煤层气井高能气体压裂解堵工艺研究

陈金宏张建峰汪正超

（1.中国石油集团测井有限公司华北事业部，河北 062552；2.西安物华巨能爆破器材有限责任公司，陕西 710061；3.中国石油长城钻探工程有限公司测井公司，辽宁 124000）

煤层气井高能气体压裂解堵工艺研究

陈金宏1张建峰2汪正超3

（1.中国石油集团测井有限公司华北事业部，河北 062552；2.西安物华巨能爆破器材有限责任公司，陕西 710061；3.中国石油长城钻探工程有限公司测井公司，辽宁 124000）

本文主要介绍采用高能气体冲击波对煤层气低产井进行二次压裂，疏通产气通道，提高产气量的解堵工艺。该工艺主要通过加装张力封隔器，限定高能气体做功空间，获得最好的压裂效果。通过在压裂管串上加装纵向液压减震器、筛管、PT检测短节等，确保坐封性能、加水平衡压力、记录压力变化的需要。通过安装700型压裂井口、高压三通、容棒油管短节等，确保管串和井口设备的安全，并实现密封条件下的投棒起爆。

高能气体 压裂解堵 张力封隔器

目前国内绝大多数煤层气直井和定向井都要进行射孔和水力携砂压裂作业，以便提高煤层的渗透性，再经过一段时间的排水降压，获得最大的出气量。但部分井出气一段时间后，出水出气大幅减少，直至呈现为干井状态，其主要原因一是压裂联通的有效空间内已经无气无水，二是压裂产生的煤粉倒吐进入裂缝中，造成出气出水通道堵塞。

煤层气存在于煤的双孔隙系统中，煤的双孔隙系统为基质孔隙和裂缝孔隙。水力压裂是目前较常用的煤气层改造措施，由于在压裂过程中压力上升缓慢，产生的裂缝受到地层主应力约束，一般只能形成两翼对开的两条垂直裂缝。而离主裂缝较远的煤气层中难以再产生裂缝，煤气层的渗透性和孔隙度基本不受影响，地应力、温度基本不改变，而压力变化仅限于主裂缝附近，难以在离主裂缝较远的煤气层中形成煤层气解吸环境和条件，这部分煤层气也难以解吸出来，所以有些井水力压裂后衰减较快，重复压裂改造也难以改变。

煤层与含油地层的岩石力学性质不同，煤的机械强度低，大约只有油气地层岩石的1／3～1／4，难以支持上覆岩石的压力，容易破裂。煤层被钻井、射孔吸水后，在多脉冲的复合压裂作用下，将促进煤层孔隙，节理发育。

与常规水力加砂压裂相比，高能气体压裂能够减小对煤储层造成水敏性污染，而且裂缝的延伸方向不受地应力控制，可形成多裂缝体系，成本低，不伤害煤层。

高能气体压裂具有许多优点，主要的有以下几点：①不用大型压裂设备；②不用大量的压裂液；③不用注入支撑剂；④施工作业方便快捷；⑤对地层伤害小甚至无伤害；⑥成本费用低。

高能气体压裂技术改造煤气层作用机理是通过高能气体压裂装置在煤气层产生大量高温、高压气体压裂煤气层，促使煤气层产生较长的多裂缝体系，并沟通更多的天然裂缝，以形成网络裂缝改善煤气层泄气通道；同时伴随较强的多脉冲震荡作用，提高和改善了煤气层基质孔隙间的连通性和渗透性。通过产生网络裂缝、降低孔隙压力、升温（热作用）、脉冲震荡等作用改善煤层气解吸环境，降低了煤层气解吸压力，有利于煤层气的解吸和泄出，达到提高产量的目的。

1 施工工艺

采用700型压裂井口，确保井口密闭后的承压安全性，确保管柱不会窜出井口装置。用4个地锚对700型压裂井口进行固定，预防管柱及井口装置被高能气体顶出。在700型压裂井口上安装三通阀门，既可用来向油管内注水，又可在长时间不能泄压到安全范围时，从阀门快速泄压。在三通阀门上安装容棒油管短节，起爆棒提前放在下闸板关闭的容棒油管短节内，在井口密闭状态下，只需打开下闸板起爆棒落下，人员就可离开，无需投棒后再关闭井口，节约了时间，确保人员能到达安全的位置。在容棒油管短节上部安装压力表，通过观察压力表数值，掌握井内压力变化情况，以便确定下步作业的安全时间。

在一定的距离位置加装封隔器，限定高能气体做功空间，以便对目的层产生最大的压裂作用。撞击点火器上安装双母筛管，使封隔器下套管空间与连接油管联通，可以随时从井口的油管内向封隔器下的套管内加水。通过三次加水，确保封隔器下部充满水，封隔器上部套管内充满水，封隔器上部油管内尽量多的水，用来平衡压力，确保井下管柱不被冲击变形。采取三级延时起爆方式，杜绝因瞬间压力过大横向炸坏套管。加装两级减震器，杜绝因瞬间纵向压力过大拉断封隔器下的套管和冲开封隔器。

2 压裂管串

结合煤层气井的实际情况，本着安全、有效的原则，设计出图1所示的压裂管串，其自下向上依次为：筛管尾D102mm＋装药筛管（内装2根压裂药柱）D102mm＋隔板延时点火器接头D102mm＋延时10min传爆装置D102mm＋燃爆接头（内装燃烧转爆轰装置）D102mm＋装药筛管（内装2根压裂药柱）D102mm＋隔板延时点火器接头D102mm＋延时5min传爆装置D102mm＋燃爆接头（内装燃烧转爆轰装置）D102mm＋装药筛管（内装2根压裂药柱）D102mm＋撞击点火器D73mm＋双母筛管D93mm＋PT压力短节D110mm＋精确测量油管（加厚）D73mm×3根＋校深油管短节（加厚）D73mm×1根＋精确测量油管（加厚）D73mm×3＋纵向液压减震器φ106mm＋张力封隔器D112mm＋油管（加厚）D73mm×N根＋调整深度油管短节（加厚）D73mm＋油补距。

3 施工工序

3.1 作业前准备

图1 压裂管串结构图

起出井内全部抽油杆和油管，下GX－T140套管刮削器，在封隔器座封井段上下5m之内，反复刮削四次。下通井规D116mm通井，通井规D116mm＋油管（加厚）D73mm＋油补距，至井底。连接泵车，安装自封，用清水彻底循坏1.5周以上，保证井筒畅通无污物。

This is an interesting study that looks at IL-1β as a potential inflammatory cytokine stimulus for tumour formation in pNETs. While chronic in flammation is known to contribute to carcinogenesis, in the pancreas, this is peculiar to PDAC where association with chronic pancreatitis is not uncommon.

3.2 下入压裂管串

将在地面连接好的压裂管串慢速下入井中。

3.3 深度校正

管串下到预定位置后，用自然伽马磁定位测井仪进行校深，计算调整值后，调整油管进行定位。从井口的油管内向井中加水至套管内水返出井口，确保封隔器下套管内环空内充满清水。

3.4 张力封隔器坐封

管柱下至指定深度后，反转管柱半圈，上提管柱，增加负荷30～50kN，封隔器坐封。再次从井口的油管内向井中加水，以补充坐封过程中漏失的水。

3.5 油管悬挂器坐封

丈量油管挂高度，井中管串上部加替换短节，短节比油管挂高出15cm。上提井中管串至高出油管挂15cm，观察吨位。打上安全卡瓦，卸掉替换短节，换装油管挂。下坐油管挂，上紧顶丝，油管挂下坐的长度必须小于替换短节的下放深度，以确保管串30～50kN的预紧力。

3.6 安装井口设备

把700型压裂井口上法兰安装好，井口螺丝均匀上紧，打好地锚。安装高压三通、容棒油管短节，一侧安装闸门。向油管内注水完毕后关闭侧闸门。起爆棒放置容棒油管短节内，容棒油管短节上部安装压力表。

3.7 投棒起爆

无关人员及设备远离井口到安全位置后，爆破员打开容棒油管短节下部的闸门，起爆棒下入井内，爆破员迅速撤离井口，投棒落下引爆撞击点火器，大约2分钟引爆第一级，7分钟引爆第二级，12分钟引爆第三级，井口附近应能听到明显的起爆声。

3.8 设备拆除

引爆完成后，作业人员不能立即到井口，需观察井口压力变化，待井口压力降到安全值后，再进行下一步作业，如需放压，可从高压三通闸门控制放压。井口无压力后，拆除700型井口上法兰，顶丝松开。提出油管挂，打上安全卡瓦。换装3～5m油管短节，下放管柱，可以正常下放后，正传油管1／2圈，封隔器销钉更换轨道，上提管串解封。起出井中所有管串，拆下PT压力测试短节，读取PT曲线，进行压裂过程分析。

4 效果评价

＃1－075井为一口3号煤开发井，构造位置位于局部向斜翼部，3号煤层井段655.00～659.80m，解吸压力2.5MPa，推测含气量大于20m3／t。2011年11月投产，最高日产气200m3，之后气量、水量快速下降，目前流压0.05MPa，不产气，日产水0.6m3。

分析认为井低产的主要原因是压裂沟通邻近断层，煤层有效改造范围较小，通过高能气体压裂解堵作业后，改善储层渗透性，提高产气量。

本井目前生产3号煤层，流压0.05MPa，套压0.04，日产气100m3，预计日产水量2m3左右，要求下φ32mm泵，泵吸入口下深至3号煤层底以下。

从图2可以看出与施工作业相关的压力、温度曲线图，未进入液面前压力为零，进入页面后随着深度的增加压力也随之增高温度基本保持平稳，大约于21：50第一次加满液体，此时压力仪压力到达约6.1MPa的峰值，随着时间的流逝由于液体渗漏，压力逐渐降低为约5.1MPa，从图2中看出约22：50注液坐封时压力有所波动约0.2MPa之后随着时间的流逝压力平稳降低，大约在0：17第一次起爆，0：22第二次起爆，0：29第三次起爆。

图2 整个作业过程P－T曲线图

在图3中，大约0：17第一次起爆压力峰值达到了大约8.8MPa，温度迅速上升到约70℃，第二次设计延迟起爆5分钟，大约在5分钟后约0：22准时起爆此时峰值压力约6.4MPa，温度上升到75℃，第三次起爆延迟大约7分钟后峰值压力约7.1MPa，随后压力温度逐渐降低。

图3 燃爆过程P－T曲线放大图

燃爆后约6小时内，由于爆燃形成的高温在油管和煤层的热量传导仍在继续，在对流的作用下温度传感器处的温度往复变化并下降，同时伴随有气体的向上运移。在图4中，约10：10油管排气诱发煤层气体迅速上涌油管液面迅速上升，反映到井口压力计为压力迅速由3.5MPa上升到5.5MPa，然后解封上提油管，之间有两次短暂休息，其压力值表现为平直段，直至起出液面压力值为零，同时温度也随之下降。

图4 燃爆6小时后P－T曲线放大图

从施工作业开始到首次起爆前的压力温度变化，与施工情况基本吻合，第一次起爆疏通阻力较大，因此在井内形成的压力也相对较大，并且伴有较明显的3次逐渐减弱的冲击波形成过程，这对疏通冲刷孔道、孔隙起到了非常好的作用，为气体运移和后期排采提供了良好的环境，在热传导对流作用下气体向上运移，并在井口形成了约2MPa压力，在释放的同时诱发煤层内气体上涌，油管液面迅速上升。另外因射孔段煤层孔隙、裂缝发育由于巨大的压力冲击，致使孔道得以迅速疏通，压力瞬间释放，在极短的时间内压力迅速降低，致使难以形成较大峰值压力，但这也正是油气通道畅通的表现，第二和第三次起爆压力峰值有所降低的表象也正因为如此，之后随着管柱起出压力逐渐降低，起出液面压力回零直至完成作业。

［1］ 吴晋军.煤层气开发新技术试验研究与探索［J］.西安石油大学学报（自然科学版），2009，24（5）：43－45.

［2］ 李俊峰.高能气体压裂对煤层气井增产改造作用［J］.能源与节能，2012（10）：22－23.

［3］ 刘新龙.煤层气高能气体压裂开发技术［J］.中国化工贸易，2011，3（5）：1－1.

（责任编辑 桑逢云）

Study on the Technology of High Energy Gas Fracturing of Coalbed Methane Wells

CHEN Jinhong1，ZHANG Jianfeng2，WANG Zhengchao3
（1.Well Logging Co.，China Petroleum Group Ltd.，Hebei062552；2.Xi’an Wuhua Blasting Equipment Co.，Ltd.Shaanxi710061；3.Well Logging Co.，CNPC Greatwall Drilling Co.，Liaoning 124000）

This papermainly introduces the plugging removal technique of using high energy gas shock wave to the coal bed gas production wells for secondary fracturing to clear the gas channel and increase the gas production.This technique ismainly through the installation of tension packer and limiting the high energy gas fracturing work space to get the best results.Through installing vertical hydraulic shock absorber on the fracturing string，sieve tube，and Pt detection sub to ensure the sit sealing performance，water pressure balance and record the pressure variation.By installing the 700 types of fracturing wellhead，high－pressure tee，rod tubing joint capacity，etc.to ensure the safety ofwellhead equipment and tube，and then realizing the initiation of dropping bar under the condition of sealing conditions.

High energy gas；plugging removal technique；tension packer

陈金宏，男，高级工程师，一直从事测井采集及科研管理工作。