韩城区块煤层气井顶板控底重复压裂技术研究与应用

针对鄂尔多斯盆地韩城区块碎软煤层气老井采用常规重复压裂技术效果不佳的难题,以X井为研究对象,分析了初次压裂改造效果及剩余气产能特征,结合二次加砂与顶板压裂,提出顶板控底重复压裂技术。利用实验与数值模拟软件优化施工参数,优选100目石英砂控底并暂堵老缝、40/70目+20/40目石英砂支撑新缝的三级加砂工艺,优化射孔位置为距煤层顶部3~5 m,施工排量为9 m^(3)/min,平均加砂比例为9%,形成增大储层改造体积、提高储层动用程度的顶板控底重复压裂技术。在X井进行现场试验,重复压裂后新增产气量268.1万m^(3),累计应用18口井,平均单井日产气量增加1 210.42 m^(3),有效解决了碎软煤层气老井重复压裂改造效果差的问题,可以满足煤层气老井二次开发及压裂作业降本增效的需求,具有良好的推广应用价值。

鄂尔多斯盆地东缘韩城区块煤层气高产井地质主控因素

鄂尔多斯盆地东缘韩城区块煤层气资源丰富,受构造地质条件影响,不同构造分区的煤层气单井产能差异较大。为明确该区块煤层气高产井地质主控因素,基于构造、煤储层特征及煤层气富集控制因素,结合气田生产数据,对煤层气高产井的地质主控因素进行了剖析。研究结果表明:(1)煤层气井产能受“构造条件、水动力条件、煤体结构”三大因素控制,其中构造条件控制煤层气富集成藏,水动力条件影响煤层气保存,煤体结构影响煤储层渗透率;(2)区块内的煤层气高产井主要分布于次级构造发育区,地层水矿化度介于(2~11)×10^(3)mg/L,原生—碎裂煤平均厚度为4.4m,单井日产气量大于1000m^(3);(3)小断层或者微构造改善了煤储层的渗透性,尤其是次级构造高部位产生的裂隙,有利于煤层气解吸渗流,有利于煤层气高产;(4)在构造活动较剧烈的条件下,大断层附近易于形成煤层气逸散通道,不利于煤层气的保存。结论认为,鄂尔多斯盆地东缘韩城区块构造运动不但造就了各种构造形态,而且使煤体结构发生了变化,不同构造形态下的水动力条件也不同,因此构造运动对韩城区块煤层气井高产起到了极为重要的控制作用;该研究成果对韩城区块的煤层气开发调整具有一定的指导意义,对地质条件类似的煤层气区块具有借鉴意义。

韩城区块西北部三维地应力场反演分析

为改善当前地应力场研究对经验公式的依赖现状,以韩城区块地质条件为背景,提出了通过有限元反演回归计算地应力的方法,根据韩城区块的地质概况建立起较为精确的三维地质模型,以现场水压致裂法所测得的地应力实测资料为基础,采用三维有限元回归分析法拟合实测数据,得到研究区的地应力场分布规律。研究结果表明:煤层三向应力从大到小依次为垂向应力、水平最大主应力、水平最小主应力;煤层的整体应力差处于2~4 MPa之间,在北西部存在较大应力差;煤层整体的应力方向趋势呈北偏东45°;误差大小不超过20%,能够满足工程实际的要求。

韩城地区煤层气成因类型及微生物开发潜力

为重新梳理韩城地区煤层气气体地球化学特征,预测低产煤层气井微生物开发的潜力区,通过煤层气和煤层产出水样品采集、煤层气气体组分和稳定同位素组成测试及微生物多样性分析,判识煤层气的成因类型,计算煤层赋存热成因气和生物成因气的相对含量,讨论适合低产煤层气井微生物开发的潜力区。结果表明:韩城地区太原组煤层气气体组分以甲烷为主,平均含量为94.78%;煤层气气体类型是以热成因气为主并含有少量次生生物成因气的混合成因气,其中次生生物成因气占比为4.79%~28.28%;煤层产出水中优势古菌种属为Methanobacterium和Methanothrix,二者之和平均占比达45.45%。基于低产井煤层埋深、构造条件、水化学条件、储层温度和古菌群落结构等关键因素,认为韩城地区中部和南部井区是有利于煤层气生物实现增产目的的潜力区。

韩城区块煤层气排采中煤粉产出规律研究

为了查明煤层气排采过程中煤粉的产出对煤层气开发的影响,以韩城区块为研究区,对煤层气井排采现场进行观察与监测,并进行煤岩煤粉测试和物理模拟试验,从现场实际煤粉产出状况,分析了韩城区块煤粉对煤层气井排采的影响和煤粉产出的影响因素,划分了煤层气井煤粉产出的4个阶段。结果表明:排采初期和产气量快速上升期是煤层气井卡泵的高峰期,煤粉的产出受多种因素的综合作用,指出了构造煤发育是煤粉产生的主控因素。

影响煤层气井压后产量的因素分析——以韩城区块为例

影响煤层气井压后产量的因素众多而复杂,主要包括客观地质条件、压裂施工和排采等因素。通过对韩城区块2009—2010年大量施工数据的统计、处理和分析归纳,探讨了影响煤层气井压后产量的压裂施工因素。结果显示:停泵压力、入井液量和入井加砂量等参数与A#、B#、C#各煤层压裂效果呈正比关系;煤层的压降倾角与A#、C#煤层压裂效果呈反比关系。据此研究结果,通过调整和优化施工参数,可使压裂后的煤层气井获得理想的产量效果。

考虑煤粉堵塞影响的煤储层渗透率模型及其应用

为了准确预测煤层气井生产动态、制订合理的排采制度,建立了考虑煤粉堵塞影响的煤储层渗透率模型,然后基于该模型对保德区块、沁水盆地、柳林区块、韩城区块、黄陇煤田共15组煤样的室内煤样速敏实验数据进行了拟合,求得各煤样的渗透率模型;在此基础上,将建立的煤储层渗透率模型引入到前期编制的煤层气井动态分析软件中,并进行了2口煤层气井的生产历史拟合;以其中一口煤层气井(W1井)的拟合参数为基准,研究了煤粉堵塞参数对煤储层渗透率及煤层气井生产动态的影响。研究结果表明:①所建立的考虑煤粉堵塞影响的煤储层渗透率模型能够定量化描述煤储层渗透率随流体流速的变化,同时该模型可以被嵌入到煤层气数值模拟软件或煤层气井动态分析软件中,应用范围广;②保德区块煤储层渗透率受煤粉堵塞的影响相对较小,而煤粉堵塞对于沁水盆地、黄陇煤田煤储层渗透率的影响不可忽视;③理论最大渗透率损害率(Dmax)和渗透率损害率指数(n)越大,煤粉临界堵塞流速(vcr2)和0.5Dmax对应的相对流速(v0.5)越小,煤粉堵塞对煤储层渗透率的影响越显著;④为减小煤粉堵塞对煤层气井产能的不利影响,在排采过程中尤其是产气初期,要适当减小生产压差,以避免对煤储层渗透率造成恶性伤害。

韩城区块构造煤类型及其产出煤粉特征分析

构造煤的发育是产生煤粉的关键,破碎后煤岩会产生固有煤粉,而疏松的结构会使得煤岩更容易受钻井、压裂和排采等工程扰动影响,进而产生更多的煤粉。韩城区块经历多期构造,断裂构造造成的煤岩脆性变形、褶皱拉伸与挤压造成的煤岩韧性变形导致构造煤发育。以采集煤样宏观特征差异划分煤体结构类型,运用测井解释识别不同煤体结构类型煤,从纵向和横向上总结区块煤体结构分布规律,并揭示不同煤体结构类型对产出煤粉形态、浓度、粒度特征的影响。

煤层气规模开发条件下压力传播特征研究

为实现煤层气规模开发,利用井间干扰扩大降压面积,增加解吸体积,有助于提高煤层气产量。以韩城HJ1井组为研究区,采用数值模拟方法模拟研究了规模开发条件下不同时期的压力传播特征,并结合研究区煤层气井生产资料,对相应阶段的煤层气井产能特征进行了分析。结果表明:研究区规模生产条件下,形成了压力传播出现3种阶段特征。排采1年后,井间干扰未形成,压力独立传播特征;排采2年后,部分井形成井间干扰,同时由于储层压力非均衡性增强,也形成了压力"孤岛"现象特征;排采6年后,最终形成井组整体井间干扰特征。

韩城区块煤层气井二次改造工艺优化及现场试验

韩城区块煤层气井产能尚未完全释放,无法支撑长期稳产和高产。为进一步优化煤储层二次改造工艺,改造低产能煤层气井,提高煤层气单井产量,在剖析该区块地质特征的基础上,分析了常规二次压裂工艺试验井的低产原因。针对二次改造施工过程中的工艺缺陷及技术难题,以解决“煤粉堵塞裂缝+新裂缝延伸距离有限”为主要目标,形成了“酸化+暂堵”复合二次改造工艺,并在3口井进行了现场试验。采用复合二次改造新工艺后,试验井J4井平均产气量为3 765.6 m^(3)/d,产量提升明显,裂缝改造体积较为理想;J5井、J6井恢复生产能力,且上产潜力较大。研究结果表明,复合二次改造新工艺在低产能煤层气井应用效果较好,可为相同地质背景条件下的煤层气老井改造提供技术借鉴。

韩城区块煤层气排采控制因素及改进措施

随着煤层气开发技术取得突破性进展,提高单井产量、降低开发成本、实现效益开发显得尤为重要。韩城区块作为中石油煤层气公司建产的主力区块,地质条件复杂,开采难度较大,因此,有必要加强该区煤层气排采规律的研究,制订科学、合理的定量化排采工作制度,实现稳产并提高单井产量。通过对韩城区块排采时间超过一年的煤层气井进行试采分析,找出影响韩城区块煤层气排采效果的层间干扰、排采强度、煤粉堵塞等主控因素及其影响规律,提出进一步改善排采效果、提高单井产量的合理化建议。即合理控制动液面下降速率,确保平稳逐级降压;优选主力煤层,加强分层开采,降低层间干扰;选用低伤害压裂液进行压裂改造,减少煤粉产生;控制排采速率,减少煤粉堵塞;优选排采设备等。

韩城区块煤体结构分布规律及射孔优化方法

韩城区块煤层受多期构造破坏影响,煤体结构复杂,目前对煤体结构分布规律认识不足。为此,利用岩芯资料、测井信息等对煤体结构进行了测井评价识别,并研究了煤体结构分布规律,在此基础上分析了不同煤体结构的压裂效果。结果表明:煤体结构测井响应的敏感因子主要是井径和自然伽马;山西组5号煤层煤体结构以碎粒煤和碎裂煤为主;压裂射孔时,减少碎粒煤射开厚度,能提高煤层压裂效果。

低渗透软煤储层压裂改造研究

针对鄂尔多斯盆地东南缘韩城煤层气区块,煤质软,渗透率低0.02~0.35 md,目前水力压裂技术对其改造有限。为了提高压裂工艺在该区域适用性,转变常规压裂思路,将压裂的主体由煤层本身转向煤层及其顶板,在研究区开展了煤储层间接压裂先导性试验研究。

韩城区块煤储层间接压裂地质主控因素研究

为解决间接压裂技术在韩城区块适应性问题,采用控制变量法对影响间接压裂产气量的地质因素进行了定量研究,提出了在相同的条件下,增大射开顶板比例可在一定程度上提高间接压裂的改造效果。研究结果表明:影响间接压裂效果的地质主控因素为煤层顶板特性和煤体结构,其中当顶板为砂岩时,影响间接压裂效果的主要因素依次为层理、沉积韵律、泥质夹层、天然裂隙和砂体含水性;顶板为泥岩时,脆性指数的大小影响着间接压裂的改造效果,泥岩脆性指数大于40时,间接压裂对于增产才有效。而煤体结构对间接压裂的影响主要表现在:煤体结构越破碎,人工裂缝越不容易在煤层中延伸,且排采过程中更易产出煤粉,导致间接压裂增产效果变差。

SEC储量动态评估方法在煤层气田中的应用——以鄂尔多斯盆地韩城区块为例

目前,煤层气田的SEC储量评估均采用动态评估法,在评估过程中存在参数取值多样化、计算结果不一致等问题,为了解决这个问题,以鄂尔多斯盆地韩城区块为例,综合运用一系列与煤层气的生产特点相适应的评估方法,优化各种参数,总结递减规律。研究结果表明:根据构造和地质条件划分地质单元,在此基础上按照开发效果划分评估单元能够客观合理地分析煤层气田的递减规律;综合运用指数递减、双曲递减、调和递减等动态储量递减方法建立典型曲线,可以用来检验储量评估结果的合理性;对于一个单元进行储量评估过程中,递减率的取值要充分考虑后期增产措施的影响。

煤层气井压裂波及邻井原因分析及防治措施研究

为避免煤层气老井区压裂改造时波及邻井,而导致邻井产量下降,影响开发效果,运用地质、压裂及排采动态等资料研究了压裂波及邻井原因并提出防治措施。研究结果表明:断层及天然裂隙、煤储层顶底板封盖能力、地应力大小及方向等是影响压裂波及邻井的地质主控因素;射孔方式、射孔位置、压裂规模、压裂液、压裂施工排量、压力控制、净压力与隔层应力差等是影响压裂波及邻井的工程主控因素;通过优化地质选井选层、优化压裂施工规模、优化射孔方式、优化压裂液、加强现场施工管理等措施,有效减少压裂波及邻井情况发生,工艺成功率100%。对该区块及其他类似地质条件的区块煤层气压裂施工具有一定的指导作用。

韩城煤层气地面集输工艺技术

随着常规天然气资源的不断减少,能源需求的不断增加,煤层气作为巨大的潜在资源,越来越受到重视。但煤层气开发具有低压、低产等特点,如何优化地面工艺,节约地面投资,降低气田开发能耗,是煤层气规模性,经济性开发的关键。针对韩城煤层气地面建设及煤层气开发自身特点,提出了"井间串接、枝状管网、低压集输、集中增压、统一处理"的煤层气地面集输工艺,为煤层气规模性开发提供借鉴。

韩城PSC区块煤层气压裂工艺应用效果分析

为了促进对韩城PSC区块煤层气规模化开发,对近年来压裂工艺应用效果进行了研究分析,结果表明:活性水压裂工艺效果与煤储层本身特征有关,一般煤层较致密,孔渗条件较差的干煤层,其压裂效果较差;同步压裂工艺及间接压裂工艺在研究区应用效果较好,可进一步扩大应用范围;而复合压裂液工艺在该区应用效果较差,可进一步研究该区煤储层特征,完善清洁压裂液配比方案及工艺流程。

韩城PSC区块煤层气排采工艺应用及效果分析

通过分析韩城PSC区块检泵作业原因,总结其主要影响因素,针对性的应用了柱塞泵回注水排采工艺、内衬油管工艺以及阴极保护油管防腐工艺。现场应用实践表明上述几种排采工艺有效延长了该区检泵周期,促进了该区煤层气排采生产,对推动该区块煤层气勘探开发进程具有重要意义。

煤层气井酸化解堵先导性试验

对韩城区块低产井分析认为部分井煤层发生了堵塞,为此进行了煤层气井酸化解堵先导性试验,采用基质酸化方式向5口井11~#煤层平均注入72.9 m^3酸液。试验证实,煤层气井经长期排采近井存在低压高渗区域。解堵效果评价认为,煤层渗流通道堵塞位置位于人工裂缝的前端,这使得小规模基质酸化增产效果不明显。