煤層壓裂技術(shù)(介紹)課件

1、 煤層壓裂技術(shù)二一年八月匯 報 提 綱一、概要二、煤層基本認識三、壓裂工藝技術(shù)四、壓裂實施效果及分析五、結(jié)論1.1 主要勘探、開發(fā)區(qū) 一 概要三交準格爾大寧-吉縣韓城 基本探明區(qū)自營礦權(quán)中石油油氣礦權(quán)對外合作其他公司礦權(quán)保德位于鄂爾多斯盆地東緣，包括韓城、大寧-吉縣、三交、保德和準格爾五個區(qū)塊。1.2 壓裂工作量統(tǒng)計 一 概要 2009年至2010年7月17日，中石油煤層氣公司在韓城、三交、大寧吉縣區(qū)塊共進行了220口井,463層的壓裂施工。目前主要的勘探、開發(fā)區(qū)塊是韓城。匯 報 提 綱一、概要二、煤層基本認識三、壓裂工藝技術(shù)四、壓裂實施效果及分析五、結(jié)論 2.1 韓城區(qū)塊基本地質(zhì)特征 二 煤

2、層基本認識埋深(m)厚度(m)滲透率(10-3m)解吸壓力(MPa)含氣量(m3/t)3#350-8002.000.10-1.001.3010.865#380-9002.500.10-1.001.4810.7011#420-10006.000.10-1.002.5010.80 韓城區(qū)塊主要發(fā)育3#、5#和11#煤層，其主要特征如下： 2.2 煤層氣壓裂巖心實驗-煤樣化驗分析韓城區(qū)塊煤樣化驗結(jié)果 二 煤層基本認識韓城區(qū)塊煤層埋藏較淺，滲透率較低，含氣量較高，經(jīng)壓裂后能獲得較好的產(chǎn)氣量，有利于煤層氣的勘探開發(fā)巖石種類彈性模量MPa泊松比范圍平均值多孔、松散至微膠結(jié)3500-1040070000.2

3、-0.3中等硬度13800-27600270000.17堅硬致密34600-52300435000.152.2 煤層氣壓裂巖心實驗-煤樣巖石力學參數(shù)檢測區(qū)塊參數(shù)名稱數(shù)據(jù)單位備注韓城區(qū)塊泊 松 比0.19 (無因次)5號煤樣彈性模量7608.39 (MPa)泊 松 比0.24 (無因次)3號煤樣彈性模量9755.42 (MPa)三交區(qū)塊泊 松 比0.24 (無因次)5號煤樣彈性模量2289.10 (MPa)保德區(qū)塊泊 松 比0.31 (無因次)8號煤樣彈性模量2333.90 (MPa)泊 松 比0.39 (無因次)13號樣彈性模量1317.40 (MPa)大寧-吉縣泊 松 比0.23 (無因次)

4、5號煤樣彈性模量20616.80 (MPa)從煤樣巖石力學實驗看出：所有區(qū)塊煤層都偏向于多孔、松散至弱膠結(jié)狀態(tài) 二 煤層基本認識不利于人工裂縫形成，且壓裂過程易產(chǎn)生煤粉。典型伊利石原煤電鏡含煤沉積盆地高嶺石、伊利石、綠泥石、蒙皂石、蒙/伊混層、鈉板石、葉蠟石 華北石炭 二疊系電鏡掃描結(jié)果，煤的微觀狀態(tài)為層狀結(jié)構(gòu)，非煤體部分主要為礦物質(zhì)且含量較少，且水敏性物質(zhì)少，水敏性不強。原煤電鏡2.2 煤層氣壓裂巖心實驗-煤樣電鏡掃描 二 煤層基本認識吸水20%潤濕性：一般認為煤芯吸水量占孔隙體積的20%是親水性，從天然煤芯自吸自排實驗結(jié)果分析，判斷煤層為中性即非親水性質(zhì)，水鎖傷害不強水中表活劑及無機鹽濃度

5、的增加，進入煤層的水就越容易被吸附，從而改變了煤層的潤濕性，增加了水鎖傷害。所以煤層壓裂液在滿足防膨要求的基礎上，盡量減少表面活性劑和無機鹽的用量。2.2 煤層氣壓裂巖心實驗-煤樣潤濕性實驗 二 煤層基本認識2.2 煤層氣壓裂巖心實驗-壓敏實驗 通過對韓城、保德、三交及大寧-吉縣區(qū)塊煤巖的壓敏實驗表明：這些區(qū)塊煤比較易于壓縮，且壓后滲透率不能完全恢復，壓敏傷害較大。故壓裂過程應避免凈壓力的突然上升，減小壓敏傷害。 二 煤層基本認識煤層煤樣應力敏感曲線0.050.000.100.150.200.2503691215 針對韓城區(qū)塊施工的65口井，82層測井解釋資料進行統(tǒng)計分析表明：不同煤層之間在密

6、度、聲波及滲透性方面差異明顯韓城區(qū)塊3#、5#、11#測井解釋平均值統(tǒng)計表2.3 煤層測井資料 二 煤層基本認識 2.4 煤層壓裂施工曲線分析 通過對鄰井壓裂施工數(shù)據(jù)分析得出：同一井組，同一層號的煤層地質(zhì)參數(shù)差異較大，非均質(zhì)性強 二 煤層基本認識本 章 小 結(jié) 二 煤層基本認識煤巖以中高階煤為主，面、端割理較發(fā)育煤巖多孔松散、膠結(jié)程度較弱，低水敏煤層為非親水性質(zhì)壓敏性較強區(qū)塊內(nèi)煤層在剖面及平面上地質(zhì)參數(shù)差異較大 匯 報 提 綱一、概要二、煤層基本認識三、壓裂工藝技術(shù)四、壓裂實施效果及分析五、結(jié)論煤層壓裂技術(shù) 三 壓裂工藝技術(shù)煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)壓前施工壓力預測技術(shù)壓裂液技術(shù)支撐劑技術(shù)煤層壓裂優(yōu)

7、化設計技術(shù)特殊高壓井處理技術(shù)特殊分層壓裂技術(shù)防煤粉壓裂工藝技術(shù)通過對煤層的認識，以及大量的壓裂工藝試驗，形成以“大液量、大排量、低傷害”為特色，以“安全、科學、低成本”為理念的8項壓裂配套工藝技術(shù) 3.1 煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)主要目的：了解人工裂縫的形態(tài)、方向、大小，以利于提高壓裂效果主要技術(shù)：利用測井資料判斷裂縫形態(tài)、利用施工數(shù)據(jù)分析進行凈壓力處理、采用雙對數(shù)法獲得裂縫形態(tài)、利用縫網(wǎng)壓裂設計軟件模擬裂縫形態(tài)及大小、利用微地震監(jiān)測獲取裂縫方向及大小、利用測斜儀判斷裂縫的形態(tài)和方向。 三 壓裂工藝技術(shù) 資料處理:利用韓城區(qū)塊18口井、共33層的聲波測井資料，分析解釋了各井巖石力學參數(shù)，并依據(jù)三向

8、應力的相對大小關系，分析了其裂縫形態(tài) 判斷方法：比較三向應力相對大小關系，如果垂向應力小于水平最小應力，裂縫的形態(tài)就是水平縫，反之為垂直縫3.1 煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)-測井資料處理方法 三 壓裂工藝技術(shù) 應用:韓城區(qū)塊18口井、共33層，11#，5#，3#的層數(shù)分別為10，10，13層。3#和11#以水平縫為主，而5#則以垂直縫為主3.1 煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)-測井資料處理方法 三 壓裂工藝技術(shù)分析方法:引用了傳統(tǒng)壓裂裂縫模型的分析方法，建立標準模板3.1 煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)-施工數(shù)據(jù)方法 三 壓裂工藝技術(shù) 實例分析：韓33100井3#煤層，韓3056井5#煤層3.1 煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)-

9、施工數(shù)據(jù)方法 三 壓裂工藝技術(shù) 韓城區(qū)塊應用：對選取的34口井、59層的壓裂施工資料進行解釋，3#和11#也是以水平縫為主，5#則以垂直縫為主3.1 煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)-施工數(shù)據(jù)方法 三 壓裂工藝技術(shù) 軟件功能: Meyer2009軟件中的MFrac模塊具有縫網(wǎng)裂縫的壓裂模擬功能，我們利用該軟件對煤層裂縫進行模擬，得到比較直觀形象及量化的煤層裂縫形態(tài)3.1 煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)-縫網(wǎng)壓裂設計軟件韓試19井5#煤層模擬裂縫形態(tài)及幾何尺寸 三 壓裂工藝技術(shù) 人工裂縫中既有沿“面割理”張開的大量互相平行的水平縫，又有沿“端割理”發(fā)育的互相垂直的且較短的垂直縫?？傮w上看煤層壓裂形成的是“端割理”與“

10、面割理”縱橫交錯形成的“縫網(wǎng)型”的裂縫3.1 煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)-縫網(wǎng)壓裂設計軟件 三 壓裂工藝技術(shù) 對于壓裂主裂縫的空間位置分布分析：裂縫位于自井口東南象限。主裂縫總走向為NE40度，細查有正北、東西、北東等共軛裂縫分布組成。主裂縫長度為近300m。垂向高度大致限制在煤層及附近 (WL2-018向1井11#) 三 壓裂工藝技術(shù)3.1 煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)-地面微地震監(jiān)測與處理技術(shù) 對于壓裂主裂縫的空間位置分布分析：主裂縫位于壓裂段西南部。主裂縫總走向為NE30度。主裂縫長度為180m。垂向大致在煤層及附近（韓3-5-086井11#） 三 壓裂工藝技術(shù)3.1 煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)-地面微地震

11、監(jiān)測與處理技術(shù) 對于壓裂主裂縫的空間位置分布分析：主裂縫位于井口東南象限。主裂縫總走向NE45度。主裂縫長度為210m。其垂向高度應當限制在煤層及附近。無明顯裂縫（合試5井11#） 三 壓裂工藝技術(shù)3.1 煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)-地面微地震監(jiān)測與處理技術(shù) 3.1 煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)-測斜儀的方法 三 壓裂工藝技術(shù)合試4井地面變形俯視圖合試4井地面變形3D圖合試4井地面變形矢量擬合圖解釋結(jié)果：合試4井5#煤層形成了水平裂縫（矢量擬合圖充分表現(xiàn)了這一特征），水平分量高達95%，垂直分量5%，基本可以忽略，裂縫傾角5.53度。變形范圍小，半徑50米左右，形變信號明顯合試4井儀器記錄曲線之一 3.1

12、煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)-測斜儀的方法 三 壓裂工藝技術(shù)解釋結(jié)果： 韓3-3-039井11#煤層形成裂縫有垂直分量（由于沒有地面測斜儀數(shù)據(jù)，沒法確定水平分量及所占比例），裂縫高度22.5米，裂縫長度96米（裂縫方位按照該區(qū)域地應力場預測結(jié)果，北東57度）變形量圖解釋結(jié)果 3.1 煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)-測斜儀的方法 三 壓裂工藝技術(shù)解釋結(jié)果： 韓3-4-085井11#煤層形成裂縫有垂直分量（由于沒有地面測斜儀數(shù)據(jù)，沒法確定水平分量及所占比例），裂縫高度15.4米，裂縫長度119米（裂縫方位按照該區(qū)域地應力場預測結(jié)果，北東57度）變形量圖解釋結(jié)果 3.1 煤層裂縫形態(tài)判別技術(shù)-小結(jié) 三 壓裂工藝技術(shù)通

13、過五種裂縫識別方法的應用，我們認為：韓城區(qū)塊三套煤層中的人工裂縫形態(tài)復雜，既有水平縫又有垂直縫裂縫方向大致為NE45左右裂縫長度100-300m；裂縫高度較小，一般小于22m 目的：準確預測施工壓力，提高施工成功率3.2 壓前施工壓力預測技術(shù)圖1 難壓韓3-045井圖2 較難壓韓3-046井 三 壓裂工藝技術(shù) 3.2 壓前施工壓力預測技術(shù)方法：利用施工數(shù)據(jù)結(jié)合測井資料，建立了難易系數(shù)方法，在此基礎上形成了施工壓力預測技術(shù) 三 壓裂工藝技術(shù)3.2 壓前施工壓力預測技術(shù)難易系數(shù)1（當擴徑率小于20%）難易系數(shù)2（當擴徑率大于20%）難易系數(shù)2預測壓力（MPa）難度分類12.725難壓井5.9712

14、.72025較難壓井2.85.971520較易壓井2.81.7125難壓井1.651.712025較難壓井1.311.651520較易壓井1.3115易壓井施工壓力預測 三 壓裂工藝技術(shù) 應用情況：應用該技術(shù)對韓城區(qū)塊的71層進行了壓前施工壓力預測，將預測數(shù)據(jù)與實際施工壓力進行比對，取得了明顯效果層 號難壓井 較難壓井 較易壓井 易壓井 11#47555#24173#0557合 計6161119符合數(shù)512915符合率（%）83.37563.6843.2 壓前施工壓力預測技術(shù) 三 壓裂工藝技術(shù)壓裂液體系優(yōu) 點缺 點活性水壓裂液無濾餅，無殘渣，低傷害摩阻高，懸砂性較差，造縫效率相對低普通清潔壓裂

15、液無濾餅，無殘渣，低摩阻，懸砂性較強，造縫效率較高成本高，不利于現(xiàn)場推廣使用胍膠壓裂液摩阻低，濾失小，懸砂能力強，造縫效率高容易形成大量濾餅，破膠后存在大量殘渣3.3 壓裂液技術(shù)-三套壓裂液體系 三 壓裂工藝技術(shù)性能指標活性水壓裂液TD-1清潔壓裂液胍膠壓裂液傷害率（%）13.5115.8275粘度（mPa.s）1.015.0120懸砂能力（s)2.8283552摩阻（%）10030402535分子量3040300400300400萬濃度(%) 0.20.20.43.3 壓裂液技術(shù)-三套壓裂液體系 三 壓裂工藝技術(shù) 2009年-2010年主要以活性水壓裂液為主，施工409層，占88.3%，對于

16、施工壓力高難度大的井采用清潔壓裂液，施工36層，占到7.8%統(tǒng)計分析表明：活性水壓裂液施工井的用液量與施工效果成正比關系（46口井，116層）3.3 壓裂液技術(shù)-應用情況 三 壓裂工藝技術(shù)液量與產(chǎn)量關系圖3.4 支撐劑技術(shù) 1234活性水攜砂的特點：攜砂方式：拋物線下沉結(jié)合砂堤翻滾的方式攜砂距離：較短鋪砂厚度分布：近井厚度較大，遠井厚度小，有效支撐短 三 壓裂工藝技術(shù)石英砂低密度砂支撐劑類型目 數(shù)應 用 目 的石英砂40/70支撐端割理，降低端割理濾失，阻擋裂縫外煤粉污染。20/40鋪砂主要支撐段。16/30鋪設在近井地帶。低密度砂20/40鋪設在遠井地帶，裂縫的遠端。不同支撐劑應用目的3.4

17、 支撐劑技術(shù) 三 壓裂工藝技術(shù)低密度砂的研制：低密度砂的密度遠小于石英砂，攜帶更容易，可以鋪設于裂縫遠端；體積密度小于1.15 g/cm3,真密度小于1.9 g/cm3，69MPa破碎率小于10%。支撐劑清水1%KCl石英砂0.20.133低密度砂0.10.088支撐劑在溶液中的沉降速度（m/s）低密度砂沉降性能低密度砂粘附性能支撐劑煤粉粘附量石英砂0.1低密度砂0.0810g支撐劑上煤粉的粘附量（g）3.4 支撐劑技術(shù) 三 壓裂工藝技術(shù)分析儲層并根據(jù)測井資料計算壓裂設計所需要的基本相關數(shù)據(jù)，為制定壓裂泵注程序提供依據(jù)巖石力學參數(shù)獲取 煤層施工難度系數(shù)解釋3.5 煤層壓裂設計技術(shù)-設計前的基本

18、資料 三 壓裂工藝技術(shù)3.5 煤層壓裂設計技術(shù)-壓裂設計的核心要求泵注程序設計思想高壓井泵注程序（壓力25MPa）加大壓裂起始階段低排量的用液量，防止壓敏且有利于煤層開裂加大前置液用量到總液量的40-50%，分段注砂打磨降低施工難度加大40/70目砂（或低密度砂）用量降低施工的平均砂比到10%左右 三 壓裂工藝技術(shù)3.5 煤層壓裂設計技術(shù)-壓裂設計的核心要求泵注程序設計思想中壓井泵注程序（15MPa施工過程中壓力25MPa）適度控制壓裂起始時低排量階段的用液量，防止壓敏前置液泵注細砂后停泵，支撐沿端割理發(fā)育的垂直裂縫并起到降濾作用，有利于起泵后沿面割理發(fā)育的水平縫的延伸。低壓井泵注程序（壓力1

19、5MPa ）前置液以較高的砂比泵注細砂后停泵，堵塞高滲層及降濾再次起泵提高施工壓力壓開低滲透層提高施工平均砂比到15%左右 三 壓裂工藝技術(shù)壓裂層壓裂層閘門 返排管線 絲堵 接泵車 壓力表 防噴器 閘門 水力錨壓井閥滑套射流器射流器接球器單流閥高速流區(qū)粘滯區(qū)粘滯區(qū)靜液區(qū)靜液區(qū)噴嘴煤層壓裂特殊高壓井是指現(xiàn)有的井筒條件下其壓力等級不能較好地滿足壓裂施工的要求 射流分層壓裂技術(shù)利用射流深穿透煤層的能力降低煤層破裂壓力，從而滿足壓裂施工要求3.6 特殊高壓井處理技術(shù) 三 壓裂工藝技術(shù)高能氣體壓裂技術(shù)將深穿透射孔與高能氣體壓裂技術(shù)結(jié)合在一起降低煤層破裂壓力從而滿足壓裂施工要求3.6 特殊高壓井處理技術(shù)

20、三 壓裂工藝技術(shù)3.7 特殊分層壓裂技術(shù)封上壓下工藝技術(shù) 施工管柱能滿足煤層壓裂大排量的要求封隔器在滿足大排量需要的同時耐較高的工作壓差（大于60MPa）滿足煤層封上壓下改造的需要有利于保護套管 三 壓裂工藝技術(shù)水力錨Y344封隔器脫接噴砂器Y244封隔器低強度套管高強度套管壓裂層壓裂層3.7 特殊分層壓裂技術(shù)一趟管柱分壓兩層工藝技術(shù) 施工管柱能滿足煤層壓裂大排量的要求封隔器在滿足大排量需要的同時耐較高的工作壓差（大于60MPa）加快施工進度 三 壓裂工藝技術(shù)3.8 防煤粉壓裂工藝技術(shù)煤粉堵塞的危害煤粉對煤層氣的生產(chǎn)有巨大的危害壓裂階段會產(chǎn)生大量的煤粉控制壓裂中煤粉的產(chǎn)生是非常重要的 三 壓裂工藝技術(shù)3.8 防煤粉壓裂工藝技術(shù)壓裂過程中煤粉的形成和運移 活性水壓裂過程中，由于煤層 “松、脆、軟”，在高速流體的沖刷下形成大量的煤粉及煤屑，并停留在裂縫中，易形成污染 三 壓裂工藝技術(shù)控煤粉壓裂工藝要點 前置液階段：大液量活性水壓裂液，將煤粉沖至裂縫遠端 攜砂液階段：降排量注入高粘度低傷害壓裂液，既可少產(chǎn)生煤粉，又能將砂攜帶得更遠，且將煤粉阻擋在裂縫的遠端3.8 防煤粉壓裂工藝技術(shù) 三 壓裂工藝技術(shù)匯 報 提 綱一、