• 论文
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

沁水盆地南部郑庄区块中北部煤层气直井增产新技术研究与应用

2024-07-17


创新点

文章以郑庄区块为例,分析了沁水盆地南部中深层煤层气直井低产原因及增产效果差的原因,创新提出了充填预堵+大规模压裂+远端支撑增产技术,平均单井增产1000方以上,打破了郑庄中北部直井多年低产的现状,为沁水盆地南部中深层煤层气低产直井治理提供有益借鉴。文章首次对充填预堵+大规模压裂+远端支撑增产技术的内涵、机理、现场对比试验及下步改进方向进行了详细的阐述,对高阶煤中深层煤层气低效井治理新井压裂具有借鉴意义。

长按识别二维码阅读全文

沁水盆地南部郑庄区块中北部煤层气直井增产新技术研究与应用

作者:胡秋嘉, 张 聪, 贾慧敏1, 2 , 张建国, 张文胜, 乔茂坡, 吴定泉, 刘春春, 王青川1
单位:1. 中石油华北油田 山西煤层气勘探开发分公司2. 中国矿业大学 资源与地球科学学院
研究背景
 RESEARCH  BACKGROUND 
沁水盆地是我国重要的煤层气生产基地之一,早期开发主要以直井、定向井为主,在埋深600 m以浅的潘庄、樊庄等渗透率较高的区块获得较好的开发效果,当时普遍认为煤层气富集区就是高产区。随着开发区域拓展至埋深较大的郑庄、沁南西等区块,直井产量逐渐降低,且随着埋深增大开发效果逐渐变差,埋深和渗透率的重要性逐渐被认识和研究,形成了含气量和渗透率耦合控产等理论成果,寻找富集、高渗区成为提高单井产量的主要方法,史今雄等研究了沁水盆地南部构造裂缝与割理的有效性及其对煤层气井产量的影响;康永尚等研究了我国不同煤阶煤储层渗透率主控因素及其对煤层气开发的影响;宋岩等通过研究认为煤层含气量和渗透率的耦合作用是高丰度煤层气富集区形成的机制,提出了斜坡区和脆韧性叠加带2种煤层气富集模式。随着研究的持续深入,水平井分段压裂技术推动深层煤层气或者深部煤层气取得产量突破,原来的二类甚至三类区变为主力建产区,地质条件与工艺技术的适应性被广泛关注,整个行业开始深入思考改进工艺技术使其与储层、煤体结构、地应力状态、低渗等地质条件相匹配。
笔者系统分析了煤体结构对沁水盆地南部直井压裂效果的影响,提出了根据煤体结构匹配压裂工艺的建议;孟召平等对沁水盆地南部煤层气井水力压裂裂缝进行监测,揭示了压裂裂缝扩展与地应力间的关系,为针对性优化压裂改造提供了依据。水平井在深部煤层获得成功促使专家学者开始反思直井开发与水平井开发的差异以及如何实现低产直井的整体盘活等问题。张遂安等基于国内外煤层气增产改造技术发展历程对压裂液体系、完井技术、压裂配套工具和气井管理方法等方面进行了分析,梳理了煤层气增产改造技术发展现状与趋势。目前针对中深层煤层气及其增产技术的研究整体较少。首先对于深部煤层气概念并未达成一致认识:秦勇等指出定义深部与浅部之间的“临界深度”需要考虑地应力状态转换、煤吸附性和煤岩力学性质三重地质因素,高丽军等以含气量转折为深部煤层临界深度的划分依据,认为临兴区块临界深度在2000 m左右;聂志宏等认为大宁—吉县区块埋深1 000~2 000 m即为深部煤层,而郑庄中北部虽然埋深仅700~1 100 m,但该区“临界深度”为700 m左右,因此按照“临界深度”概念属于深部煤层;同时就沁水盆地南部而言,埋深大于700 m的储层具有与浅层完全不同的特征,属于沁水盆地南部的深部煤层气;但研究区又不具备典型的深部煤层气具有大量游离气的特征,因此研究区具有自己独特的特征,笔者将其定义为中深层煤层气。整体来看,针对中深层煤层气井的增产措施研究较少,仅徐凤银等对深部煤层气井缝网压裂进行了研究;姚红生等提出了深部煤层气“有效支撑”理念,并在延川南获得了产量突破。笔者以中深层煤层气直井措施增产为目标,分析了沁水盆地南部中深层煤层气直井低产主控因素并创新形成了“充填预堵+大规模压裂+远端支撑”增产技术,实现了中深层煤层直井有效增产。
摘要
 ABSTRACT

为提高沁水盆地郑庄区块中北部煤层气直井产量,基于研究区评价井地应力测试资料、压裂裂缝监测资料,分析了研究区直井增产效果差的原因,提出了针对性增产技术,开展了现场对比试验,并对结果进行了分析。

结果表明郑庄中北部直井产量低、措施增产效果差的主因为:① 研究区以垂直裂缝为主、压裂缝长较短,且随着埋深增加,相同压裂规模形成的裂缝尺寸减小;② 随着埋深增加,支撑剂嵌入深度增加,裂缝闭合加快,导致稳产时间短,产气曲线主体形态为“单峰型”;③ 经初次压裂后煤体结构更加破碎,新裂缝容易进入初次压裂裂缝,造新缝难度增加。针对上述原因,创新提出的充填预堵+大规模压裂+远端支撑增产技术,“充填预堵”即先采用相对较低的排量、砂比、规模充填初次压裂裂缝,然后再进行大规模重复压裂,实现堵老缝、造新缝。“大规模”压裂即大排量、大液量、高砂比压裂,将压裂液量由600~800m3提高至1 300~2 000 m3以上,增加改造体积;将排量由6~8 m3/min提高至10~14 m3/min以上,增加裂缝长度和携砂性能;采用低黏压裂液体系配合低密度支撑剂,将砂比由7%~8%提高至10%~15%以上,提高铺砂强度,降低裂缝闭合程度。“远端支撑”即采用自悬浮支撑剂与大排量相结合,增长支撑剂运移距离,提高支撑裂缝比例。充填预堵+大规模压裂+远端支撑增产技术实施后平均单井日产量达到1 380 m3,比措施前增产1 190 m3,比邻井稳产气量增加近1 000 m3,实现了郑庄中北部中深储层连片低产区直井产量突破。现场对比试验表明:实施“充填预堵”后再进行大规模压裂,平均净施工压力比初次压裂增加了3.3 MPa,形成了新裂缝,比直接进行大规模压裂增量提高1 000 m3。总体上,充填预堵+大规模压裂+远端支撑增产技术关键参数数值越大,增产效果越好。

部分图表






 1    沁水盆地南部郑庄区块构造


 2    郑庄区块地应力状态


 3    中深层煤层气井单峰型生产曲线


 4    水力压裂规模对裂缝关键参数影响


 5    自悬浮支撑剂体积分数与压裂液表观黏度关系


 6    充填预堵+大规模压裂+远端支撑重复压裂井生产曲线


 7    充填预堵+大规模压裂+远端支撑重复压裂井与老井稳产气量对比


 8    充填预堵+大规模压裂+远端支撑重复压力机理与大规

模压裂+远端支撑重复机理示意


 9    充填预堵+大规模+远端支撑重复压裂关键压裂参数与

单井日增产量关系



作者简介


胡秋嘉,男,198288日生,四川乐山人,教授级高级工程师,中石油华北油田山西煤层气分公司党委书记、经理。获省部级科技进步奖励10获国家级企业管理现代化成果奖励1项、省部级企业管理现代化成果奖励12项,授权发明专利18、软件著作权1,制定煤层气行业标准及中石油集团企业标准8项,发表学术论文50余篇,其中SCIEI收录27篇,2020-2022年连续两次荣获“山西省优秀企业家”荣誉称号。


研究方向

煤层气勘探开发


主要成果

首次提出了煤层气“有效层”改造理念,构建了“有效层”地质模型及差异化的改造模式,为煤层气高效储层改造提供了理论及技术支撑;创新建立煤层气储层关键参数动态监测方法,提出高煤阶煤层气井“四要素”气水产出控制理论,创新形成了“变速排采-低恒套压”排采管控模型,大幅提高煤层气井气水产出效率;创新形成煤层气无杆工艺及配套技术系列,行业内首次实现了无杆工艺规模应用;创新提出低效井治理“参数革命、工艺革命、材料革命”理念,形成了高阶煤煤层气低效井治理技术系列,实现单井产量突破;主持建成全国最大煤层气生产基地,纯煤层气产量突破700万方,年产气能力突破25亿方




来源:

胡秋嘉张聪贾慧敏沁水盆地南部郑庄区块中北部煤层气直井增产新技术研究与应用[J]. 煤炭学报202449(3):1518−1529.

  责任编辑:宫在芹
今日专家
亮点论文

创新点①查明了三塘湖−吐哈盆地富油煤层的煤质特征、成煤物质特征、沉积环境以及富油煤的纵向、横向分布规律。三塘湖盆地富油煤主要富集在汉水泉−库木苏凹陷以...

今日企业
  • 神州机械注册资金1亿元,形成了以干法选煤新工艺、新装备研发、选...

主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会

©版权所有2015 煤炭科学研究总院有限公司 地址:北京市朝阳区和平里青年沟东路煤炭大厦 邮编:100013
京ICP备05086979号-16  技术支持:云智互联