煤層氣井水力壓裂技術.ppt

1、a,1,煤層氣井水力壓裂技術,a,2,內(nèi) 容 一、煤層特征及壓裂的特點 二、煤層水力壓裂工藝技術 1、施工參數(shù) 2、壓裂材料 3、裂縫診斷 4、壓后管理 三、影響煤層壓裂效果的因素,a,3,一、煤層特征及壓裂的特點,a,4,1、煤巖的結構煤層氣儲存方式,一、煤層特征及壓裂的特點,a,5,2、煤巖特性-煤層有較低的楊氏模量和高的波松比,一、煤層特征及壓裂的特點,a,6,楊氏模量低：煤巖的楊氏模量在11358800MPa之間，為常規(guī) 砂巖的1/51/10；動態(tài)楊氏模量約為靜態(tài)楊氏模 量的 2倍左右。 巖石強度低：抗壓強度19.5119MPa，大部分4060MPa，抗 張強度0.062.34MPa，

2、明顯低于砂巖強度； 泊 松 比 高：泊松比在0.180.42之間，平均為0.33，高于砂巖； 壓縮系數(shù)大：體積壓縮系數(shù)1.8010-4 20210-3MPa，孔隙 壓縮系數(shù)為0.12-0.96,煤巖力學特征參數(shù),一、煤層特征及壓裂的特點,a,7,煤巖的力學性質與煤階有較大的關系，一般來說，隨煤階的增高，楊氏模量增加，彈性明顯。低煤階在埋藏較深的條件下顯出有較大的彈性特征，而埋深淺的則塑性明顯。 測試結果表明：煤巖煤階和埋藏深度是使楊氏模量增加的主要原因，體現(xiàn)了煤層內(nèi)部結構的變化和壓縮性,3、煤巖力學特征,一、煤層特征及壓裂的特點,a,8,4、容易形成較寬的裂縫,在水力壓裂的數(shù)學模型中，介質材料

3、在外力作用下形成裂縫的寬度與楊氏模量成反比，即WF=f(1/E)。由于煤巖楊氏模量要比普通砂巖低（一般3-10倍），因此煤層壓裂裂縫寬度在10mm左右甚至更寬,一、煤層特征及壓裂的特點,a,9,5、裂縫可能很復雜,一、煤層特征及壓裂的特點,a,10,6、近井地帶更容易發(fā)生復雜裂縫,一、煤層特征及壓裂的特點,a,11,7、 裂縫形狀與煤層埋深關系,煤層埋藏越淺其裂隙擴展受應力影響越小,一、煤層特征及壓裂的特點,a,12,8、較大的動態(tài)濾失,一、煤層特征及壓裂的特點,a,13,9、要求加大施工規(guī)模,一、煤層特征及壓裂的特點,與美國的大部分煤層氣開發(fā)地區(qū)相比， 我國含煤地區(qū)煤層原始滲透率處于較低的范

4、圍，因此增產(chǎn)措施是提高單井產(chǎn)量的主要手段,a,14,加大規(guī)模（排量，砂量，液量等）的目的針對滿足煤層低滲，復雜的水力裂縫和較大的液體濾失特點。 施工排量：4.56 m3/min（凍膠） 510 m3/min（水） 加砂強度：5-9 m3/m,a,15,10、支撐劑嵌入影響裂縫導流能力,一、煤層特征及壓裂的特點,a,16,11、煤層對壓裂液的吸附性污染,一、煤層特征及壓裂的特點,a,17,12、煤粉的影響 煤粉是煤巖在受到外力作用時從表面脫落下來的微小顆粒，由于比重較輕，多在壓裂液的沖刷下“走”在裂縫端部形成局部（或短時間）堵塞，是裂縫內(nèi)壓力瞬間增加迫使裂縫“改道”。同時裂縫堵塞可使裂縫靜壓力（

5、或地面泵壓）增加,一、煤層特征及壓裂的特點,a,18,13、煤層壓裂壓力高,二、煤層特征及壓裂的特點,a,19,14、煤層的非均質性,二、煤層特征及壓裂的特點,煤層的非均質反映在縱向和橫向上。 縱向上主要是煤層在沉積演化的過程中及受地質構造的影響造成煤質、含氣量、割理發(fā)育程度等方面的差異。 橫向上的非均質主要在平面上由于構造影響反映出裂隙的發(fā)育程度、壓力、含水、游離氣的不同，進而顯示相鄰井的出氣產(chǎn)水有較大的區(qū)別,a,20,15、降低施工成本,二、煤層壓裂的特點,煤層氣井產(chǎn)量低是目前國內(nèi)已開發(fā)氣田的普遍規(guī)律和 特點，因此在降低壓裂施工費用上考慮的問題有： （1） 設備費用 設備：立式砂罐，軟體液

6、罐 （2）材料費用 壓裂液：減少添加劑種類和用量 支撐劑：滿足低閉合應力的要求 （3）優(yōu)選測試手段（在需要的時候） （4）集中施工（條件具備,a,21,二、煤層水力壓裂工藝技術,a,22,二、煤層水力壓裂工藝技術,1、施工參數(shù)-排量,煤層氣井的施工排量 確定由階梯注入的方法確定并結合一下方面： （1）注入方式 （油管，套管，環(huán)空，油套，井下工具） （2）煤階及煤層地質（滲透率） （3）煤層厚度 （厚煤層容易形成復雜裂縫） （4）設備能力與地面環(huán)境 （5）實踐經(jīng)驗（可結合理論模擬，W f(Q),a,23,A.利用測試壓裂求出液體效率 B.利用下圖查出前置液百分比并計算前置液量,1、施工參數(shù)-前置

7、液量,二、煤層水力壓裂工藝技術,影響前置液量的確定的因素很多，煤層多裂縫發(fā)育、裂縫上下延伸和動態(tài)濾失是主要因素。因此，該量的確定要結合煤層地質特征、利用的計算軟件并結合現(xiàn)場實際施工效果，是一理論和實踐相結合的產(chǎn)物,a,24,1、施工參數(shù)-攜砂液量和頂替液量,1）攜砂液量在砂量（有時地質要求）確定后根據(jù)平均砂比計算?；蛘呓o定改造范圍, 通過軟件模擬計算得出。 （2）頂替液量根據(jù)進液管柱結構考慮地面管線后計算得出。 （注：上述內(nèi)容與普通油氣田水力壓裂基本相同，同時應該指出，合理的加砂程序非常重要，也是施工成功的關鍵,二、煤層水力壓裂工藝技術,a,25,1、施工參數(shù)-加砂量和砂比確定,1）地質設計提

8、出砂量要求（具有經(jīng)驗性和指令性）。 對于探井應以盡量提高加砂量為原則，以充分發(fā)揮 壓裂改造的作用。 （2）完全通過地質、井網(wǎng)結構，裂縫方位，液體性質 及設備狀況等利用軟件計算得出。適用于生產(chǎn)井 或已形成井組的井。一旦形成規(guī)律模式即可簡化 這種計算. （3）平均砂比與使用液體性能有關，對于目前高煤階 煤層的壓裂施工,水的砂比13-15%，凍膠25,二、煤層水力壓裂工藝技術,a,26,A、據(jù)了解，目前暫無針對煤層壓裂的專用裂縫模擬軟件。 B、正確客觀評價軟件的作用。是一個重要的參考依據(jù)。 C、軟件操作和計算結果的參考價值來源于： 輸入?yún)?shù)的準確性 扎實的專業(yè)知識 豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗,對軟件使用的認識,

9、二、煤層水力壓裂工藝技術,a,27,二、煤層水力壓裂工藝技術,2、壓裂材料,壓裂施工中直接與煤層接觸的就是壓裂液和支撐劑，而更廣泛的是壓裂液。 如果液體進入對煤層裂縫造成傷害（吸附性傷害和堵塞性傷害），將使得裂縫導流能力降低，不但影響煤層排水降壓，還會影響煤層吸附氣的解吸。 支撐劑是保證裂縫有較長期限的導流能力的固體顆粒，由于煤層的特殊性，支撐劑同樣需要優(yōu)選。 因此，壓裂材料的優(yōu)化在煤層壓裂技術中占有非常重要的位置,a,28,2、壓裂材料-壓裂液 概念：施工中進入地層的液體統(tǒng)稱壓裂液，一般分為前置液，攜砂液，頂替液,二、煤層水力壓裂工藝技術,a,29,二、煤層水力壓裂工藝技術,煤層壓裂液體的種

10、類： 清水壓裂液（河（井）水，煤層排出水） 活性水壓裂液（加活性劑） 凍膠（凝膠）壓裂液 線性膠壓裂液（未加交聯(lián)劑） 泡沫（N2、CO2）壓裂液 CO2壓裂液 清潔壓裂液,2、壓裂材料-壓裂液,a,30,液體類型的優(yōu)缺點,二、煤層水力壓裂工藝技術,2、壓裂材料-壓裂液,a,31,二、煤層水力壓裂工藝技術,2、壓裂材料-壓裂液,液體評價實驗,a,32,二、煤層水力壓裂工藝技術,煤層傷害評價,2、壓裂材料-壓裂液,煤層液體使用材料及液體綜合評價： 配置煤層壓裂液體的材料評價和液體配方整體評價與常規(guī)油氣田標準和程序相同，而且目前也沒有針對煤層使用的專項標準。這里不再敘述,a,33,a,34,啟示1、

11、一個新區(qū)或煤階不同的煤階煤層，甚至包括埋深或沉積時代的差別都會對煤層特征造成影響。采取壓裂時液體材料選擇一定要經(jīng)過室內(nèi)評價優(yōu)化后使用。 啟示2、盡量少加或不加添加劑，特別是有機物添加劑。以減少煤巖層表面的吸附性傷害,問題：現(xiàn)場使用什么類型的液體最好,a,35,二、煤層水力壓裂工藝技術,2、壓裂材料-壓裂液,壓裂液的使用,結合目前國內(nèi)使用情況，應該加強不同類型的液體實驗，“因地制宜”優(yōu)選壓裂液,a,36,目前煤層壓裂液的使用中只能做到好中選優(yōu),期望關于煤層氣壓裂液標準的盡早出臺,二、煤層水力壓裂工藝技術,2、壓裂材料-壓裂液,標準,a,37,液體的質量控制,二、煤層水力壓裂工藝技術,2、壓裂材料

12、-壓裂液,a,38,a,39,a,40,二、煤層水力壓裂工藝技術,2、壓裂材料-支撐劑,根據(jù)實驗結果，提高砂濃度（砂比）有利于提高施工效果,a,41,由于煤巖的割理裂隙系統(tǒng)發(fā)育，楊氏模量低等特點，容易形成復雜的多裂縫，長期以來人們采取多種方法來加強對水力裂縫的認識，概括有以下幾種： 煤礦巷道挖掘，地層傾斜儀，井下微地震，地面電位，注入試井，示蹤劑測井，井溫測井等。 另外還有井下CT、施工壓力及壓降分析、地面微地震等。壓裂裂縫的診斷對煤層水力壓裂工藝技術的提高是非常必要的,3、裂縫診斷技術,二、煤層水力壓裂工藝技術,a,42,煤礦巷道挖掘 顯然，這是一個最直接、最準確反映裂縫性質的方法。但是這種

13、方法可能因各種因素的制約而推廣受限。 該方法要求在壓裂液和支撐劑中加入熒光劑或能明顯在地下觀察到的物質，在壓裂施工后較短時間內(nèi)，通過煤礦開挖的機會進行煤層實地觀察描述,3、裂縫診斷技術,二、煤層水力壓裂工藝技術,a,43,據(jù)了解晉城寺河礦進行了類似的挖掘工作，初步證實裂縫為北東方向，縫長50-70米，寬度80-100毫米（井口處）。但目前未看到報道和資料,國內(nèi)資料 地點：湖南白沙里王廟。井深:164米，煤層厚度：12米，壓裂液：清水，排量0.6-0.8方/分，加砂量：7.7方，累計注液量：108方，最高壓力10MPa. 挖掘情況：煤層壓開三條縫，其中一條裂縫長度23米，寬度2-7厘米，高度0.

14、6-1.8米，稍向下延伸（下圖），另外兩條對稱未進行跟蹤觀察（上圖,a,44,地面電位 地面電位測試方法是 利用煤層壓裂前后地層流 體導電性能的差異來判斷 裂縫延伸的方向和距離的， 這是目前比較經(jīng)濟的測試 方法,3、裂縫診斷技術,二、煤層水力壓裂工藝技術,a,45,井溫測井 利用井溫測井對煤層進行煤層水力壓裂裂縫高度診斷最好要有微差曲線,示蹤劑測井 該方法是利用放射物質存在裂縫中通過測井方法判斷裂縫存在位置。有些人認為采用同位素示蹤測井方法能彌補由于井溫解釋不明確的缺陷，其實這種方法仍然存在一定缺點。關鍵的地方是我們怎么能夠恰到好處的把這些示蹤劑放到裂縫口的位置,3、裂縫診斷技術,二、煤層水力

15、壓裂工藝技術,a,46,地層傾斜儀 測試相對準確，但施工復雜，價格較高。 井下微地震 相對于地面微地震測試解釋結果可靠一些，但對 煤層仍有需要探討的地方。 注入試井 可以利用，但解釋結果受輸入?yún)?shù)影響較大,二、煤層水力壓裂工藝技術,3、裂縫診斷技術,a,47,二、煤層水力壓裂工藝技術,3、裂縫診斷技術-施工曲線定性分析,a,48,美國勇士盆地格拉弗1井壓力監(jiān)測曲線解釋： （LogPe-Logt 曲線） 曲線斜率：1：4 示為裂縫正常延伸； 曲線斜率： 0 示為水平裂縫發(fā)育 或天然裂縫出現(xiàn)； 曲線斜率：1：1 示為脫砂,動態(tài)濾失,a,49,二、煤層水力壓裂工藝技術,3、裂縫診斷技術-應力剖面,a

16、,50,二、煤層水力壓裂工藝技術,4、壓后管理-做好評估工作,壓裂效果的好壞是煤層地質、施工工藝、壓后生產(chǎn)管理相結合的產(chǎn)物。儲層物性與施工參數(shù)的匹配，裂縫的幾何尺寸與形狀等均直接影響壓裂效果。 評估技術是利用一套科學手段和方法，對施工質量、參數(shù)和效果是否達到設計方案要求進行檢驗，通過壓裂效果動態(tài)資料的跟蹤分析和裂縫診斷擬合，使優(yōu)化設計轉化為優(yōu)化施工。進而大幅度提高施工成功率和經(jīng)濟效益。形成對該地區(qū)煤層壓裂優(yōu)化的原則和效果評估方法,a,51,材料的使用與現(xiàn)場質量監(jiān)督 煤層壓裂裂縫實時監(jiān)測技術評價 煤層壓裂施工曲線擬合 裂縫形態(tài)與施工參數(shù)和施工動態(tài)相應關系 壓后生產(chǎn)動態(tài)分析擬合與設計預測的程度,影

17、響因素 (6) 通過壓后效果分析,對煤儲層綜合評價及再認識 (7) 施工中存在的問題和經(jīng)驗,二、煤層水力壓裂工藝技術,4、壓后管理-評估內(nèi)容,a,52,1、壓力釋放返排階段 確定合理的開井排液時間; 控制返排速度, 避免吐砂、裂縫急劇 閉合。 2、液體返排階段 控制返排速度,平穩(wěn)連續(xù)盡快使壓裂液體排出煤層，強化計量分 析。確認壓裂液返排率。 3、排水降壓階段 防止煤粉運移堵塞滲流通道及對抽排設備的影響。注意在臨界解 吸壓力附近的液面控制。 4、氣體解吸采出階段 建議在氣體產(chǎn)出2-3年內(nèi)不要把液面降到煤層以下，保持一定的 井底壓力會減少應力差造成的裂縫導流能力下降,4、壓后管理-管理措施,二、煤

18、層水力壓裂工藝技術,a,53,三、影響煤層壓裂效果的因素,a,54,高產(chǎn)煤層氣井具備的條件： （1）煤層氣的富集區(qū) （2）能夠建立起面積降壓的環(huán)境 （3）煤巖吸附特征有利于煤層氣的產(chǎn)出 （4）增產(chǎn)措施與煤層特性匹配 （5）有一套科學的管理措施,三、影響煤層壓裂效果的因素,a,55,一）含氣量和飽和度,煤層含氣量是煤層氣開發(fā)的基礎，不同煤階，不同構造背景將影響吸附氣的含量，因此，尋找富集區(qū)一直是煤層地質研究的重要內(nèi)容，也是壓后獲得高產(chǎn)量的基礎,三、影響煤層壓裂效果的因素,a,56,三、影響煤層壓裂效果的因素,一）含氣量和飽和度,a,57,三、影響煤層壓裂效果的因素,二）滲透率,a,58,三、影響

19、煤層壓裂效果的因素,滲透率的應力敏感性,a,59,三、影響煤層壓裂效果的因素,滲透率在煤層氣開發(fā)過程中變化,a,60,三）吸附曲線對煤層氣產(chǎn)量的影響,三、影響煤層壓裂效果的因素,臨界壓力,枯竭壓力,a,61,壓力飽和度（臨界解吸壓力/原始地層壓力）越小，煤層氣開發(fā)難度越大，一般在0.6以上為好,三）吸附曲線-壓力飽和度的影響,三、影響煤層壓裂效果的因素,a,62,三、影響煤層壓裂效果的因素,四）解吸附時間及對產(chǎn)量的影響,解吸附時間反映了煤巖本身的透氣性。在我國的山西晉城和河南焦作，同是無煙煤，但焦作煤比晉城煤變質成度高（無煙煤號），解吸附時間630天，而晉城是1-5天,a,63,五）煤層的非均質性,室內(nèi)實驗和現(xiàn)場實際工作都表明：煤層的非均質表現(xiàn)在內(nèi)部縱向、橫向平面上，內(nèi)容包括滲透率，孔隙度，割理密度，灰分含量，含氣量，產(chǎn)（水，氣）量等。因此在同樣的施工條件下，其增產(chǎn)效果是不同的，要求措施效果分析一定要結合地質現(xiàn)狀分析,三、影響煤層壓裂效果的因素,a,64,六）增產(chǎn)措施是否成功,三、影響煤層壓裂效果的因素,水力壓裂這個增產(chǎn)措施的目的是： 修好“