煤层气直井压裂效果及其对产能影响——以窑街矿区为例

煤层气藏作为典型缝控气藏,压裂造缝规模及裂缝充填效果对气井产能具有决定性控制。为探究煤层气直井水力压裂效果对气井产能效果的影响机制,以甘肃窑街海石湾矿区为例,重点报道直井开发形式下煤储层压裂改造效果及其对产能制约方面认识,结果表明:①煤层气井破裂压力主要反馈井筒固井水泥环特征而非煤储层力学性能,从该井压裂曲线看破裂压力不明显,表明井筒环空固井水泥环厚度适中,水力压裂期间固井水泥环破裂相对容易,能量消耗低,注入压裂液能量主要用于撑开煤岩裂缝;②从压裂曲线看出,该井压裂裂缝延伸压力较高,表明地下煤储层结构较为破碎且发育煤粉源集合体,煤粉对压裂裂缝的延展具有关键制约作用。而且在压裂曲线裂缝延展阶段出现多个波动形态特征,指示多条次级裂缝撑开,整体上该井压裂裂缝形态较为复杂,推测为主干压裂裂缝两侧发育枝状次级裂缝形式;③该井注砂后发生严重砂堵,主要原因是煤储层压裂液滤失造成近井地带压裂裂缝内支撑剂脱砂形成楔体,导致后续支撑剂注入困难,同时也与煤储层原生裂缝煤粉源及少量构造煤粉源集合体发育有关;④压裂微震监测数据显示该井煤储层主干压裂裂缝走向为NE 50°,其中在北东方向上煤岩微震事件更活跃,指示该方向上煤储层天然裂隙系统更发育;结合煤储层压裂裂缝矿井观测结果,提出压裂裂缝有效支撑区、实际破裂区及岩体扰动区的划分方案,认为微震监测得出的压裂裂缝半长实际为岩体扰动范围,难以准确反映储层实际改造效果。综合该井后期产能规律及晋城矿区煤储层压裂裂缝矿井观测结果,认为该井煤储层实际压裂裂缝半长在20 m以内,有效支撑压裂裂缝半长不足5 m,压裂液注入液量少、压裂液滤失诱导支撑剂脱砂形成楔体以及煤粉聚集造成砂堵等是该井煤储层压裂裂缝较短的主要因素;⑤结合煤层气产能规律,认为该井气藏管控和排采制度较为合理,但煤储层有效支撑压裂裂缝过短,煤储层内煤粉运移导致近井压裂裂缝导流能力快速衰减是气井产能低下的关键制约机制,建议后期煤储层水力压裂加大压裂液注入液量,适当增大压裂液排量,降低支撑剂砂比,重点防控压裂液滤失、防止脱砂楔体形成。该区煤储层埋深大、应力高,实现裂缝大范围加砂是煤储层压裂改造的关键。同时考虑储层干燥,压裂液滤失严重的实际情况,有条件可开展CO_(2)前置压裂试验。

正断层发育特征对煤层气直井开发的影响——以沁水盆地南部柿庄南区块为例

为了深入挖掘断层发育特征对煤层气开发的影响机理,揭示其控产方式,以沁水盆地南部柿庄地区3号煤层为研究对象,分析了不同规模及组合形式的正断层对煤储层物性、工程效果和排采工作的影响;选取正断层控制下的含气量、煤体结构、渗透率、井径扩大率、破裂压力以及日产水量6个因素,采用灰色关联法分析了不同因素对产气量影响的主次关系,进而揭示了正断层对产气的主要控制方式。结果表明:正断层对产气的影响存在一定距离范围,该范围受控于断层的规模和上下盘位置,寺头断层上盘控制范围约为300 m,下盘约为250 m,F11断层上盘控制范围约为250 m,下盘约为200 m,由于正断层上盘为断层形成过程中的主动盘,沿断层面的剪应力大于下盘,造成上盘的影响范围大于下盘。随着距断层距离的减小,正断层所产生影响不断增大,影响特征为含气量和破裂压力逐渐减小,孔裂隙发育程度和井径扩大率逐渐增大,煤体结构更加破碎,压裂曲线形态更加复杂断层控制范围内煤层气井产水量普遍高于平均值。分析认为,正断层是在构造应力的作用下形成的,在断层面附近存在应力集中带,位于该区域的煤层受应力集中作用的影响,发生明显的变形破裂,力学强度大幅度降低,随着距断层距离的增大,应力作用强度也逐渐降低,其变形破裂也逐渐减弱;同时,正断层周围一般发育张性裂缝,随着距离的增加进而转变为压扭、张扭性裂隙,其张开度较低,到达一定的距离后,裂缝转为张性。故造成距离正断层越近,地质条件更加复杂,工程实施难度越大,产气效果一般。并且正断层主要通过控制渗透率、含气量以及沟通含水层来影响煤层气井日产气量,若要实现断层附近煤层气的高效开采,应优先关注这些参数是否异常。

煤层气直井产气曲线特征及其与储层条件匹配性

煤层气产气曲线类型与地质条件的匹配与否直接影响产气效果。以沁水盆地柿庄南区块排采4 a以上的直井为研究对象,在产气曲线类型划分基础上,分析不同产气曲线特征,进一步分析产气曲线与储层参数的匹配性。结果表明:研究区产气曲线可划分为单峰快速上升、单峰稳定上升、双峰后低和双峰后高4种类型。产气曲线所表现出的特征受控于储层原始渗透率,储层动力及压裂效果。单峰快速上升型适用于含气量大于12 m^3/d、临储比大于0.4和渗透率大于0.1×10^-3μm^2的储层,该种曲线容易造成产气量的骤降;单峰稳定上升型适用的储层条件广泛,与储层参数匹配性较高;双峰后低型产气效果整体不佳,与储层参数的匹配性差;双峰后高型适用于压裂效果较好的井、对储层原始参数要求较低,其后峰产气量的增加速率影响整体的排采效果。基于上述分析,将储层划分为七种类型,对研究区及其相邻区块实施“一井一策”的排采制度具有重要的指导意义。

沁水盆地南部煤层气直井合层排采产气效果数值模拟

随着煤层气勘探开发的深入,多煤层合层排采受到广泛关注。合层排采管控工艺是确保煤层气合采井高产稳产的关键,而多煤层组合条件下复杂的地质条件增加了合层排采管控的难度。数值模拟技术是研究煤层气井合层排采管控工艺的有效手段,科学、可靠的模拟结果可为合采井排采管控提供依据。考虑温度效应、煤基质收缩效应、有效应力作用对煤层流体运移规律以及渗透率等煤层物性参数的影响,建立煤层气直井合层排采生产动态过程多物理场耦合数学模型,并进行有限元法的多物理场耦合求解。通过对沁水盆地南部郑庄区块煤层气合采井组的模拟,探讨不同排采速率下煤层气直井合层排采产气效果及渗透率等煤层物性参数动态演化特征,提出煤层气直井合层排采工程建议。模拟结果显示,郑庄区块3号、15号煤层整体含气量较高,煤层气合采井组具有较大增产潜力,提高排采速率对提高煤层气采收率的效果不显著;排采过程中,煤基质收缩效应对渗透率的影响强于有效应力作用,是提高煤层气井排采速率的保障,在确保排采速率不超过煤层渗流能力上限的基础上,适当提高排采速率可实现煤层气井增产。基于模拟结果,建议排采速率的调整以控制动液面或液柱压力为主;以3号、15号煤层气合采井增产为目标,产水阶段和憋压阶段,郑庄区块煤层气直井合层排采速率以液柱压力降幅0.12~0.20 MPa/d或动液面降幅12~20 m/d为宜,既可实现煤层气增产,又可避免储层伤害。

煤粉对煤层气直井产量的影响

根据煤层气藏的特点,利用渗透率平行路径模型和煤层气渗流控制方程推导稳态情形时煤层气直井产量公式。结果表明,对于不同的非堵塞路径占总孔隙路径的百分比,煤粉产出时煤层渗透率和煤层气直井产量有可能增大,也有可能减小。实例计算结果与实际生产资料一致,证明了该方法的可靠性。

煤层气直井排采初期水力模型的建立

为研究在地质资料不足的情况下煤层气井产气量的预测模型,利用Theis公式、Jacob公式对煤层气储层的导水系数、降落漏斗影响半径进行计算,利用Langmuir公式对煤层气临界解吸压力计算,并通过积分计算煤层气井的解吸半径。通过建立大佛寺煤层气直井排采过程的水力模型,进行单井产气量模拟,结果与实际排采曲线吻合程度较好。我们发现:不同排采阶段井底压力与产水量呈线性关系;降落漏斗影响半径与液面降深呈对数关系,与排采时间呈幂指数关系;在客观因素上,导水系数、影响半径对产气量的影响最大。

煤层气直井井筒环空压力模型

为实现煤层气直井排采各阶段井筒环空压力分布的计算,为煤层气井的控压排采提供指导。结合国内煤层气井的生产实际,研究了以油管排水、环空产气为生产方式的煤层气直井,在排采各阶段的井筒内流体分布状态。提出了环空内的纯液流仅出现于煤层气解吸产出前;气液两相流阶段的环空内仅产生泡状流与段塞流;环空内气体上升不携液。基于此,采用水动力学方法,建立了3个井筒环空压力模型,分别为环空液体单相压力模型、环空气液两相压力模型以及环空气体单相压力模型,并给出了模型间的过渡条件及模型求解步骤,从而实现煤层气直井排采各阶段的环空压力分布计算。经41口井、共71组实测数据验证,所建立的3个环空压力模型,其计算结果与实测值的平均误差依次为:2. 70%,7. 96%及3. 80%,对煤层气直井井筒环空压力的计算具有一定准确性与实用性。

沁南郑庄区块煤层气直井产能控制因素精细解析

通过对郑庄区块相邻6口煤层气直井在地质因素和工程因素基本相同的条件下,产能却有巨大差异的现象展开研究,精细解析煤层气井的埋深、含气量、煤层厚度、地质构造、压裂工程和排采工程等影响因素,认为郑庄区块煤层气直井产量偏低的控制性因素是煤储层的低渗透性,其产生的机理是由于古地应力场控制的煤储层构造裂隙的发育产状和发育密度,与现今地应力场控制着煤储层裂隙的开合程度二者不相互匹配,决定了郑庄区块煤储层低渗透性的非均质性。

贵州官寨井田煤层气直井压裂工艺分析

以贵州官寨井田GZ-01井为例,针对地质条件复杂、煤层破碎松软、透气性较差以及煤层单层厚度薄且层数多的特点,分别从目标层(段)、射孔、压裂液配方、支撑剂、压裂方式与规模等方面探讨了适合该井田地质与储层条件的煤层气压裂工艺。结果表明,贵州官寨井田煤层膨胀性较低,加入1.0%的KCl可抑制煤层膨胀;采用高砂比、大液量、中排量的压裂规模进行分段多层压裂。

彬长矿区大佛寺井田煤层气直井排采制度优化

基于彬长矿区大佛寺井田煤层气地质特征,采用煤层气藏数值模拟方法对煤层气直井不同水产量和井底流压的排采制度进行分析;利用室内速敏实验结果,分析煤层气井排采临界流量;根据以上的分析结果对煤层气直井各排采阶段控制参数进行量化。该研究结果为大佛寺井田煤层气精细化排采提供了理论依据。

彬长矿区的沉积相对煤层气直井施工质量影响

对彬长矿区多口煤层气直井钻井的地质、录井、测井、岩心等资料进行研究,识别出辫状河、曲流河、曲流河三角洲、冲积扇、扇三角洲和湖泊6种沉积相。随后分析了过去近七年间彬长矿区的煤层直气钻井质量、固井质量、压裂施工等环节的数据,研究认为沉积相会对煤层气直井施工进度、施工质量以及产气量产生重要的影响。该规律的总结有利于对彬长矿区后续的煤层气开发,以及对相近的陆相盆地煤层气直井开发提供经验。

樊庄区块煤层气开发地质类型与开发技术模式

针对樊庄区块3号煤层划分为4类地下水补给类型以及6类开发地质类型情况,提出并探讨了该区块煤层气开发技术模式。研究认为,供给型难解吸储层有越流补给,且渗透率较高,适合大间距井网、小规模压裂和高抽油机冲次;补给型难解吸储层地下水流体势较低,可采用大间距井网、大规模压裂和高抽油机冲次;半封闭型难解吸储层补给水量较小且持续性好,适合于小规模压裂、高抽油机冲次;半封闭型易解吸储层补给水量较小且持续性差,可采用大规模压裂和高抽油机冲次;封闭型易解吸储层地下水流体势较高,适用于大规模压裂和低抽油机冲次;封闭型难解吸储层渗透率过低,可采用大规模压裂、小间距井网、低抽油机冲次。