沁城煤矿煤层气水平井压裂数据与压裂效果间关系研究

姜春阳

（山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，山西 晋城 048200）

0 引言

本文研究位于沁城煤矿嘉能工区煤层气水平井，为防止不同区域水平井主产煤层存在地质条件和构造差异，选取同一区域主产煤层分别为3#、15#煤层的4 口水平井，首先收集该区域3#、15#煤层的地质资料以及各水平井压裂排量、停泵压力等压裂数据[1]，然后查看水平井各压裂段施工曲线中油管压力和油管排量间变化关系，根据曲线变化可将压裂效果分为破压是否明显[2]，破压不明显又分为加砂顺畅和加砂不顺畅，最后找出该区块煤层水平井各项压裂数据与压裂效果间关系。

1 沁城煤矿地质条件

4 口煤层气水平井位于木亭村同一生产平台（一场四井），其主产煤层资料和瓦斯赋存情况如下：

1.1 主产煤层资料

该区域3#煤层位于山西组下部，选址区域煤层厚度3.5 m，煤层连续稳定，周边无构造。

该区域15#煤层位于太原组下部，选址区域煤层厚2.9 m，煤层连续稳定，周边无构造[3]。

1.2 瓦斯赋存情况

该区域3#、15#煤层瓦斯含量为12～17 m3/t。

2 水平井压裂数据

4 口煤层气水平井压裂数据汇总统计如下，其中压裂数据包括压裂段数、平均砂比、加砂量、排量、前置液施工压力、携砂液施工压力、停泵压力共七项数据，压裂效果包括破压是否明显、加砂是否顺畅，通过对比分析以上各项数据来找出二者间关系。

2.1 QC-L-07 水平井压裂数据

QC-L-07 水平井压裂数据和生产数据详见表1及表2，其主产煤层为3# 煤层，与QC-L-08 水平段轨迹基本相同，其中：

1）前置液环空每段平均施工压力为25.6 MPa，携砂液环空每段平均施工压力为25.8 MPa（以下简称携环压），较前置液环空每段平均施工压力上升0.2 MPa（以下简称携前环压差值），二者基本相同，升幅1%（以下简称携前环压幅值）。

2）前置液油管每段平均施工压力为41.2 MPa，携砂液油管每段平均施工压力为39.8 MPa（以下简称携油压），较携砂液油管每段平均施工压力下降1.4 MPa（以下简称携前油压差值），降幅3%（以下简称携前油压幅值）。

2.2 QC-L-08 水平井压裂数据

QC-L-08 水平井压裂数据和生产数据详见表1及表2，其主产煤层为15#煤层，与QC-L-07 水平段轨迹基本相同。

其中第5 段加砂量降低至20 m3是为了防止将周边煤层气井压穿而采取的降低施工排量、压力和砂比的措施，以下各项数据不包括第5 段压裂数据：

1）前环压为26.6 MPa，携环压为27.1 MPa，携前环压差值为0.5 MPa，携前环压幅值为2%。

2）前油压为45.0 MPa，携油压为45.7 MPa，携前油压差值为0.7 MPa，携前油压幅值为1%。

2.3 QC-L-09 水平井压裂数据

QC-L-09 水平井压裂数据和生产数据详见表1及表2，其主产煤层为3#煤层，与QC-L-10 水平段轨迹基本相同。

第3 段加砂量为25 m3，原因与QC-L-08 井第5 段减少砂量原因相同，以下各项数据不包括第3 段压裂数据：

1）前环压为26.6 MPa，携环压为27.8 MPa，携前环压差值为1.2 MPa，携前环压幅值为5%。

2）前油压为41.8 MPa，携油压为45.5 MPa，携前油压差值为3.7 MPa，携前油压幅值为9%。

2.4 QC-L-10 水平井压裂数据

QC-L-10 水平井压裂数据和生产数据详见表1及表2，其主产煤层为15#煤层，与QC-L-09 水平段轨迹基本相同。

该井峰值产气量为390 m3/h，压裂平均砂比为8.56%，每段粗砂加砂量为1.5 m3，每段中砂加砂量为25 m3，环空排量为5.5 m3/min，油管排量为0.5 m3/min。

1）前环压为28.3 MPa，携环压为25.9 MPa，携前环压差值为-2.4 MPa，携前环压幅值为-8%。

2）前油压为36.5 MPa，携油压为34.1 MPa，携前油压差值为-2.4 MPa，携前油压幅值为-7%。

3 结论

3.1 加砂量、排量

1）3#煤层水平井压裂每段中砂加砂量为30 m3，环空排量为7.0 m3/min，9 段顺畅，4 段不顺畅。

2）15#煤层水平井压裂每段中砂加砂量为25 m3，环空排量为5.5 m3/min，7 段破压明显，6 段顺畅。

由上可知，压裂时加砂量、排量大小与压裂效果无直接关系。

3.2 平均砂比

1）破压明显时，4 口水平井各压裂段平均砂比为8.6%。

2）加砂顺畅时，各压裂段平均砂比为8.5%。

3）加砂不顺畅时，各压裂段平均砂比为8.7%。

由上可知，压裂时砂比与压裂效果无直接关系。

3.3 停泵压力

1）破压明显时，4 口水平井各压裂段平均停泵压力为12.3 MPa。

2）加砂顺畅时，各压裂段平均停泵压力为12.5 MPa，与破压明显时停泵压力基本相同。

3）加砂不顺畅时，各压裂段平均停泵压力为18.7 MPa。

由上可知，根据停泵压力可区分压裂时是否加砂通畅，无法区分破压明显和加砂顺畅。

3.4 施工压力

1）破压明显时，4 口水平井各压裂段前置液油管平均施工压力为37.8 MPa，各压裂段携砂液油管平均施工压力为35.4 MPa，后者较前者下降2.4 MPa，降幅为6%。

2）加砂顺畅时，二者压力分别为42.8 MPa和42.9 MPa，后者较前者上升0.1 MPa，基本相同；加砂不顺畅时，二者分别为41.9 MPa和46.4 MPa，后者较前者上升4.5 MPa，升幅11%。

由上可知，压裂时携砂液较前置液的油管施工压力降幅越大，压裂效果越好。