交叉式压裂技术在煤层气丛式井组压裂 改造中的研究与应用智库

发布时间:2018-06-20 11:11:26  作者:本站编辑  来源:本站原创  浏览次数:


要:贵州煤层气资源丰富,受到地面条件的限制,丛式井组开发已成为必然趋势。对于井组压裂改造不理想的情况,提出了交叉式压裂改造技术,使得井组中每口井周围的应力释放范围加大,形成更为复杂的裂缝网络,从而充分改造所有井,以期达到单井或井组最大量煤层气资源开发。

词:交叉式压裂  煤层气丛式井  压裂改造 技术应用

0  绪论

贵州省煤炭资源量大,煤层气资源丰富,经预测2000m以浅的煤层气资源量为3.15亿 m 3 ,是中国南方最大的煤炭生产基地和煤层气资源富集区。

贵州地处西南地区,属于丘陵地貌,井场的选择受到了一定的限制,丛式井组开发成为首选方式。丛式定向井避免了地面条件的限制,利用大斜度钻井技术实现钻遇目的层,解决了地面井场选择难的问题。但是,井组压裂时,如果按顺序压裂,受到裂缝沿最大水平主应力延伸的影响,井组中某些井改造的程度受到限制,不能充分改造。

针对这一问题,提出了出了交叉式压裂改造技术,使得井组中每口井周围的应力释放范围加大,形成更为复杂的裂缝网络,从而充分改造所有井。交叉式压裂由同步压裂技术延伸而来,形成复杂缝网的过程实质是人工裂缝在地层中延伸时,而延伸诱导应力场作用机制决定了压裂的裂缝展布情况。

其优点:1.形成了井间交错网状裂缝,增加压裂改造体积,提高产量;2.不增加任何成本,只是改变压裂顺序,从而达到增产的目的。 

1 交叉式压裂技术原理

充分利用井间应力干扰,在裂缝间诱导力作用下,使水力裂缝在扩展过程中相互作用,从而形成井间交错网状裂缝,增加压裂改造体积,最终达到提高多井产能和最终采收率的目的。 

研究表明,油气井的注入作用会引起地应力的变化。压裂后的裂缝周围存在一定范围的应力场,裂缝在延伸过程中,裂缝间存在的诱导应力场将改变原始的地应力状态。压裂完成之后,诱导应力场将有一个释放的过程,由于在最小水平主应力方向上产生的诱导应力减小的慢,最大水平主应力方向的诱导应力减小的快,那么经过一段时间的释放之后,两个方向上的水平主应力差异将越来越小,可以影响周围压裂井的裂缝走向和形态。 

一般认为,裂缝延伸的方向垂直于最小水平主应力方向,平行于最大水平主应力方向。诱导应力场将有一个释放之后,最小水平主应力和最大水平主应力会无限接近,这样就诱导周围井的压裂裂缝出现随机的延伸,形成复杂的裂缝。交叉式压裂正好利用了这一原理,改变井组压裂的顺序,使得每口井周围的应力释放范围加大,形成更为复杂的裂缝网络。

2 井组压裂顺利优化

贵州地区丛式井组多以六边形井网布井方式为主,即采用定向钻井实现煤层靶点所在的位置形成六边形,六边形中间为直井,相邻井井距为300m左右,如图1所示。

假设地层最大主应力方向为北西南东向。 按照常规的按顺序进行压裂,所有井的裂缝方向都是沿北西南东向延伸,裂缝的形态较为单一,特别是X4X5X6X7井很难形成复杂缝。

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一  六边形井网井位示意图

采用交叉式压裂,即沿着最大水平主应力方向先压X2和X3井,这两口井的裂缝方向沿着北西南东向延伸,在这两口井的周围会形成一个应力场,在应力释放过程中,最大主应力和最小主应力会同时减小,两者会无限接近。那么X1井周围的应力场发生了改变,导致X1井压裂时裂缝会随机延伸,形成复杂的空间网状裂缝,形成的诱导应力场范围较大,随即对X4X5X6X7井的压裂裂缝的延伸产生较大的影响,导致这4口井在压裂时的裂缝形态和延伸方向变得更为复杂。

因此,优化后的压裂顺序为:X2X3X1X4X5X6X7或者X3X2X1X6X7X4X5。总之,必须先压裂最大水平主应力方向两端的井,再压裂中间直井,最后交叉压裂中间之间对角线上的其他井,使整个井组的所有井的裂缝系统复杂,形成空间网状裂缝,形成更大的降压面积,提高井组的整体产气量。

3 交叉式压裂方案优化

3.1 压裂工艺的选择

全部井完钻后,进行一次压裂。采用可钻桥塞射孔联作压裂工艺,(如图2)。优点:①缩短施工周期,减少液体在地层中的滞留时间,降低压裂液对储层的伤害。②压完前一口井的所有煤层后,可以让煤层应力得到充分的释放,有助于后边煤层压裂裂缝形态的复杂化,更易形成空间复杂缝网。

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图二 可钻桥塞射孔联作压裂工艺步骤示意图

3.2  压裂施工参数优化

a.施工排量

煤层压裂施工需要较高的施工排量,虽然较高的施工排量会导致施工压力较高,但是较高的施工压力下煤层裂缝容易发生扭转,产生较多的复杂裂缝,有利于提高压裂的效果。综合考虑套管承压和施工压力的影响,确定的排量为10-12m3/min

b.加砂强度

根据已排采产气井的施工数据进行分析,得出加砂强度和产气量的变化规律,在控制成本的基础上,加砂强度设计为每米射孔段加砂量12-18m3

c.加砂梯度(平均体积比)

压裂施工采用由低到高分6-9个阶梯进行加砂:前置液排量达到6m3/min后加入2-4个段砂塞,段塞砂目数为70-100目,砂比为5-7%;携砂液采用40-70目和70-100目的石英砂低到高分5-7个阶梯进行加砂,平均砂比为8-12%

d.前置液比例及用液量

压裂施工中造缝主要发生在前置液阶段,因此提高前置液占总液量的百分比就可以获得更长的裂缝,但是前置液百分比需要确定一个合理的范围才能保证动态裂缝和支撑裂缝都能最优化。通过分析已排采井的压裂施工数据,根据产气井的施工数据,定为前置液的比例在50%-60%左右。整体施工液量在800m3以上。

4 现场应用

交叉式压裂技术在贵州毕节地区和六盘水地区应用了6个井台,效果明显,平均每个井台产气量增加1000m3。以六盘水地区的N2井组为例:

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图三 N2井组井下靶点位置图

根据前期裂缝监测结果,此区块的裂缝延伸方向为1533方向,根据交叉式压裂的理论原理,先压裂N2-X2井,再压裂N2-X5井,这两口井压完之后会在周围形成一个诱导应力场,对N2井的影响较大。接着压裂N2井,在诱导应力场的影响下,N2井形成的裂缝网络较为发杂,形成的诱导应力场也越大,这样,对N2-X1N2-X3N2-X4 N2-X6井裂缝延伸方向影响也越大,交叉压裂N2井对角线上的井,最终形成的整个裂缝系统较为复杂。 

最后去确定的压裂顺序为:① N2-X2井;② N2-X5井;③ N2井;④ N2-X1井;⑤ N2-X4井;⑥ N2-X3井;⑦ N2-X6井。

同时采用大规模,即大液量、大砂量、大排量的压裂工艺技术。排量优化为8-10m3/min,加砂强度为12m3/m左右,注液强度为150-200m3/m,前置液百分比为50%左右,按上述的顺序对所有井进行压裂改造。

5 结论与认识

1)交叉式压裂技术在贵州山区应用取得了一定成效,平均井组增产1000m3,值得推广。

2)交叉式压裂技术的压裂顺序先选择最大主应力方向对角线的两口井进行压裂,再压中间直井,后压远离最大主应力方向的其他井进行压裂。

3)采用大规模,即大液量、大砂量、大排量的压裂工艺技术有利于提高煤层的改造程度。

参考文献

[1] 刘贻军,曾祥洲,胡刚.等贵州贵州煤层气储层特征及勘探开发技术对策——以比德三塘盆地为例[J].煤田地质与勘探2017,45(1):71-74.

2]李小刚,罗丹,李宇,等. 同步压裂缝网形成机理研究进展[J]. 新疆石油地质,201334(2)228231.

[3] 申贝贝,何 青, 陈付虎,等. 大牛地气田同步压裂工艺应用研究[J]. 重庆科技学院学报(自然科学版)2015174:58-60108.

(作者单位:贵州省非常规天然气勘探开发利用工程研究中心)