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        密切割體積壓裂技術在鄭莊水平井的應用

        2021-10-11 07:06:10
        2021年10期
        關鍵詞:斜軸射孔油管

        郭 琛

        (1.河南理工大學,河南 焦作 454003;2.山西藍焰煤層氣工程研究有限責任公司,山西 晉城 048000)

        鄭莊區(qū)塊地處山西省沁水縣境內(nèi),是沁水盆地南部煤層氣重點開發(fā)區(qū)塊之一。在引入“穿插型”水平井鉆井技術及連續(xù)油管帶底封拖動分段壓裂技術后,鄭莊區(qū)塊煤層氣產(chǎn)量有了質(zhì)的飛躍。在直井產(chǎn)量普遍低于500 m3/d的情況下[1],鄭莊水平井產(chǎn)量最高可以達到直井的數(shù)倍甚至數(shù)十倍[2]。然而在煤層氣開發(fā)過程中,存在部分水平井產(chǎn)量不及預期的情況。這部分井均布置在向斜軸部附近,瓦斯含量較高(>18 m3/t),水平井鉆遇率較高(>90 %),水平段長度較長(>650 m)。但向斜軸部應力更為集中,采用連續(xù)油管帶底封拖動分段壓裂技術的水平井產(chǎn)氣效果并不理想。目前密切割體積壓裂技術已成功應用在國內(nèi)致密油及深層頁巖氣水平井中,它比連續(xù)油管帶底封拖動分段壓裂技術更容易制造復雜縫網(wǎng),且適用于高應力儲層條件下[3-4]。綜上所述,選擇鄭莊區(qū)塊向斜軸部水平井進行密切割體積壓裂技術試驗勢在必行。

        1 鄭莊區(qū)塊概況

        鄭莊區(qū)塊位于沁水復式向斜的軸部南端,晉—獲褶斷帶西部,沁水盆地南緣東西—北東向斷裂帶的北部。受區(qū)域構造控制,鄭莊區(qū)塊總體上呈傾向N—NNE的單斜構造,地層傾角為10°左右。

        鄭莊區(qū)塊主要含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)與石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)。山西組3號煤層發(fā)育穩(wěn)定,太原組15號煤層發(fā)育較穩(wěn)定。3號煤層平均厚度5.4 m,全區(qū)煤厚變化幅度較小,一般在1.8~2.0 m,平均瓦斯含量20.3 m3/t;埋深自南向北逐漸增大,瓦斯含量逐漸增高。15號煤層平均厚度4.4 m,全區(qū)厚度變化幅度較大,一般在2.5~5.4 m,平均瓦斯含量21.1 m3/t,煤層產(chǎn)狀與3號煤層近似。根據(jù)已有的注入/壓降試驗,鄭莊區(qū)塊3號煤層滲透率為0.07 md,15號煤層滲透率為0.18 md,均屬于低滲儲層。3號煤層及15號煤層應力梯度分別為2.21×10-2MPa/m和1.99×10-2MPa/m。目前已投運且穩(wěn)產(chǎn)的56口水平井均勻布置在鄭莊全區(qū),平均產(chǎn)量5 474 m3/d。56口井中包括10口布置在向斜軸部或軸部附近的水平井,它們的平均產(chǎn)量在2 900~3 500 m3/d。

        2 密切割體積壓裂技術

        2.1 基本原理

        鄭莊區(qū)塊水平井主要使用連續(xù)油管帶底封拖動分段壓裂技術。這種技術使用2 000~3 000 m長的連續(xù)油管。每一段壓裂時,連續(xù)油管帶噴槍及底封下入設計井深。在確定底封坐封后,按照0.8 m3/min的排量向連續(xù)油管注入射孔液及射孔砂,借由噴槍形成高壓帶砂流體噴開生產(chǎn)套管及煤層。完成射孔并用清水循環(huán)2~3周后,由環(huán)空按照5.5~7.0 m3/min的排量注入壓裂液及20/40目支撐劑,完成本段壓裂施工。每段壓裂完成封隔器解封后,連續(xù)油管帶壓拖動至下一設計壓裂點,底封重新坐封并重復完成上述施工過程,直至全井壓裂改造完畢。連續(xù)油管帶底封拖動分段壓裂技術在每段壓裂點噴射一簇,一般壓裂段間距70~80 m,如圖1所示。這種技術的優(yōu)點在于制造1條或多條主裂縫的同時,可以在煤層中形成多條微裂縫,更容易使人工裂縫與天然裂縫溝通,增加煤層氣運移通道,從而達到低滲煤層增產(chǎn)改造的目的[5]。密切割體積壓裂技術每一段壓裂時,將射孔槍連同可溶性橋塞一起泵送入指定位置。橋塞坐封后,射孔槍即與橋塞分離,電纜牽引射孔槍至指定位置并射孔,接著通過井控裝置取出槍體,下可溶球至橋塞封堵,然后按照10.0 m3/min排量光套管壓裂。每段壓裂完成后,重復上述過程至全井施工完畢。密切割體積壓裂技術在每段壓裂點射孔3簇,一般壓裂段間距40~50 m,如圖2所示。密切割體積壓裂技術比連續(xù)油管帶底封拖動分段壓裂技術的排量更大,造縫更高、更長[6],并且射孔簇多、間距小,可以有效利用裂縫的誘導應力克服主應力方向差值,使裂縫延展方向偏轉(zhuǎn)并與附近人工或天然裂縫溝通,行成復雜縫網(wǎng)。

        圖1 連續(xù)油管帶底封拖動分段壓裂技術示意

        圖2 密切割體積壓裂技術示意

        2.2 試驗對比井位選擇

        為了對比連續(xù)油管帶底封拖動分段壓裂技術與密切割體積壓裂技術的實用效果,需要選擇兩口水平井。這兩口水平井應該具備以下條件:①布置在向斜軸部附近;②周圍井煤厚、瓦斯含量處于同一水平;③水平段方位、埋深、長度和鉆遇率相近。綜合考慮后,決定選擇Z-L02井及Z-L58井進行對比試驗。Z-L02、Z-L58井均布置在向斜軸部附近,目的層均為3號煤層,帶底板等高線的井位布置圖如圖3、圖4所示。

        為了保證試驗的準確性,需要對Z-L02、Z-L58井水平段3號煤埋深、周圍井瓦斯含量、三開水平段長度、鉆遇率進行對比,具體情況見表1。

        圖3 Z-L02井帶底板等高線的井位布置

        對比可知,Z-L02井平均煤厚5.53 m,Z-L58井平均煤厚5.37 m,煤厚差距??;Z-L58井平均瓦斯含量22.06 m3/t,Z-L02井平均瓦斯含量20.04 m3/t,瓦斯含量差距小;Z-L02井水平段方位為189°,Z-L58井水平段方位為180°,方位基本相同;Z-L58井水平段比Z-L02井深55.75~59.99 m,3號煤層應力比Z-L02井高1.23~1.32 MPa,應力差?。籞-L58井可用水平段長度658.62 m,Z-L02井可用水平段長度662.27 m,3號煤層有效解吸面積相差較小。綜上所述,Z-L02井與Z-L58井地質(zhì)條件近似,可以用于對比試驗。選擇Z-L02井使用連續(xù)油管帶底封拖動分段壓裂技術,選擇Z-L58井使用密切割體積壓裂技術,產(chǎn)氣后對壓裂技術效果進行對比。

        2.3 壓裂施工參數(shù)設計

        首先對Z-L02井及Z-L58井鉆井情況進行綜合分析,優(yōu)選壓裂點位。壓裂點位選擇應滿足以下5個條件:①避開非煤段,即避免選擇巖屑為非煤的地方;②避開套管節(jié)箍,因為射孔破壞節(jié)箍可能導致生產(chǎn)套管脫節(jié),發(fā)生形變;③選擇氣測值相對較高位置,說明此處瓦斯解吸量高,高產(chǎn)潛力大;④選擇鉆時較低位置,因為鉆頭在煤層中鉆進較快,在巖層或夾矸中鉆進較慢;⑤選擇隨鉆伽瑪較低位置,因為隨鉆伽瑪在煤層中顯示較低,在頂、底板及夾矸中顯示較高。Z-L02井、Z-L58井綜合剖面圖見圖5、圖6。

        圖4 Z-L58井帶底板等高線的井位布置

        表1 Z-L02、Z-L58井其他條件對比

        圖5 Z-L02井綜合剖面

        圖6 Z-L58井綜合剖面

        Z-L02井使用連續(xù)油管帶底封拖動分段壓裂技術,Z-L58井使用密切割體積壓裂技術,根據(jù)Z-L02井及Z-L58井綜合剖面圖,壓裂設計施工參數(shù)見表2、表3。

        2.4 試驗效果評價

        Z-L02井于2020年7月18日順利完成壓裂施工,加砂率達到100%,投產(chǎn)后最高產(chǎn)量6 000 m3/d,平均2 946 m3/d,排采生產(chǎn)曲線見圖7。Z-L58井于2020年9月14日順利完成壓裂施工,加沙率達到100%,投產(chǎn)后最高產(chǎn)量8 592 m3/d,平均4 798 m3/d,排采生產(chǎn)曲線見圖8。Z-L02與Z-L58井均選擇螺桿泵作為排采設備,并按照排水降壓、初見套壓、開始并氣、產(chǎn)量上升、穩(wěn)定產(chǎn)氣這五個階段進行同水平排采。將Z-L02與Z-L58井生產(chǎn)數(shù)據(jù)對比結果表明,密切割體積壓裂技術在鄭莊區(qū)塊向斜軸部水平井試驗效果好,達到連續(xù)油管帶底封拖動分段壓裂技術開發(fā)井平均產(chǎn)量的1.6倍。

        表2 Z-L02井壓裂設計施工參數(shù)

        表3 Z-L58井壓裂設計施工參數(shù)

        圖7 Z-L02井排采生產(chǎn)曲線

        3 結 語

        1) 鄭莊區(qū)塊向斜軸部水平井使用連續(xù)油管帶底封拖動分段壓裂技術開發(fā),產(chǎn)氣量比其他區(qū)域水平井低。

        圖8 Z-L58井排采生產(chǎn)曲線

        2) 將致密油、深層頁巖氣中的密切割體積壓裂技術引入鄭莊區(qū)塊煤層氣開發(fā)中。利用其多簇、短間距、大排量的特性在鄭莊區(qū)塊向斜軸部水平井進行試驗,取得了顯著的效果,產(chǎn)量是采用連續(xù)油管帶底封拖動分段壓裂技術開發(fā)井的1.6倍,推廣應用潛力巨大。

        3) 需要對密切割體積壓裂技術的簇間距及壓裂段間距進一步優(yōu)化,以期達到更好的增產(chǎn)效果。

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