煤層氣井壓裂工藝及效果評價方法綜述

巖石特征不同于傳統(tǒng)的油氣儲層巖石，煤層和煤層之間的儲層和地質(zhì)特征也不同。因此，煤層壓裂與傳統(tǒng)油氣井壓裂之間存在許多差異。主要在于:①煤儲層與常規(guī)油氣儲層的機(jī)械性質(zhì)不同。與常規(guī)油氣儲層相比,煤層的楊氏模量低、泊松比高,且具有特殊的雙孔隙結(jié)構(gòu),割理發(fā)育,以及更大的各向異性和不均質(zhì)性。②煤層氣的形成、儲集、運(yùn)移、產(chǎn)出機(jī)理與常規(guī)油氣存在較大的差異。煤層氣主要以吸附形式存儲于微孔隙表面,其產(chǎn)出是一個降壓解吸、擴(kuò)散、滲流的過程。在實(shí)際施工過程中,我們就必須根據(jù)不同的煤層采用不同的壓裂注入工藝和效果評價,以取得壓裂增產(chǎn)效果。1加壓通風(fēng)法1.1混砂機(jī)壓裂泵將支撐劑在現(xiàn)場作業(yè)前裝入混砂機(jī),在溫度-17.8℃、壓力2.1MPa的狀態(tài)下將液態(tài)CO2導(dǎo)入混砂機(jī),氮?dú)庾鳛橹脫Q“墊”,驅(qū)使液態(tài)CO2進(jìn)入混砂機(jī),然后再驅(qū)使液態(tài)CO2砂漿進(jìn)入高壓壓裂泵。然后以足夠大的泵送速度通過孔眼將CO2攜砂液連續(xù)泵入。壓裂作業(yè)完成后,關(guān)井一段時間,使CO2完全汽化,然后開井排液,將氣態(tài)CO2排出井筒。如下圖1為CO2壓裂時地表和井底數(shù)據(jù)曲線。1.2裂壓力儲層的調(diào)整該工藝?yán)酶鲗娱g破裂壓力不同,首先壓開破裂壓力較低的儲層,然后投入堵塞球把射孔孔眼暫時堵塞,再提高壓力壓開破裂壓力較高的其他儲層。適用于復(fù)雜、低滲透、多層的薄煤層。1.3加砂、減砂它是在加砂量達(dá)到一定數(shù)量后,人為地將施工砂比提高到發(fā)生砂堵的極限,然后停砂繼續(xù)注前置液造縫再加砂,當(dāng)砂量達(dá)到一定數(shù)量后,再將施工砂比人為地提高到發(fā)生砂堵的極限上。按此工藝可以進(jìn)行多級加砂,有利于更多地溝通天然割理縫系,加砂量應(yīng)適應(yīng)于具體的壓裂層。適用于煤層孔隙疏松,壓裂液易濾失的煤層。1.4油套混注大排量管理劑型車組針對壓裂液濾失量大,液體效率低。為了提高液體效率和施工砂比,在壓裂施工中采用了大排量施工,使用兩套千型車組,采取油套混注的施工方式,將施工排量提高到7.5m3/min以上,最高達(dá)到10.0m3/min,有效地控制了液體濾失,保證裂縫正常延伸,從而提高煤層的滲透性。另外,也可將油套混注大排量工藝改為套管注人大排量的施工方式,將施工排量提高到8.0～10.0m3/min。適用于孔隙疏松,壓裂液易濾失的煤層。1.5活性水/純堿隔離液先進(jìn)行小型壓裂,進(jìn)行壓后壓降分析,然后進(jìn)行大型CO2壓裂工藝:預(yù)處理前置液:活性水+CO2→→活性水或活性水+純堿(隔離液)→→前置液(凍膠)→→混注液氮加粉陶(利用粉陶降濾失)→→攜砂液(凍膠)加中陶→→頂替液,壓后停泵測壓降30min。它適用于氣藏超深、高溫、滲透率低、地層物性差的煤層。施工步驟及目的見下表1。1.6油管注入和環(huán)空壓裂工藝技術(shù)連續(xù)油管壓裂是利用連續(xù)油管實(shí)現(xiàn)油管注入或環(huán)空注入液體和支撐劑對儲層進(jìn)行壓裂改造的一項工藝技術(shù)。主要用于淺井多層煤層,尤其適合薄煤層的分層壓裂和小井眼壓裂。油管注入壓裂工藝包括連續(xù)油管注入+跨式(單)封隔器、噴砂射孔+連續(xù)油管+砂塞等;而油管環(huán)空壓裂工藝技術(shù)目前有噴砂射孔環(huán)空壓裂+封隔器封隔轉(zhuǎn)層、選擇性射孔+環(huán)空壓裂+封隔器轉(zhuǎn)層、第一次普通射孔+選擇性射孔+環(huán)空壓裂+投堵球轉(zhuǎn)層、噴砂射孔環(huán)空壓裂+填砂轉(zhuǎn)層等。如下圖2為連續(xù)油管壓裂工藝。1.7氣體運(yùn)移作用混合氣體驅(qū)替煤層氣技術(shù)是指向煤層注入混合氣體(CO2、N2、空氣、煙道氣等),利用注入氣體的置換作用和增滲作用,促進(jìn)煤層氣解吸并驅(qū)趕煤層氣流向抽采鉆孔,其實(shí)質(zhì)是向煤層注入能量,改變壓力傳導(dǎo)特性和增大或保持?jǐn)U散速率不變,從而達(dá)到提高單井產(chǎn)量和回收率的目的。它兼顧C(jī)O2的競爭吸附和N2的增滲和減災(zāi)效果,適用于我國低滲透、可開采煤層。2評估效果的方法2.1壓裂效果綜合評價采用日增產(chǎn)氣量、增產(chǎn)有效期及累計增產(chǎn)氣量三項指標(biāo)綜合評價壓裂效果。其單項評價以分值表示,三項分值相加之和為綜合分值。根據(jù)綜合分值大小劃分煤層氣壓裂效果產(chǎn)量評價等級。2.2綜合評價效果采用表皮系數(shù)差和采油指數(shù)比兩項指標(biāo)綜合評價壓裂效果。其單項評價用分值表示,兩項分值相加之和為綜合分值。根據(jù)綜合分值的大小劃分壓裂效果評價等級。2.3氣成本兩指標(biāo)綜合評價采用壓裂經(jīng)濟(jì)效益、壓裂投資回收期和增產(chǎn)煤層氣成本三項指標(biāo)綜合評價壓裂經(jīng)濟(jì)效果。單項評價以分值表示,三項分值相加之和為綜合分值。根據(jù)綜合值大小劃分壓裂經(jīng)濟(jì)效果評價等級。2.4試井資料評價壓裂效果的確定利用試井分析方法來評價壓裂效果,目前最有效的方法是壓力恢復(fù)試井。用壓力恢復(fù)試井資料評價壓裂效果時,首先用壓前壓力恢復(fù)試井資料求取地層有效滲透率和地層壓力,其后用壓后壓力恢復(fù)試井資料和壓前求取的地層參數(shù)對壓裂裂縫做出正確解釋,排除解釋結(jié)果的多解性。最后應(yīng)用壓力恢復(fù)試井解釋結(jié)果來評價壓裂效果。2.5關(guān)井壓降監(jiān)測看試煤層氣壓裂施工可看成是注入測試,關(guān)井壓降監(jiān)測看成是注入壓降測試的壓力降落,由此把壓裂施工和關(guān)井壓降作為一個完整的注入壓降試井測試。2.6壓裂效果的評價通過對具體的壓裂施工曲線和壓后排液曲線進(jìn)行具體分析,可以有效進(jìn)行壓裂效果評價。壓裂施工動態(tài)曲線是壓裂施工過程中注入壓力、施工排量隨施工時間變化的曲線,反映壓裂時的地下動態(tài)及儲層物性。2.7壓裂井的壓力分析試井資料評價壓裂效果的方法需要對同一試油層壓裂前和壓裂后都進(jìn)行試井,然后利用壓裂前后壓力曲線的變異及地層參數(shù)的變化研究壓裂效果。2.8不壓裂期內(nèi)產(chǎn)量動態(tài)預(yù)測應(yīng)用灰色拓?fù)漕A(yù)測方法,由壓裂前的油井日產(chǎn)油數(shù)據(jù),建立模型群,并預(yù)測了在壓裂有效期內(nèi)該井不壓裂時的產(chǎn)量動態(tài),從而可真實(shí)地評價壓裂的增產(chǎn)效果。該方法尤其適用于壓裂前產(chǎn)量波動比較大的情況。2.9基于數(shù)據(jù)庫的聚合式氣井壓裂預(yù)算機(jī)數(shù)據(jù)挖掘采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、支持向量機(jī)等各種方法,在壓裂決策分析方面也得到廣泛應(yīng)用,通過建立產(chǎn)能預(yù)測模型,來優(yōu)化施工參數(shù)和選井選層。國外建立了以SQLServer2000為數(shù)據(jù)庫平臺的數(shù)據(jù)挖掘體系,但數(shù)據(jù)挖掘算法單一;國內(nèi)庫采用SQLServer2005實(shí)現(xiàn),數(shù)據(jù)挖掘算法采用決策樹和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,可以實(shí)現(xiàn)氣井壓裂的選井選層和施工