郑庄井田煤层气井压裂方案优化设计

付守军

摘 要：在我国煤层气的开发过程中，大部分地区煤层气储层都具有低饱和、渗透性差的特性，因此需要改造煤层气储层，方能形成煤层气的运移通道，其中套管水力压裂技术是最常用的改造手段。以沁水盆地南部的郑庄井田，也是目前我国煤层气勘探和开发的热点区域为研究对象，并对该井田内的煤层气井压裂方案提出了优化建议。

关键词：郑庄井田；煤层气井；压裂方案；优化

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2014）12018102

0 引言

由于活性水压裂液具有货源广、价格低廉、储层改造效果较好的特点，因此水力压裂技术成为我国煤层气储层改造的主流手段。本文结合晋煤集团蓝焰煤层气公司在郑庄井田勘探开发煤层气过程中活性水压裂技术的使用实际，从加砂程序、施工排量及更换支撑剂等方面对该区域内活性水压裂方案提出了优化建议。

1 加砂程序优化

加砂程序对裂缝内支撑剂浓度的分布和导流能力及压裂效果具有十分重要的影响。压裂液按照其在不同压裂施工阶段所起的所用，分为前置液、携砂液和顶替液。在注入前置液量相同的前提下，即基于裂缝延伸距离及裂缝形成缝高相同的前提，模拟软件能够模拟出三种不同加砂程序裂缝形成有效缝高、有效支撑距离和裂缝延伸距离间的关系（见图1）。

从图2可看出，在渗透率中等、前置液量相同的情况下，采用第二种方案加砂能够让压裂形成的裂缝在长度上和高度上都具有相对有效地支撑。当然，如果地层渗透率较高，应当采用第一种方案加砂。

2 压裂施工排量优化

把压裂液注入煤层气井时，只有在煤层裂缝的吸入量小于压裂液的注入量时，方能在井筒和煤储层间建立起能够使煤储层裂开的有效压差。这种压差与压裂施工排量成正比，与压裂形成的裂缝面积和煤储层的渗透率成反比。因此考虑到活性水压裂相对较差的携砂能力，如果想把支撑剂相对较远的往前带，就必须适度增加排量。以目前沁水盆地活性水压裂的现场施工为例根据渗透率的好坏对施工参数进行定性分析。沁水盆地部分活性水压裂施工工艺参数分类见表1。

2.1 当煤储层原始渗透率好时

当煤储层原始渗透性好时，由于活性水粘度相对较低，如果前置液的排量不大，煤层裂缝的吸入量有可能大于前置液的注入量，就不能在井筒和煤储层间建立起能够使煤储层裂开的有效压差，达不到理想的造缝效果。

当前置液注入量相对较大时，压裂液所传导来的外来力大于煤储层自带的轴应力，当这种压裂液传导来的外力超过煤层本身破碎所需要的临界力量后，煤层就会从最薄弱的地方破损裂开，形成一条甚至几条裂缝。反之，如果前置液排量不大，就不足以产生能够使煤层破碎的临界力量，也就达不到在煤储层造缝的效果，前置液也就不能发挥其应有的作用，这种情况下，即使后续携砂液的砂比较高，也只能是在井筒附近形成堆积。当然，前置液的排量也不宜过大，否则会造成压裂液注入速度远大于煤储层的吸入速度，即使能够成功在煤储层中造缝，但随着压裂液的大量滤失，有效造缝的距离不会太长，有效造缝的宽度也不会太大，会造成携砂液携带砂体的距离有限，很难让支撑剂起到应有的作用，而且排量过大，很可能会造成堵砂现象和窜层现象，严重影响压裂效果。

当前置液注入量相对适中时，在前置液的注入过程中，为了减少滤失而伴随使用段塞技术，并且在携砂液注入过程中，尽可能使用低砂比、低排量，从而改善裂效果。

当前置液注入量相对较少时，前置液的无谓滤失肯定会减少，那么在携砂液注入过程中，也尽可能使用低砂比，从而使造缝的延伸距离尽可能的变长，而且由于煤储层本身渗透率好，很有可能系统的联通有效造缝，进而取得理想的压裂效果。

2.2 当煤储层原始渗透率差时

当煤储层原始渗透率差时，对活性水压裂液的滤失量相对较小，但是即便如此，如果前置液的排量过小，也不能在煤储层中造出长而有效的裂缝，这种情况下，即便在加砂过程中采用分段加砂技术，最早注入的小半径砂粒也不能被携带到较远的地方，造成后面注入的大半径砂粒只能堆积在井筒附近，严重影响压裂效果。而且由于煤储层渗透率较差，后期排采时，很难将远距离的裂隙系统与压裂造成的裂缝贯通，致使后期产气量不高。

当前置液注入量相对较大时，由于煤储层的滤失量相对较小，能够在煤储层中造出有效的长距离裂缝，后续注入携砂液时，在加砂过程中采用分段加砂技术，就能够使半径较小的砂粒在远距离处支撑，在煤储层中形成阶梯状的连续支撑，而且离井筒越近支撑砂粒的半径越大，便于煤层气的扩散和渗流，从而形成好的压裂效果，后期产气量也比较高。

当前置液注入量相对适中时，考虑到煤储层渗透率差的情况，可采用大排量、分段砂比的加砂模式，这样能够在煤储层中形成一定距离的有效裂缝，但不如前当前置液注入量相对较大时的效果明显。

当前置液注入量相对较少时，由于煤储层的渗透率差，无论采用大排量还是小排量，都很难在煤储层中形成有效宽度和距离的裂缝，而且由于煤储层渗透性差，后期排采过程中也不可能将裂隙系统贯通，后期产气量较低。

3 压裂支撑剂优化

通过该曲线，我们发现，由于郑庄井田地应力比较大，压裂煤层气所需压力比较高。而且经过排采一段时间后的取样分析，我们发现，石英砂基本上都处于破碎状态，而且石英砂大多在钻孔周围20米范围内沉淀。这证明了由于该井田地应力大、渗透性差，活性水+石英砂的压裂方式存在缺陷。为了提高压裂效果，现建议使用核桃壳作为支撑剂。

核桃壳作为支撑剂，其密度要低于石英砂，便于压裂液的携带；而且经过试验，核桃壳抗压能力要高于石英砂，在高地应力的情况下，能够提高裂缝的支撑效果，保持住煤层气的解析通道。

4 结束语

综上所述，在进行郑庄井田煤层气井压裂方案设计时，对于原始渗透率较好的煤储层，要使劈开的裂缝有效支撑，其砂比不需太大，可采用小排量低砂比的压裂方案，在煤储层中易形成窄长的裂缝且能有效支撑，使压裂真正起作用；当煤原始储层渗透率一般时，则需采用逐级加砂程序施工，使压裂效果相对较好；当煤原始储层渗透率较差时，则需使砂比相对较高，从而在煤储层中形成短而宽的裂缝，使原始储层渗透率得到较大改善；当地应力过大时，可以考虑使用核桃壳作为支撑剂，能够提高裂缝的支撑效果，保持住煤层气的解析通道。

参考文献

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