生产井产量提升明显，效果远超过2#、8#煤层改造，产量较改造前提升一倍以上。

（2）加强弹射孔效果优于普通枪弹射孔，可有效射穿水泥环。

2020年煤层气井二次压裂较2019年产量提升幅度较小，但井口套压和提产率提升明显，产气量仍有提升的空间，可得出以下判断：

（1）喷砂射孔+加强弹补射孔效果优于加强弹射孔，其更有利于建立、延伸通道、增加通道数量及维持通道稳定，可有效提高煤层渗透率，保证煤层气连续、稳定产出。

（2）放弃改造历史产气较好煤层气井的2#、8#煤层，老层压裂后产气量提升不明显。

（3）选择性压裂8#煤层的煤层气井产量提升明显，以下为历史产气较差煤层气井压裂8#煤层前后效果对比。

①XST-068

图1 XST-068二次压裂改造前后对比

XST-068井二次压裂改造前井口套压0.1MPa，平均产量不足80m³/d，6月19日改造后恢复投运，经过将近2个月的持续稳定排采开始见气，压力升高至1.6MPa并气，产气量得到较大提升，峰值达到1344m³/d，目前气量稳定在600m³/d以上，产量提升明显。

②XST-069

XST-069井二次压裂改造前井口套压0.1MPa，平均产量不足50m³/d。于6月25日改造后恢复投运，持续排采超过2个月后开始见气，井口套压升高至1.7MPa后并气，气量稳定至500m³/d，产量提升约7倍，改造效果良好。

图2 XST-069二次压裂改造前后对比

③XST-134

XST-134井改造前出液量较大，但井口套压0.04MPa，日产气量不足50m³/d，处于较低水平。改造后于9月19日恢复运行，经过半个月的排采该井就开始连续稳定产气，井口套压升高至1.6MPa并气，日产气量突破1000m³/d，改造效果显著。

图3 XST-134二次压裂改造前后对比

4.总结

（1）地址选择。优选煤层连续稳定、吨煤瓦斯含量较高且煤厚超过2m的历史产气量较高区块，保证压裂改造效果明显。

（2）层位选择。优选4#、9#煤层及历史产气较差的8#煤层进行施工，以提升压裂效果，减少无效压裂，降低改造成本。

（3）射孔方案选择。喷砂射孔加后期加强弹补射孔方案，可有效解决老井由于井径扩大率较高、水泥环过厚导致的射孔效果不佳的现状，且可增加裂隙数量和保障通道稳定性，提高煤层渗透率，增加煤层气井产量。

（4）压裂方式选择。采用煤层气井分层压裂，综合光套管压裂及油管压裂的优势，简化施工工艺，提高施工效率，可有效解决屯兰矿老井改造施工难度大的问题。