宋永芳，廖碧朝，梁順武，鄭春國(guó)，汪 奇，孫春佳

(1.中石化中原石油工程有限公司井下特種作業(yè)公司，河南濮陽(yáng)457164；2.中石化中原油田采油三廠，河南濮陽(yáng)457164)

橋塞射孔分段壓裂工藝在U型煤層氣井
——LG01-H井中的應(yīng)用

宋永芳*1，廖碧朝1，梁順武1，鄭春國(guó)2，汪 奇1，孫春佳1

(1.中石化中原石油工程有限公司井下特種作業(yè)公司，河南濮陽(yáng)457164；2.中石化中原油田采油三廠，河南濮陽(yáng)457164)

LG01井組是一口包括1口排采直井LG01-V和1口水平對(duì)接井LG01-H組成的U型煤層氣井。水平井LG 01-H采用套管完井，通過(guò)在水平段進(jìn)行向下定向射孔和分段壓裂（采用電纜橋塞+射孔聯(lián)作）、優(yōu)化壓裂施工參數(shù)，優(yōu)選壓裂液和支撐劑組合，采取大排量施工來(lái)保證活性水造縫攜砂，成功進(jìn)行了壓裂施工。實(shí)踐證明,可鉆橋塞分段壓裂工藝應(yīng)用于煤層氣水平井具有很高的可行性，對(duì)進(jìn)一步拓展該技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域、推動(dòng)應(yīng)用與發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

煤層氣；U型井；橋塞射孔聯(lián)作；分段壓裂

煤層氣是一種賦存在煤層中以甲烷為主要成分的清潔、高效的非常規(guī)天然氣，但煤層具有低滲、低壓、低飽和度特點(diǎn)[1]，近年來(lái)為增加煤層氣的采氣面積提高采收率，U型井在煤層氣中得到廣泛應(yīng)用。

水平井多級(jí)電纜橋塞+射孔聯(lián)作分段壓裂技術(shù)的主要特點(diǎn)是套管壓裂、多段分簇射孔、可鉆式橋塞（鉆時(shí)小于15min）封隔，近年來(lái)在國(guó)外頁(yè)巖氣藏及致密氣藏開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用。

根據(jù)U型煤層氣井組LG01采用?139.7mm套管完井，我們采用橋塞+射孔聯(lián)作工藝進(jìn)行壓裂分段改造；考慮由于瓜膠凍膠類植物膠壓裂液有殘?jiān)嬖冢瑢?duì)煤層傷害大，選用活性水作為本井壓裂液；根據(jù)水平井?dāng)y砂特征以及煤儲(chǔ)層特征，選用425～850μm、850～1180μm石英砂作為支撐劑，通過(guò)6d時(shí)間，完成了該井橋塞射孔分7段壓裂施工，為該區(qū)塊煤層氣水平井分段壓裂提供了寶貴的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。

1 U型煤層氣井井況

LG01井組是一口U型井，包括1口排采直井LG01-V和1口水平對(duì)接井LG01-H。LG01-H井深1485.96m，水平段長(zhǎng)度為585.96 m，采取?139.7mm套管完井，鉆遇8#煤層頂界。直井LG01-V在8#煤層頂界采用洞穴完井以實(shí)現(xiàn)LG01-H在該處對(duì)接，如圖1所示。

圖1 U型井組示意圖

LG01-H井水平井眼軌跡在垂直距離8煤層頂界以上0.5～1.5m的范圍內(nèi)；擬通過(guò)水平段進(jìn)行向下定向射孔和分段壓裂，實(shí)現(xiàn)水平井眼與8煤層和9煤層的溝通，對(duì)8+9煤層進(jìn)行抽采，在垂直井安裝排采設(shè)備進(jìn)行抽采，實(shí)現(xiàn)U型井組開采煤層氣目的。

2 壓裂設(shè)計(jì)方案

2.1 壓裂方式優(yōu)選

水平井是頁(yè)巖氣藏開發(fā)的關(guān)鍵，水平井分段壓裂工藝是頁(yè)巖氣開發(fā)中的核心技術(shù)[1]，目前，國(guó)內(nèi)外常用于水平井分段壓裂工藝技術(shù)有：水力噴射分段壓裂技術(shù)、多級(jí)滑套封隔器分段壓裂技術(shù)、橋塞射孔聯(lián)作分段壓裂技術(shù)。經(jīng)過(guò)調(diào)研得出水平井橋塞射孔分段壓裂技術(shù)作為一項(xiàng)新興的水平井改造技術(shù)，近年來(lái)在國(guó)外頁(yè)巖氣藏及致密氣藏開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用。該技術(shù)特點(diǎn)是通過(guò)橋塞封隔，進(jìn)行逐段射孔、逐段壓裂，并在壓后用連續(xù)油管帶磨鞋一次鉆除橋塞并排液，可實(shí)現(xiàn)分段級(jí)數(shù)不受限。

根據(jù)LG01-H井的完井特點(diǎn)，選擇采用可鉆橋塞分段壓裂技術(shù)，電纜射孔和座封橋塞聯(lián)作工藝，有效改造目的層。

2.2 壓裂液優(yōu)選

由于煤層氣具有松軟、割理發(fā)育、表面積大、吸附性強(qiáng)、壓力低等與砂巖儲(chǔ)層不同的特點(diǎn)，因此，必須對(duì)煤層壓裂液進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)，綜合考慮各壓裂液體系的施工風(fēng)險(xiǎn)與成本、對(duì)煤層的傷害程度等因素，最終優(yōu)選出適合本區(qū)煤層壓裂改造的壓裂液體系[3]。

目前煤層壓裂常用的幾種壓裂液體系是：活性水壓裂液、胍膠壓裂液、清潔壓裂液、氮?dú)馀菽瓑毫岩旱?。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)得出活性水壓裂液、胍膠壓裂液、清潔壓裂液、氮?dú)馀菽瓑毫岩簩?duì)該區(qū)塊煤巖的傷害結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表1 各液體體系對(duì)煤巖的傷害結(jié)果對(duì)比表

由表1可知：胍膠壓裂液和清潔壓裂液對(duì)煤巖的傷害率很大，不能作為本礦區(qū)煤層壓裂改造的壓裂液，氮?dú)馀菽瓑毫岩汉突钚运畨毫岩簩?duì)煤巖的傷害率較小，但是氮?dú)馀菽瓑毫岩壕哂幸欢ㄊ┕わL(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)成本高，活性水壓裂液成本小，無(wú)殘?jiān)?，?duì)煤層二次傷害小，綜合上述因素，選用活性水作為本井壓裂液，其配方：1% KCl+0.05%殺菌劑。性能指標(biāo)：密度＜1.1g/cm3，防膨率≥85%，表面張力19.3mN/m，界面張力0.8mN/m。

2.3 支撐劑粒徑優(yōu)化

支撐劑是壓裂施工能否順利進(jìn)行和壓后排采效果好壞的關(guān)鍵。支撐劑的類型、粒徑大小及其濃度直接影響著壓后煤層氣的產(chǎn)量[4]。支撐劑的性能是影響支撐裂縫導(dǎo)流能力的重要因素之一。支撐劑粒徑增大則強(qiáng)度降低,對(duì)破碎的敏感性增強(qiáng),在壓裂施工中沉降速度增大,要求的裂縫寬度增加,攜帶的難度增大。粒徑小的細(xì)砂容易引起局部堵塞,降低裂縫的滲透率,泥質(zhì)和粉煤容易運(yùn)移堵塞。所以有必要對(duì)支撐劑的粒徑組合比例進(jìn)行優(yōu)化，借鑒本單位2010～2013年在山西銅川、保德區(qū)塊煤層氣施工經(jīng)驗(yàn)，在泵注初期，采用小粒徑的支撐劑，除了降低濾失還能確保裂縫端部能夠被支撐劑支撐，在泵注末期，采用大粒徑的支撐劑類型，這樣能夠在保證支撐劑濃度的基礎(chǔ)上盡量增加裂縫的導(dǎo)流能力。根據(jù)本井地層情況優(yōu)選中砂（425～850μm）+粗砂（850～1180μm）2種支撐劑組合。

2.4 工藝參數(shù)優(yōu)化

2.4.1 縫長(zhǎng)優(yōu)化

煤層滲透率是裂縫規(guī)模優(yōu)化的重要影響因素，依據(jù)淮北礦區(qū)蘆嶺井田煤層基本條件，模擬不同滲透率條件下的支撐裂縫半長(zhǎng)與壓后產(chǎn)氣量關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 支撐裂縫半長(zhǎng)與壓后產(chǎn)氣量關(guān)系圖

從模擬結(jié)果來(lái)看，總體上氣產(chǎn)量隨人工裂縫半長(zhǎng)的增加而增大，但隨著人工裂縫半長(zhǎng)的增加，產(chǎn)量增加的幅度逐漸變小。因此，綜合考慮煤層實(shí)際特點(diǎn)、壓裂施工風(fēng)險(xiǎn)及投入產(chǎn)出情況，優(yōu)化裂縫半長(zhǎng)為100～120m。

2.4.2 施工參數(shù)優(yōu)化

（1）砂比：由于U型井組區(qū)塊煤層硬度較大，機(jī)械強(qiáng)度較高，低砂比對(duì)支撐劑嵌入現(xiàn)象影響相對(duì)較小。同時(shí)考慮到活性水的攜砂能力差、水平井加砂風(fēng)險(xiǎn)大，確定平均砂比為13%，加砂強(qiáng)度基本控制在7～8m3/m。

（2）排量：為了減小活性水相對(duì)濾失量，提高攜砂能力，降低多裂縫形態(tài)對(duì)一次成功率的影響，降低砂堵及沉砂風(fēng)險(xiǎn)，施工排量提至10m3/min。

（3）加砂梯度：壓裂施工設(shè)計(jì)原則采用由低到高分6～8個(gè)階梯進(jìn)行加砂，前置階段采取段塞打磨措施，能有效處理近井裂縫彎曲，逐步降低壓力；在攜砂階段根據(jù)壓力變化，適時(shí)采用段塞式加砂有利于清理水平段沉砂、降低砂堵和泵送橋塞困難的風(fēng)險(xiǎn)。

3 壓裂現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2014年8月31日～9月5日，對(duì)LG01-H井進(jìn)行橋塞射孔聯(lián)作分7段壓裂施工，共注入總液量6821.5m3，其中壓裂用液6627m3，泵送橋塞用液194.5m3；共加入總砂量542.5m3，其中425～850μm石英砂464.1m3；850～1180μm石英砂77.2m3，施工最高泵壓27MPa，最大排量10.0m3/min。加砂施工時(shí)，應(yīng)用“前置液砂段塞”技術(shù)，解決了水平井定向射孔造成較高彎曲摩阻的問(wèn)題，根據(jù)壓力情況應(yīng)用“中頂液”措施能有效處理較高砂比進(jìn)入后裂縫和井筒內(nèi)脫砂的現(xiàn)象，保證成功造縫的同時(shí)不堵塞縫口，同時(shí)減少橋塞泵送困難，為壓裂施工成功提供了有力保障（施工曲線見(jiàn)圖3）。

圖3 LG01-H井分段壓裂施工曲線

4 結(jié)論

橋塞射孔聯(lián)作分段壓裂在LG01-H井的成功實(shí)施為開發(fā)該區(qū)塊煤層氣儲(chǔ)層改造提供了一種技術(shù)思路，表明可鉆橋塞分段壓裂工藝應(yīng)用于煤層氣水平井具有很高的可行性，對(duì)進(jìn)一步拓展該技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域、推動(dòng)應(yīng)用與發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[1]許春花，趙冠軍，龍勝舉，等.提高煤層氣采收率技術(shù)分析[J].中國(guó)石油勘探，20l0(3)：51-54.

[2]柳慧，侯吉瑞，等.減阻水及其添加劑的研究進(jìn)展及展望[J].廣州化工，20l1，6(2)：25-26.

[3]李亭.煤層氣壓裂液研究及展望[J].天然氣勘探與開發(fā)，20l3（01）：18-20.

[4]劉新生，張宏，等.壓裂支撐劑選擇技術(shù)探討[C]//國(guó)際壓裂酸化大會(huì)論文集，2010，08:42-43.

TE357.1

B

1004-5716(2015)12-0041-03

2014-12-24

2014-12-31

宋永芳（1980-），女（漢族），湖北天門人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事油氣井增產(chǎn)方面的工作。