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文档简介
1、煤层气压裂及排采技术煤层气压裂排采工艺交流第1页汇报内容一、试气工作概况二、试气工作亮点三、存在问题四、下步工作规划和提议煤层气压裂排采工艺交流第2页参数常规储层煤层气流体性质达西气体流向井筒菲克扩散定律经过微孔。 达西流过裂缝气体储存 天然气储存在大孔隙中、恪守实际气体法则气体依据吸附原理储存于微孔隙表面产量曲线依据衰减曲线制订生产计划早期负衰减曲线气体含量测量经过测井曲线测量气体含量经过经过岩心测量气体含量、无法测井曲线测量气体含量储层组成无机储层有机储层水力压裂水力压裂需要强度流体需要水力压裂、渗透率决定于压裂效果渗透率与压力关系渗透率与压力无关渗透率与高压相关井间干扰井间干扰不利于生产
2、井间干扰利于生产、进行多层钻井进行开采煤层气与常规储层气开发对比一、 国内外煤层气现实状况煤层气压裂排采工艺交流第3页一、 国内外煤层气现实状况技术国外国内储层评价中低煤阶中高煤阶钻井完井技术直井洞穴完井和羽状水平井直井套管射孔完井和羽状水平井增产改造技术直井压裂技术直井压裂技术排采技术排水采气排水采气试验室测试技术快速解吸、高压吸附测试快速解吸、高压吸附测试美国、加拿大和澳大利亚以中低煤阶为主。中国以中高煤阶煤层气为主, 技术总体配套,初步形成开发规模。国内外煤层气开发对比煤层气压裂排采工艺交流第4页一、 国内外煤层气现实状况低煤阶煤层气开发方式对比煤层气压裂排采工艺交流第5页一、 国内外煤
3、层气现实状况中高煤阶煤层气开发方式对比煤层气压裂排采工艺交流第6页煤层气压裂排采工艺交流第7页煤 岩砂 岩面割理端割理孔隙微孔隙吸附储气油气储存空间煤岩结构煤层气储存方式二、 压裂工艺及压裂液体系1、煤层气压裂工艺煤层气压裂排采工艺交流第8页二、 压裂工艺及压裂液体系活性水压裂液体系光套管注入工艺大液量、大排量低砂比国内煤层气压裂工艺新工艺:水力喷射分段压裂、氮气泡沫压裂、清洁压裂液、低浓度瓜胶压裂工艺等。1、煤层气压裂工艺煤层气压裂排采工艺交流第9页二、 压裂工艺及压裂液体系1、煤层气压裂工艺现在应用较多技术是垂直井射孔完井压裂加砂抽排降液解吸气体压裂设计关键是处理裂缝几何形状问题、加砂程序
4、问题;压裂工艺关键是处理压裂液滤失、支撑剂嵌入、煤粉产生和支撑剂返吐问题。压裂液关键是处理对煤层伤害,有一定造缝携砂能力。煤层气压裂排采工艺交流第10页二、 压裂工艺及压裂液体系2、压裂液体系压裂液类型优点缺点活性水压裂液对煤层伤害小、成本低、配液简单高摩阻,限制了施工排量,施工中煤粉不易分散,轻易聚集堵塞裂缝。携砂能力差,难以实现支撑剂长距离输送。冻胶压裂液降滤失性能很好,能使压裂裂缝延伸到较远地层。因为煤层是低温低压储层,交联压裂液破胶和返排困难,轻易造成很多压裂残渣在地层中,污染地层。泡沫压裂液含液量少、粘度高、悬砂能力强成本太高,配套设备不够完善清洁压裂液摩阻低、滤失小,基本无残渣表面
5、活性剂类压裂液,轻易发生化学吸附,而且成本高国内常见压裂液体系优劣对比表煤层气压裂排采工艺交流第11页二、 压裂工艺及压裂液体系2、压裂液体系伤害液煤产地伤害前渗透率/10-3um2伤害后渗透率/10-3um2伤害率/%活性水沁水15#124.4110.111.5活性水柳林31#301.8292.23.2线性胶沁水15#110.018.282.7线性胶柳林31#301.826.291.4冻胶破胶液丰城521.8232.254.5冻胶破胶液沁水1#535.4101.281.0国内压裂液对煤层伤害率分析煤层气压裂排采工艺交流第12页二、 压裂工艺及压裂液体系2、压裂液体系压裂液类型压裂液配方备注滑
6、溜水一清水+2%KCL+降阻剂Duckworth-10滑溜水二清水+降阻剂滑溜水三清水+杀菌剂+粘土稳定剂+降阻剂Duckworth-7瓜胶交联前置液:线性胶携砂液:交联冻胶(瓜胶+硼交联)顶替液:线性胶Duckworth-8Duckworth-9国外BOWEN排采井压裂液类型煤层气压裂排采工艺交流第13页二、 压裂工艺及压裂液体系2、压裂液体系从图中能够显著看出采取滑溜水系类压裂液压裂后绝大部分井峰值产气5000m/d,瓜胶交联压裂液体系压裂效果普遍不理想,滑溜水系列压裂液体系是Bowen区块较为适当压裂液体系。其中滑溜水一型压裂液压裂后压裂效果最好。(1)滑溜水压裂液压裂效果:滑溜水一滑溜
7、水二滑溜水三,从压后效果也能够看出压裂液中尽可能选择较少化学药剂使用,这么能够降低煤层化学吸附作用,从而有效提升改造效果。煤层气压裂排采工艺交流第14页二、 压裂工艺及压裂液体系2、压裂液体系针对压裂施工工艺详细要求优选压裂液:(1)假如使用瓜胶压裂液体系可选择低浓度瓜胶加大施工规模,造长缝同时提升产气量和稳产时间。(2)假如使用滑溜水压裂液体系,增大施工规模,滑溜水压裂液体系稳产时间相对较短,定时需要重复压裂改造。煤层气压裂排采工艺交流第15页二、 压裂工艺及压裂液体系2、压裂液体系总结国内外经验:压裂液选取标准:尽可能采取较少化学药剂压裂液配方,依据施工工艺详细要求优选压裂液体系。从施工效
8、果看采取清水+降阻剂压裂液体系较为适合煤层气区块压裂。继续探究清水+2%KCL+降阻剂体系适用性。配液用水尽可能采地层处理水进行配液施工,确保配液用水质控。煤层气压裂排采工艺交流第16页二、 压裂工艺及压裂液体系支撑剂类型优点缺点适应性石英砂经济、货源多、密度较低强度低、圆球度较低、导流能力低28MPa树脂包衣砂较石英砂强度和导流能力有所提升、密度更低、防返吐闭合压力高时树脂涂层弹性形变造成导流能力下降防砂人造陶粒强度高、破碎率低、导流能力高、使用期长较贵全系列依据本区块地层闭合应力,确定支撑剂类型。支撑剂优选3、煤层气用支撑剂煤层气压裂排采工艺交流第17页二、 压裂工艺及压裂液体系3、煤层气
9、用支撑剂“低密高强高渗透 防砂防嵌防返吐”坚果壳颗粒支撑剂表面高强材料,抗破碎强含有亲水基团,亲水性强密度低悬浮能力强依据地层温度选择树脂参数煤层气压裂排采工艺交流第18页三、煤层压裂难点分析及对策当压裂液压开煤层,向前延伸时,一方面由于煤层塑性难以形成裂缝,其次由于割理和发育微裂隙,使得压裂液大量滤失,不能重新开启一条新缝,而是从一开始就沿着大割理延伸,在延伸过程中,不停有小割理微裂隙张开,使压裂液遭受损失,就需要不停加大施工排量和压裂液量,即使如此,由于设备能力、备液能力限制,也不能满足造长缝需要。1煤层压裂滤失量大,形成长缝难煤层压裂时造长缝防住小割理和微裂隙滤失降低滤失速度。在前置液阶
10、段,分几段加入较大量降滤失剂(100目标粉砂)煤层气压裂排采工艺交流第19页三、煤层压裂难点分析及对策1煤层压裂滤失量大,形成长缝难降滤失剂主要作用表现为以下五个方面:减小压裂液向地层滤失速度,使裂缝变宽变长,增加出气面积。堵塞煤粉于微裂隙,或将煤粉“俘虏”,沉到裂缝底部,使其不能运动,降低煤粉出量。对裂缝向下延伸起到很好遮挡作用,可在很大程度上预防裂缝向煤层以下延伸。因为其颗粒小,所以对煤层嵌入不敏感,对闭合压力压碎作用不敏感,这么它在裂缝底部沉积后对支撑裂缝宽度起到了大颗粒支撑剂不能直到支撑作用。堵塞微裂隙,消除弯曲效应,降低施工压力。煤层气压裂排采工艺交流第20页三、煤层压裂难点分析及对
11、策2煤层低温、易吸附,易受伤害,对其保护难煤层多埋深在1000m以内,山西多300-700m不等,地层温度在10-30之间。但因为煤岩基质孔隙小,内表面积大。孔隙类型孔隙直径(mm)孔隙内表面积比(%)微微孔210-662.3微孔210-610-535小孔10-410-32.5煤岩孔隙直径越小,则孔隙内表面积比越大,也就是内表面积越大。煤岩类型 内表面积 长焰煤 90m2/g气煤 50-70 m2/g肥煤10-20 m2/g焦煤20-120 m2/g瘦煤80-130 m2/g贫煤90-130 m2/g无烟煤287 m2/g煤级越高,内表面积越大煤层气压裂排采工艺交流第21页三、煤层压裂难点分析
12、及对策2煤层低温、易吸附,易受伤害,对其保护难如此发育内表面积,使煤成为一个良好天然吸附剂,它不但对天然气(CH4 )有巨大吸附力,而且对进入压裂液中微尘、杂质、残渣,也有巨大吸附力。假如压裂液不洁净,就会对煤层造成很大伤害。用瓜胶冻胶类植物胶压裂液,因为有残渣存在,所以对煤层伤害大,伤害率达87-89%;纤维素胶,清洁压裂液因为分子团进入孔隙被吸附住而挡住了气体分子流动和解吸,所以也有较大伤害,在40%左右。相对来说,活性水对煤层伤害较小,洁净活性水,对煤层伤害在20%左右,但当水中杂质较多时,对煤层基质伤害也很大。在我们过去一段时间,活性水压裂原来是要过滤,其实没必要,因为过滤杂质比煤岩基
13、质孔隙大得多,不会钻入孔隙中去,反而是过滤后活性水假如含有小于基质孔隙微粒则可能对煤岩造成伤害。活性水对煤层伤害最大罪魁祸首是水中各种微生物。煤层气压裂排采工艺交流第22页三、煤层压裂难点分析及对策2煤层低温、易吸附,易受伤害,对其保护难试验证实,当将含有大量细菌清水大量注入煤层时,这些喜氧菌并没有感到末日到来,反而在相对较稳定、较恒温人工裂缝中感到大量繁殖机遇。很短暂几个小时,细菌家族可能已繁殖了好几百代,尤其是在压力作用下被推入基质孔隙中细菌,并没有因为地域狭小而停顿一刻繁殖,因小孔隙中内表面积大,氧气有限,细菌逐步死亡殆尽,遗骸则填充了基质孔隙,这个堵塞几乎是永久性,严重影响了气产量。鉴
14、于此,需要研制一个专门用于煤层压裂杀菌剂活性杀菌剂。综合考虑助排、润湿、杀菌性能,而且对粘土还含有一定防膨稳定作用。煤层气压裂排采工艺交流第23页三、煤层压裂难点分析及对策2煤层低温、易吸附,易受伤害,对其保护难煤层压裂要造长缝,需要提升携砂比和铺砂浓度。煤层压裂理想压裂液含有:对煤层伤害小,含有杀菌功效;有一定粘度,这么可提升造缝能力和携砂能力。煤层气压裂排采工艺交流第24页三、煤层压裂难点分析及对策3支撑剂反吐、煤粉反吐难以控制煤层杨氏模量只有3000-4000左右(砂岩在13000-14000左右;灰岩在0左右),相对于砂岩、灰岩来说是相当软,即使高阶煤、硬煤杨氏模量也只在6000-70
15、00左右,比砂岩仍小1倍左右。因为这个特点,煤层压裂时,就会出现这么一个情景:当煤层破裂后,裂缝向前延伸困难,即使最终沿大割理延伸而去,但井筒周围煤层,因为巨大冲刷作用,而形成一个洞穴并产生大量煤粉,象张开蛇口,而大割理形成裂缝则弯弯曲曲象蛇身子,煤粉则在液流携带下进入煤层深处。煤层气压裂排采工艺交流第25页三、煤层压裂难点分析及对策3支撑剂反吐、煤粉反吐难以控制压裂过程中煤粉形成和运移 活性水压裂过程中,因为煤层 “松、脆、软”,在高速流体冲刷下形成大量煤粉及煤屑,并停留在裂缝中,易形成污染 煤层气压裂排采工艺交流第26页三、煤层压裂难点分析及对策3支撑剂反吐、煤粉反吐难以控制控煤粉压裂工艺
16、关键点 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远端。同时做到:提升砂比和铺砂浓度;降低支撑剂粒径,也就是加砂程序不能以大粒径为主,而是中砂、细砂、降滤失剂各三分之一。煤层气压裂排采工艺交流第27页一.煤层特征及压裂特点2、煤岩特征-煤层有较低杨氏模量和高波松比煤层气压裂排采工艺交流第28页一.煤层特征及压裂特点杨氏模量低:煤岩杨氏模量在11358800MPa之间,为常规 砂岩1/51/10;动态杨氏模量约为静态杨氏模 量 2倍左右。岩石强度低:抗压强度19.5119MPa,大部分4060MPa,抗 张强度0.062.34MPa,显著低于砂岩强度;泊 松 比 高:泊松比在0.180.42之间,平均为0.33,高于砂岩;压缩系数大:体积压缩系数1.8010-4 20210-3MPa,孔隙 压缩系数为0.12-0.96; 煤岩力学特征参数煤层气压裂排采工艺交流第29页一.煤层特征及压裂特点4、轻易形成较宽裂缝 在水力压裂数学模型中,介质材料在外力作用下形成裂缝宽度与杨氏模量成反比,即WF=f(1/E)。因为煤岩杨氏模量要比普通砂岩低(普通3-10倍),所以煤层压裂裂缝宽度在10mm左右甚至更宽。煤层气压裂排采工艺交流第30页一.煤层特征及压裂特点5、裂缝形
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