煤层气重复压裂技术在沁水盆地南部的应用

曹 超

(中联煤层气有限责任公司，山西 048000)

煤层气重复压裂技术在沁水盆地南部的应用

曹 超

(中联煤层气有限责任公司，山西 048000)

目前的煤层气开发过程中，孔道堵塞和渗透率的降低会导致煤层气井产量下降，而重复压裂技术可以有效改善或者减缓该问题。重复压裂技术可以帮助清除近井地带污染，改善天然裂缝的网状沟通，从而更有效地进行排水降压，连通深部储层及井筒，同时可提高储层渗透率。本文针对沁水盆地南部煤层气井压裂作业，着重介绍了重复压裂技术的现场应用，为今后低产井改造处理作业提供了可靠的经验。

煤层气 重复压裂 沁水盆地

1 柿庄南区块煤层气开发现状

山西沁水盆地煤层气田是我国煤层气开发的主力区块，该气田具有低压、低渗、低饱和及非均质性强的“三低一强”典型特征。近些年来，通过对沁水盆地南部区块的煤层气开发生产作业，中联公司在钻完井工程和排采技术方面均取得了较好的成效，但目前开发生产过程中仍存在一定的难题。前期排采过程中的激动影响后期产气量、产水量，且随着开发的逐渐深入，压裂效果逐渐降低，压裂裂缝闭合、煤粉堵塞喉道、出砂以及压裂后其他作业对近井地带造成污染等情况时有发生，从而造成产量大幅下降。为了保证煤层气井有效开发的可持续性，本文重点分析了重复压裂技术在煤层气井中的应用，为今后该区块的重复压裂施工作业提供有效的技术支撑。

2 重复压裂技术的应用目的及必要性

重复压裂技术可分为两种方式，一种为大规模重复压裂，另一种为小规模解堵重复压裂。煤层气开发过程中，影响产气效果的因素较多，但归结起来可概括为三个主要方面：一是储层丰度，二是储层是否有能量通过系统通道使得气体得以产出。重复水力压裂技术解决的即是煤层气开发过程中的通道堵塞问题。低产量煤层气井可分为三类：一是储层丰度较低，无开发潜力；二是丰度较高，开发潜力较好，但由于压裂施工等原因未能形成有效裂缝；三是丰度较高，开发潜力较好，且压裂施工已形成有效裂缝，但由于后期排采等原因导致裂缝通道堵塞。上述三类情况，严重影响着煤层气井的产气效率。

3 重复压裂井选井原则及依据

上述文章中的三类井，第一类受丰度限制无可改造的空间，第二类和第三类均可通过重复压裂技术进行储层改造，以达到提产的目的。

第二类低产井型的成因较多，笔者总结可概括为以下几点：

(1)套管限压等原因导致压裂规模不够，裂缝未能充分延伸，仅在近井地带形成微少裂缝，未能有效改造远井筒地带；

(2)支撑剂粒径较小，未能形成有效支撑，而更多的效果是镶嵌作用；

(3)射孔工艺技术原因导致压裂效果较差。

该类低产井成因的本质是是未能形成较为系统的有效裂缝。因此，重复压裂技术思路为大规模重复压裂改造，即在重复压裂过程中采用大液量、大排量及高砂比的方式，以形成足够的有效裂缝，将井筒与远井地带充分沟通，降低系统能量消耗，从而达到提高产气的目的。

经如上分析，大规模重复压裂改造井选井原则为：

(1)资源丰度、含气饱和度较高，有开发潜力；

(2)一次压裂改造不明显；

(3)气井产量明显低于邻井；

(4)生产过程中，气井产量一直不理想，或无产量。

上述文章中的第三类低产井，其主要影响因素为排采工程。在排采过程中，需要逐级平稳降压，高排采强度会带来较大的负面影响：

(1)引起井底流压激动，容易导致煤粉形成和产出，产生裂隙堵塞，从而降低煤层渗透率；

(2)在排采初期，裂缝未完全闭合，排采强度过大会导致井底压差过大引起支撑剂外吐，影响压裂效果；

(3)压降漏斗得不到充分扩展，仅在近井地带形成了压降漏斗，将近井地带的煤层气解吸出来，远井地带未能有效沟通；

(4)煤粉、石英砂等外吐物可能会堵塞孔眼，影响泵效，造成卡泵等现象，使得修井作业次数极大增加，甚至严重影响煤层。

此外，由于其它原因造成的非连续性排采也会对排采效果带来不利影响，主要包括两个方面：一是近井地带地层压力的逐渐恢复，会导致解吸出的甲烷在煤层中被重新吸附；二是煤层中的裂隙被水再次充填，减小了煤层喉道处的流动空间，使得甲烷气泡通过喉道时产生贾敏效应而消耗系统能量。针对该类低产井，由于压裂过程中已形成较长的有效裂缝，只是由于近井地带污染而导致产量较低，因此在采用重复压裂技术时可考虑小规模解堵压裂。

经如上述分析，小规模解堵井选井原则为：

(1)资源丰度、含气饱和度较高，有开发潜力；

(2)生产过程中产气量较为稳定，稳产时间长；

(3)排采制度变动直接造成气井产能下降。

4 重复压裂施工参数的确定

对于重复压裂井，存在两种不同的裂缝体系，即初次压裂人工裂缝和重复压裂新裂缝。重复压裂改造的两个分类就分别对应着这两种不同的裂缝体系：小规模解堵重复压裂即为了疏通初次压裂人工裂缝，而大规模改造重复压裂则为了在原有裂缝的条件下形成新裂缝。

对于小规模解堵性重复压裂，目的是为了近井地带解堵，无需重新造缝，仅需要将初次压裂形成的裂缝重新沟通，并将支撑剂分布在近井周围，因此可采取小液量、小排量及低加砂强度的压裂方式。

对于大规模重复压裂改造，其目的为重新形成裂缝，因此不仅需要将初次压裂裂缝重启，且需要形成转向裂缝，在重复压裂过程中，若要形成新裂缝，则井底注入压力应满足以下条件。因此，建议采用大液量、大排量、高加砂强度的压裂方式。

笔者经过对沁水盆地南部柿庄区块进行调研，查阅相关地质及压裂工程资料，综合考虑顶底板情况和改造效果分析得出：小规模解堵性重复压裂支撑剂规模控制在20～30m3之间，施工排量控制在5m3/min左右；大规模重复压裂改造支撑剂规模控制在40～50m3之间，施工排量控制在7m3/min左右。

图1 A井排采曲线

5 重复压裂技术的现场应用

结合重复压裂技术的相关理论分析，可从小规模解堵和大规模压裂改造两方面探讨其应用效果。

(1)小规模解堵应用

A井于2010年5月3日完井，完井井深765.00m。2010年7月3日压裂3号煤层，压裂井段713.90～721.40m，厚度7.5m，共注入活性水562.72m3，加石英砂54.32m3。2010年12月9日开始排采，排采588天后开始产气，最高日产气量为311m3/d，产气高峰时，日产水量2.1m3/d，后因排采不连续导致产气下降为0m3/d。

现场数据表明，A井处于向斜轴部，构造位置较低，第一次压裂施工正常，满足设计要求，后期排采过程中动液面波动较大，产气量与邻井相比较低，实际产水量也偏低，与正常情况不符。分析其原因为近井地带煤粉堵塞，因此对该井进行了小规模解堵重复压裂改造，并在压裂后立即放喷。本次重复压裂于2014年12月8日进行，压裂加砂量为12.75m3，入井液量为283.87m3，最高施工排量为5m3/min，且采用多级排量的方式，以避免排量激动对地层产生负作用而形成大量煤粉。A井有3口邻井，分别编号A1、A2、A3。表1为A井与邻井生产数据对比。

表1 A井与邻井生产数据统计表

表1及图1结果表明，该井压后保持持续排采，压后不久即见气，且产量达到900m3/d，比重复压裂之前的最高产气量提高了189%。由此可见，小规模解堵重复压裂技术的应用可显著改善近井地带储层状况，重新沟通地层，从而达到提高产气量的目的。

图2 B井排采曲线

(2)大规模重复压裂改造

B井于2011年7月22日完井，完井井深802.46m。2012年3月25日压裂3号煤层，压裂井段764.00～769.00m，厚度5.0m，共注入活性水583.1m3，加石英砂40.28m3。2012年11月17日开始排采，排采55天后开始产气，最高日产气量为170m3/d， 产气高峰时日产水量3.4m3/d (图2)。

现场数据表明，该井在一次压裂过程中，压力一直较高且呈现上升趋势，加砂量未满足设计要求，压裂施工造缝效果较差，故该井于2014年12月17日进行大规模重复压裂改造。本次压裂加砂量为56.62m3，入井液量为1063.32m3，最高施工排量为7.55m3/min，且采用多级排量的方式，以避免排量激动对地层产生负作用而形成大量煤粉。B井周围有4口井，分别编号为B1、B2、B3、B4，表2为B井与邻井生产数据统计表。

分析表中数据可知，B井压后保持连续排采，产气量逐步上升，现已达到490m3/d，相比重复压裂改造之前提升了188%，且产量仍有较大上升空间。由此可见，针对该井的大规模重复压裂改造效果明显，经过改造，该井形成了较大裂缝，将远井地带有效沟通，达到了较好的产期效果。

6 结论

(1)一次压裂未达到施工目标和排采不连续是导致煤层气井产量低的重要原因。

(2)沁水盆地南部煤层气井的小规模解堵重复压裂和大规模重复压裂改造均取得了较好的效果，本文总结出了重复压裂技术使用时的选井原则，对今后低产井改造处理提供了理论依据，可在该区块低产井中推广重复压裂技术。

(3)二次压裂选井应着重考虑本井一次压裂施工情况、排采情况、邻井产气量及产水量等因素，且二次压裂后一定要选择合理的工作制度，以保持稳定排采，避免二次压裂后再次受到污染。

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(责任编辑 黄 岚)

Application of CBM Repeated Fracturing Technology in Southern Qinshui Basin

CAO Chao

(China United Coalbed Methane Co.,Ltd.,Shanxi 048000)

In the current process of CBM development,the pore blockage and the reduction of permeability will cause the decline of production,and the repeated fracturing technology can effectively improve or relieve this problem. The repeated fracturing technology can improve the communication of natural fractures by removing the pollution of wellbore area,thus drainage and decrease the pressure more effectively,connect the deep reservoir and wellbore,and can improve reservoir permeability. This paper is aimed at the fracturing operation of South Qinshui Basin CBM well,emphatically introduces the field application of repeated fracturing technology,which could provide reliable experience for the future treatment of low production wells.

CBM; repeated fracturing; Qinshui Basin

曹超，男，工程师，学士，主要从事煤层气井压裂和井下作业技术研究及现场管理工作。