煤层压裂技术(介绍)课件

1、 煤层压裂技术二一年八月汇 报 提 纲一、概要二、煤层基本认识三、压裂工艺技术四、压裂实施效果及分析五、结论1.1 主要勘探、开发区 一 概要三交准格尔大宁-吉县韩城 基本探明区自营矿权中石油油气矿权对外合作其他公司矿权保德位于鄂尔多斯盆地东缘，包括韩城、大宁-吉县、三交、保德和准格尔五个区块。1.2 压裂工作量统计 一 概要 2009年至2010年7月17日，中石油煤层气公司在韩城、三交、大宁吉县区块共进行了220口井,463层的压裂施工。目前主要的勘探、开发区块是韩城。汇 报 提 纲一、概要二、煤层基本认识三、压裂工艺技术四、压裂实施效果及分析五、结论 2.1 韩城区块基本地质特征 二 煤

2、层基本认识埋深(m)厚度(m)渗透率(10-3m)解吸压力(MPa)含气量(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 韩城区块主要发育3#、5#和11#煤层，其主要特征如下： 2.2 煤层气压裂岩心实验-煤样化验分析韩城区块煤样化验结果 二 煤层基本认识韩城区块煤层埋藏较浅，渗透率较低，含气量较高，经压裂后能获得较好的产气量，有利于煤层气的勘探开发岩石种类弹性模量MPa泊松比范围平均值多孔、松散至微胶结3500-1040070000.2

3、-0.3中等硬度13800-27600270000.17坚硬致密34600-52300435000.152.2 煤层气压裂岩心实验-煤样岩石力学参数检测区块参数名称数据单位备注韩城区块泊 松 比0.19 (无因次)5号煤样弹性模量7608.39 (MPa)泊 松 比0.24 (无因次)3号煤样弹性模量9755.42 (MPa)三交区块泊 松 比0.24 (无因次)5号煤样弹性模量2289.10 (MPa)保德区块泊 松 比0.31 (无因次)8号煤样弹性模量2333.90 (MPa)泊 松 比0.39 (无因次)13号样弹性模量1317.40 (MPa)大宁-吉县泊 松 比0.23 (无因次)

4、5号煤样弹性模量20616.80 (MPa)从煤样岩石力学实验看出：所有区块煤层都偏向于多孔、松散至弱胶结状态 二 煤层基本认识不利于人工裂缝形成，且压裂过程易产生煤粉。典型伊利石原煤电镜含煤沉积盆地高岭石、伊利石、绿泥石、蒙皂石、蒙/伊混层、钠板石、叶蜡石 华北石炭 二叠系电镜扫描结果，煤的微观状态为层状结构，非煤体部分主要为矿物质且含量较少，且水敏性物质少，水敏性不强。原煤电镜2.2 煤层气压裂岩心实验-煤样电镜扫描 二 煤层基本认识吸水20%润湿性：一般认为煤芯吸水量占孔隙体积的20%是亲水性，从天然煤芯自吸自排实验结果分析，判断煤层为中性即非亲水性质，水锁伤害不强水中表活剂及无机盐浓度

5、的增加，进入煤层的水就越容易被吸附，从而改变了煤层的润湿性，增加了水锁伤害。所以煤层压裂液在满足防膨要求的基础上，尽量减少表面活性剂和无机盐的用量。2.2 煤层气压裂岩心实验-煤样润湿性实验 二 煤层基本认识2.2 煤层气压裂岩心实验-压敏实验 通过对韩城、保德、三交及大宁-吉县区块煤岩的压敏实验表明：这些区块煤比较易于压缩，且压后渗透率不能完全恢复，压敏伤害较大。故压裂过程应避免净压力的突然上升，减小压敏伤害。 二 煤层基本认识煤层煤样应力敏感曲线0.050.000.100.150.200.2503691215 针对韩城区块施工的65口井，82层测井解释资料进行统计分析表明：不同煤层之间在密

6、度、声波及渗透性方面差异明显韩城区块3#、5#、11#测井解释平均值统计表2.3 煤层测井资料 二 煤层基本认识 2.4 煤层压裂施工曲线分析 通过对邻井压裂施工数据分析得出：同一井组，同一层号的煤层地质参数差异较大，非均质性强 二 煤层基本认识本 章 小 结 二 煤层基本认识煤岩以中高阶煤为主，面、端割理较发育煤岩多孔松散、胶结程度较弱，低水敏煤层为非亲水性质压敏性较强区块内煤层在剖面及平面上地质参数差异较大 汇 报 提 纲一、概要二、煤层基本认识三、压裂工艺技术四、压裂实施效果及分析五、结论煤层压裂技术 三 压裂工艺技术煤层裂缝形态判别技术压前施工压力预测技术压裂液技术支撑剂技术煤层压裂优

7、化设计技术特殊高压井处理技术特殊分层压裂技术防煤粉压裂工艺技术通过对煤层的认识，以及大量的压裂工艺试验，形成以“大液量、大排量、低伤害”为特色，以“安全、科学、低成本”为理念的8项压裂配套工艺技术 3.1 煤层裂缝形态判别技术主要目的：了解人工裂缝的形态、方向、大小，以利于提高压裂效果主要技术：利用测井资料判断裂缝形态、利用施工数据分析进行净压力处理、采用双对数法获得裂缝形态、利用缝网压裂设计软件模拟裂缝形态及大小、利用微地震监测获取裂缝方向及大小、利用测斜仪判断裂缝的形态和方向。 三 压裂工艺技术 资料处理:利用韩城区块18口井、共33层的声波测井资料，分析解释了各井岩石力学参数，并依据三向

8、应力的相对大小关系，分析了其裂缝形态 判断方法：比较三向应力相对大小关系，如果垂向应力小于水平最小应力，裂缝的形态就是水平缝，反之为垂直缝3.1 煤层裂缝形态判别技术-测井资料处理方法 三 压裂工艺技术 应用:韩城区块18口井、共33层，11#，5#，3#的层数分别为10，10，13层。3#和11#以水平缝为主，而5#则以垂直缝为主3.1 煤层裂缝形态判别技术-测井资料处理方法 三 压裂工艺技术分析方法:引用了传统压裂裂缝模型的分析方法，建立标准模板3.1 煤层裂缝形态判别技术-施工数据方法 三 压裂工艺技术 实例分析：韩33100井3#煤层，韩3056井5#煤层3.1 煤层裂缝形态判别技术-

9、施工数据方法 三 压裂工艺技术 韩城区块应用：对选取的34口井、59层的压裂施工资料进行解释，3#和11#也是以水平缝为主，5#则以垂直缝为主3.1 煤层裂缝形态判别技术-施工数据方法 三 压裂工艺技术 软件功能: Meyer2009软件中的MFrac模块具有缝网裂缝的压裂模拟功能，我们利用该软件对煤层裂缝进行模拟，得到比较直观形象及量化的煤层裂缝形态3.1 煤层裂缝形态判别技术-缝网压裂设计软件韩试19井5#煤层模拟裂缝形态及几何尺寸 三 压裂工艺技术 人工裂缝中既有沿“面割理”张开的大量互相平行的水平缝，又有沿“端割理”发育的互相垂直的且较短的垂直缝。总体上看煤层压裂形成的是“端割理”与“

10、面割理”纵横交错形成的“缝网型”的裂缝3.1 煤层裂缝形态判别技术-缝网压裂设计软件 三 压裂工艺技术 对于压裂主裂缝的空间位置分布分析：裂缝位于自井口东南象限。主裂缝总走向为NE40度，细查有正北、东西、北东等共轭裂缝分布组成。主裂缝长度为近300m。垂向高度大致限制在煤层及附近 (WL2-018向1井11#) 三 压裂工艺技术3.1 煤层裂缝形态判别技术-地面微地震监测与处理技术 对于压裂主裂缝的空间位置分布分析：主裂缝位于压裂段西南部。主裂缝总走向为NE30度。主裂缝长度为180m。垂向大致在煤层及附近（韩3-5-086井11#） 三 压裂工艺技术3.1 煤层裂缝形态判别技术-地面微地震

11、监测与处理技术 对于压裂主裂缝的空间位置分布分析：主裂缝位于井口东南象限。主裂缝总走向NE45度。主裂缝长度为210m。其垂向高度应当限制在煤层及附近。无明显裂缝（合试5井11#） 三 压裂工艺技术3.1 煤层裂缝形态判别技术-地面微地震监测与处理技术 3.1 煤层裂缝形态判别技术-测斜仪的方法 三 压裂工艺技术合试4井地面变形俯视图合试4井地面变形3D图合试4井地面变形矢量拟合图解释结果：合试4井5#煤层形成了水平裂缝（矢量拟合图充分表现了这一特征），水平分量高达95%，垂直分量5%，基本可以忽略，裂缝倾角5.53度。变形范围小，半径50米左右，形变信号明显合试4井仪器记录曲线之一 3.1

12、煤层裂缝形态判别技术-测斜仪的方法 三 压裂工艺技术解释结果： 韩3-3-039井11#煤层形成裂缝有垂直分量（由于没有地面测斜仪数据，没法确定水平分量及所占比例），裂缝高度22.5米，裂缝长度96米（裂缝方位按照该区域地应力场预测结果，北东57度）变形量图解释结果 3.1 煤层裂缝形态判别技术-测斜仪的方法 三 压裂工艺技术解释结果： 韩3-4-085井11#煤层形成裂缝有垂直分量（由于没有地面测斜仪数据，没法确定水平分量及所占比例），裂缝高度15.4米，裂缝长度119米（裂缝方位按照该区域地应力场预测结果，北东57度）变形量图解释结果 3.1 煤层裂缝形态判别技术-小结 三 压裂工艺技术通

13、过五种裂缝识别方法的应用，我们认为：韩城区块三套煤层中的人工裂缝形态复杂，既有水平缝又有垂直缝裂缝方向大致为NE45左右裂缝长度100-300m；裂缝高度较小，一般小于22m 目的：准确预测施工压力，提高施工成功率3.2 压前施工压力预测技术图1 难压韩3-045井图2 较难压韩3-046井 三 压裂工艺技术 3.2 压前施工压力预测技术方法：利用施工数据结合测井资料，建立了难易系数方法，在此基础上形成了施工压力预测技术 三 压裂工艺技术3.2 压前施工压力预测技术难易系数1（当扩径率小于20%）难易系数2（当扩径率大于20%）难易系数2预测压力（MPa）难度分类12.725难压井5.9712

14、.72025较难压井2.85.971520较易压井2.81.7125难压井1.651.712025较难压井1.311.651520较易压井1.3115易压井施工压力预测 三 压裂工艺技术 应用情况：应用该技术对韩城区块的71层进行了压前施工压力预测，将预测数据与实际施工压力进行比对，取得了明显效果层 号难压井 较难压井 较易压井 易压井 11#47555#24173#0557合 计6161119符合数512915符合率（%）83.37563.6843.2 压前施工压力预测技术 三 压裂工艺技术压裂液体系优 点缺 点活性水压裂液无滤饼，无残渣，低伤害摩阻高，悬砂性较差，造缝效率相对低普通清洁压裂

15、液无滤饼，无残渣，低摩阻，悬砂性较强，造缝效率较高成本高，不利于现场推广使用胍胶压裂液摩阻低，滤失小，悬砂能力强，造缝效率高容易形成大量滤饼，破胶后存在大量残渣3.3 压裂液技术-三套压裂液体系 三 压裂工艺技术性能指标活性水压裂液TD-1清洁压裂液胍胶压裂液伤害率（%）13.5115.8275粘度（mPa.s）1.015.0120悬砂能力（s)2.8283552摩阻（%）10030402535分子量3040300400300400万浓度(%) 0.20.20.43.3 压裂液技术-三套压裂液体系 三 压裂工艺技术 2009年-2010年主要以活性水压裂液为主，施工409层，占88.3%，对于

16、施工压力高难度大的井采用清洁压裂液，施工36层，占到7.8%统计分析表明：活性水压裂液施工井的用液量与施工效果成正比关系（46口井，116层）3.3 压裂液技术-应用情况 三 压裂工艺技术液量与产量关系图3.4 支撑剂技术 1234活性水携砂的特点：携砂方式：抛物线下沉结合砂堤翻滚的方式携砂距离：较短铺砂厚度分布：近井厚度较大，远井厚度小，有效支撑短 三 压裂工艺技术石英砂低密度砂支撑剂类型目 数应 用 目 的石英砂40/70支撑端割理，降低端割理滤失，阻挡裂缝外煤粉污染。20/40铺砂主要支撑段。16/30铺设在近井地带。低密度砂20/40铺设在远井地带，裂缝的远端。不同支撑剂应用目的3.4

17、 支撑剂技术 三 压裂工艺技术低密度砂的研制：低密度砂的密度远小于石英砂，携带更容易，可以铺设于裂缝远端；体积密度小于1.15 g/cm3,真密度小于1.9 g/cm3，69MPa破碎率小于10%。支撑剂清水1%KCl石英砂0.20.133低密度砂0.10.088支撑剂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撑剂煤粉粘附量石英砂0.1低密度砂0.0810g支撑剂上煤粉的粘附量（g）3.4 支撑剂技术 三 压裂工艺技术分析储层并根据测井资料计算压裂设计所需要的基本相关数据，为制定压裂泵注程序提供依据岩石力学参数获取 煤层施工难度系数解释3.5 煤层压裂设计技术-设计前的基本

18、资料 三 压裂工艺技术3.5 煤层压裂设计技术-压裂设计的核心要求泵注程序设计思想高压井泵注程序（压力25MPa）加大压裂起始阶段低排量的用液量，防止压敏且有利于煤层开裂加大前置液用量到总液量的40-50%，分段注砂打磨降低施工难度加大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 压裂工艺技术3.5 煤层压裂设计技术-压裂设计的核心要求泵注程序设计思想中压井泵注程序（15MPa施工过程中压力25MPa）适度控制压裂起始时低排量阶段的用液量，防止压敏前置液泵注细砂后停泵，支撑沿端割理发育的垂直裂缝并起到降滤作用，有利于起泵后沿面割理发育的水平缝的延伸。低压井泵注程序（压力1

19、5MPa ）前置液以较高的砂比泵注细砂后停泵，堵塞高渗层及降滤再次起泵提高施工压力压开低渗透层提高施工平均砂比到15%左右 三 压裂工艺技术压裂层压裂层闸门 返排管线 丝堵 接泵车 压力表 防喷器 闸门 水力锚压井阀滑套射流器射流器接球器单流阀高速流区粘滞区粘滞区静液区静液区喷嘴煤层压裂特殊高压井是指现有的井筒条件下其压力等级不能较好地满足压裂施工的要求 射流分层压裂技术利用射流深穿透煤层的能力降低煤层破裂压力，从而满足压裂施工要求3.6 特殊高压井处理技术 三 压裂工艺技术高能气体压裂技术将深穿透射孔与高能气体压裂技术结合在一起降低煤层破裂压力从而满足压裂施工要求3.6 特殊高压井处理技术

20、三 压裂工艺技术3.7 特殊分层压裂技术封上压下工艺技术 施工管柱能满足煤层压裂大排量的要求封隔器在满足大排量需要的同时耐较高的工作压差（大于60MPa）满足煤层封上压下改造的需要有利于保护套管 三 压裂工艺技术水力锚Y344封隔器脱接喷砂器Y244封隔器低强度套管高强度套管压裂层压裂层3.7 特殊分层压裂技术一趟管柱分压两层工艺技术 施工管柱能满足煤层压裂大排量的要求封隔器在满足大排量需要的同时耐较高的工作压差（大于60MPa）加快施工进度 三 压裂工艺技术3.8 防煤粉压裂工艺技术煤粉堵塞的危害煤粉对煤层气的生产有巨大的危害压裂阶段会产生大量的煤粉控制压裂中煤粉的产生是非常重要的 三 压裂工艺技术3.8 防煤粉压裂工艺技术压裂过程中煤粉的形成和运移 活性水压裂过程中，由于煤层 “松、脆、软”，在高速流体的冲刷下形成大量的煤粉及煤屑，并停留在裂缝中，易形成污染 三 压裂工艺技术控煤粉压裂工艺要点 前置液阶段：大液量活性水压裂液，将煤粉冲至裂缝远端 携砂液阶段：降排量注入高粘度低伤害压裂液，既可少产生煤粉，又能将砂携带得更远，且将煤粉阻挡在裂缝的远端3.8 防煤粉压裂工艺技术 三 压裂工艺技术汇 报 提 纲一、