煤层气氮气泡沫压裂井排采认识

1、煤层气氮气泡沫压裂井排采认识【摘要】煤层气氮气泡沫压裂在美国和加拿大已广泛应用并取得良好的效果，目前也是国内煤层气压裂攻关研究方向之一。本文通过描述氮气泡沫压裂井地质及压裂情况，对比了其与常规水基压裂井排采中的异常，并对异常情况的处理方法进行了探讨。【关键词】煤层气 氮气泡沫 排采 水基随着国家经济的持续发展，天然气的需求不断增强，预计到2015年我国天然气消费将达到2400亿立方米，缺口为500亿至600亿立方米，2020年缺口将进一步扩大到900亿立方米。国家在“十二五”能源开发总体战略中提出：推进煤层气、页岩气等非常规油气资源的开发，为煤层气的开发提供了有利的政策支持，煤层气产业的发展迎

2、来新的时代。我国煤层气资源丰富，2000m以浅总资源量36.811012 m3，探明储量仅为1654108 m3，勘探潜力巨大。山西作为国内煤层气地质条件最好的区块之一，其开采主要是以清水压裂排采进行，目前在沁水盆地已经形成规模性开发，2011年已近建成20亿方的产能。国外氮气压裂和氮气泡沫压裂在低压、低渗和强水敏性储集层的煤层气压裂增产中，取得了比较好的效果，在以后的开发过程中就可能得到应用。1 情况简介大排量氮气（无支撑剂）压裂技术在加拿大阿尔伯塔平原地区马蹄谷组煤层气压裂获得成功，针对马蹄谷组煤层干煤层、不产水、储层压力低的特点开展了连续油管氮气压裂实现了商业化生产。氮气泡沫压裂工艺在美

3、国应用成功普遍，在黑勇士盆地的煤层气开采井中，大多数的施工井都采用氮气泡沫压裂工艺。目前活性水压裂工艺是国内对煤层压裂改造最为成熟、使用最普遍的工艺。针对煤层的改造，还在进行着清洁压裂液压裂、氮气压裂、氮气泡沫压裂等试验的研究，其中清洁压裂液、氮气泡沫压裂已经成为国内煤层气压裂攻关研究的趋势。2011年大庆油田在海拉尔呼和湖地区进行了一口煤层气井的氮气泡沫压裂试验，下面对生产情况进行分析探讨。1.1 储层条件海拉尔盆地煤层气资源丰富，预测有效资源量达10792108m3，其中位于盆地东部的呼和湖凹陷是海拉尔盆地的主要含煤凹陷之一，煤层气预测资源量位居海拉尔盆地各凹陷的之首，有效资源量达7428

4、.4108m3，与其它含煤凹陷相比具有煤层埋深浅适中，目的层构造稳定等特点，是煤层气勘探有利区块（表1所示）。？填充。含气量低，在0.44-2.94m3/t 。1.2 压裂改造情况对2号井进行了煤层氮气泡沫压裂。水基液采用了无固相的表面活性剂压裂液，设计了60m3大规模加砂，为达到有效支撑，优化了支撑剂组合，详细施工参数如下表2所示：该井施工过程中地面压力有所起伏，但幅度不大，整体呈平稳趋势（见图2）。微地震裂缝监测结果：方位为北东方向76.5度，观测东翼缝长为131.5米，西翼缝长为125.1米，裂缝全长256.6米，实现了改造要求。目前国内煤层气排采主要是以抽油机机抽为主，排采工作制度是以

5、排采区煤层等温吸附曲线为指导，根据煤层气解吸原理，结合煤储层条件，通过科学的有效排水，最大限度地实现煤层区域降压，获取更高的单井产气量或井组产气量。氮气泡沫压裂井与常规的活性水压裂相比，由于压裂过程中注入了大量的液氮，在排采过程中存在许多与水基压裂液排采的不同。2.1 排采前期工作准备与正常水基压裂一样，氮气泡沫压裂井也可以根据当地的地质情况选择煤层气井的排采方式，其排采前期的工作准备上与常规水基压裂主要存在以下不同。2.1.1？放溢流时间长大量注入液氮182.4m3，折算成标况下气态超过万方，由于气体的作用，煤层扩散过程压力下降非常的缓慢。套压在前12小时先稍有上升，后缓慢下降，12小时候套

6、压基本不降。且放溢流时间非常长，该井累计放溢流就长达25天（表3所示）。由于气体量大，在放溢流过程中即出现气水两相流，所以氮气泡沫压裂井一定要有效的控制放溢流的速度，放溢流前要连接好针形阀，控制好放溢流过程中的两相流流速，时刻观察返排液中煤粉、含砂的情况，防止因为两相流过快导致煤层堵塞，影响后期排采效果。2.1.2？易形成砂桥氮气泡沫压裂在压裂时，氮气是以液态形式通过液氮伴注与水基液混合，产生泡沫以泡沫的形式进入地层，当压裂结束后，液态的氮吸收地层的热量部分转化为气态，开始回流，一般会出现停泵后套压先升高后下降的现象。同时泡沫压裂液的携砂能力较强且密度相对较轻，在回流的氮气的作用下形成砂桥。2

7、号井在第一次扩散压力至0mpa，井口无溢流后，开始探砂面冲砂，在冲至800m附近时遇阻，形成砂桥，加压15kn后通过砂桥，井口开始出现溢流，关井后套压持续上升，半小时套压即涨至5mpa。氮气压裂井在放溢流完成后，作业过程中要做好安全防喷准备，油管抽吸可能导致井底流压波动，氮气突然冒出，产生井喷，在通过砂桥时更容易遇到高压气水流。2.1.3？下泵深度选择下泵过程中煤层吸入口可下至煤层底界以下10-20m，同时筛管周围用30-50目铁丝网围好。下到煤层底界以下可以有效的防止气锁效应，同时铁丝网对预防砂卡非常有效。2.2 排采制度的制定煤层气井的产量直接受控于排采制度的调整，煤层气的排采必须适应煤储

8、层的特点，符合煤层气的产出规律。对于不同的煤层气地质条件、储层条件以及不同的排采阶段，需要制定不同的排采制度。而合理的排采制度应该是保证煤层不出现异常的砂及煤粉的前提下的最大排液量。氮气压裂井在排采过程中始终伴随着氮气的产出。与水基压裂井不同，排采开始即进入气水两相流。所以在制定排采制度的时候要结合套管氮气的产量，在控制地层产液的同时兼顾套管产气，保证排采油套平稳，防止气水产量波动过大，造成煤粉量突然增大、地层吐砂，导致地层堵塞，影响排采效果。2.3 排采控制煤层甲烷吸附是一种物理吸附，煤储层的孔隙度与渗透率对有效应力的敏感性极强，特别是在排采初期单相流阶段，煤储层物性随有效应力增加下降的速度

9、最快。这种性质决定了降压速度不能过快，持续的时间不能过短。2.3.1？降液面阶段控制重点是降液速度，控制套管产气量大小，排采强度不宜过大，以阶梯降液为主，气水产量都要平稳，保持动液面平稳下降。严禁排量的大起大落而造成生产压差上下波动，使得储层激动，吐砂、吐粉。套管产气中甲烷含量持续增加，表示该阶段基本结束。2.3.2？控压产气阶段由于排采过程中始终有氮气产出，若关套管排采，套压将持续增高，不利于排采控制。所以与常规水基压裂井排采不同，氮气压裂井一开始就是控制套管排采的。在氮气的作用下，排采过程中一直是控制套管产气的大小，随着液面的下降，液面下降到临界解吸压力以下，套管产气开始稳定增加。该阶段要

10、做好套管产气的监测，发现煤层开始解吸后，需要控制生产压力让气井产气，进可能的保证生产压差缓慢下降，达到扩展压降漏斗，增大解吸面积，增加产量的目标。2.3.3？控压稳产阶段随着排采的进行，此时氮气的产量已经不是主要供气来源，主要产气量的贡献来自于煤层的解吸气，该阶段与水基压裂井一样，需要根据单井的生产能力确定合理的产能指标进行稳定生产。这一阶段排采控制的重点是尽可能维持排采作业的连续性和稳定性，不追求峰产，尽量控制井底流压，以延长稳产时间，实现煤层气井产量最大化。2.4 临界解吸压力由于排采过程中氮气的干扰，以套管口出现气显示来判断煤层是否解吸作为该区块煤层的临界解吸压力点是难以实现的。在排采过

11、程中，要认真做好套管口气体的监测，观察气体的产量变化及甲烷含量变化。根据2井排采的情况，分析认为，套管口的气体产量出现突然性的增加，且根据井口产气点火情况，从井口产气能够点燃开始，发现火焰颜色缓慢逐渐变蓝，可判断此时煤层开始解吸。3 结论（1）煤层气氮气泡沫压裂井，排采前期放溢流时间比较长，要控制好气水两相流的速度，控制地层吐砂、吐煤粉，防止地层堵塞，保护好储层。在作业过程中做好防喷措施，保证好施工安全。（2）在排采制度制定和排采控制过程中，要考虑好套管氮气的影响，排采过程中做好排液与产气的双重控制。（3）在排采过程中要做好套管气体监测，及时发现套管产气变化及甲烷含量变化，以便准确获取煤层临界解吸压力数据及时做好排采制度调控