煤层气井压裂工艺及效果评价方法综述

煤层气井压裂工艺及效果评价方法综述

岩石特征不同于传统的油气储层岩石，煤层和煤层之间的储层和地质特征也不同。因此，煤层压裂与传统油气井压裂之间存在许多差异。主要在于:①煤储层与常规油气储层的机械性质不同。与常规油气储层相比,煤层的杨氏模量低、泊松比高,且具有特殊的双孔隙结构,割理发育,以及更大的各向异性和不均质性。②煤层气的形成、储集、运移、产出机理与常规油气存在较大的差异。煤层气主要以吸附形式存储于微孔隙表面,其产出是一个降压解吸、扩散、渗流的过程。在实际施工过程中,我们就必须根据不同的煤层采用不同的压裂注入工艺和效果评价,以取得压裂增产效果。1加压通风法1.1混砂机压裂泵将支撑剂在现场作业前装入混砂机,在温度-17.8℃、压力2.1MPa的状态下将液态CO2导入混砂机,氮气作为置换“垫”,驱使液态CO2进入混砂机,然后再驱使液态CO2砂浆进入高压压裂泵。然后以足够大的泵送速度通过孔眼将CO2携砂液连续泵入。压裂作业完成后,关井一段时间,使CO2完全汽化,然后开井排液,将气态CO2排出井筒。如下图1为CO2压裂时地表和井底数据曲线。1.2裂压力储层的调整该工艺利用各层间破裂压力不同,首先压开破裂压力较低的储层,然后投入堵塞球把射孔孔眼暂时堵塞,再提高压力压开破裂压力较高的其他储层。适用于复杂、低渗透、多层的薄煤层。1.3加砂、减砂它是在加砂量达到一定数量后,人为地将施工砂比提高到发生砂堵的极限,然后停砂继续注前置液造缝再加砂,当砂量达到一定数量后,再将施工砂比人为地提高到发生砂堵的极限上。按此工艺可以进行多级加砂,有利于更多地沟通天然割理缝系,加砂量应适应于具体的压裂层。适用于煤层孔隙疏松,压裂液易滤失的煤层。1.4油套混注大排量管理剂型车组针对压裂液滤失量大,液体效率低。为了提高液体效率和施工砂比,在压裂施工中采用了大排量施工,使用两套千型车组,采取油套混注的施工方式,将施工排量提高到7.5m3/min以上,最高达到10.0m3/min,有效地控制了液体滤失,保证裂缝正常延伸,从而提高煤层的渗透性。另外,也可将油套混注大排量工艺改为套管注人大排量的施工方式,将施工排量提高到8.0～10.0m3/min。适用于孔隙疏松,压裂液易滤失的煤层。1.5活性水/纯碱隔离液先进行小型压裂,进行压后压降分析,然后进行大型CO2压裂工艺:预处理前置液:活性水+CO2→→活性水或活性水+纯碱(隔离液)→→前置液(冻胶)→→混注液氮加粉陶(利用粉陶降滤失)→→携砂液(冻胶)加中陶→→顶替液,压后停泵测压降30min。它适用于气藏超深、高温、渗透率低、地层物性差的煤层。施工步骤及目的见下表1。1.6油管注入和环空压裂工艺技术连续油管压裂是利用连续油管实现油管注入或环空注入液体和支撑剂对储层进行压裂改造的一项工艺技术。主要用于浅井多层煤层,尤其适合薄煤层的分层压裂和小井眼压裂。油管注入压裂工艺包括连续油管注入+跨式(单)封隔器、喷砂射孔+连续油管+砂塞等;而油管环空压裂工艺技术目前有喷砂射孔环空压裂+封隔器封隔转层、选择性射孔+环空压裂+封隔器转层、第一次普通射孔+选择性射孔+环空压裂+投堵球转层、喷砂射孔环空压裂+填砂转层等。如下图2为连续油管压裂工艺。1.7气体运移作用混合气体驱替煤层气技术是指向煤层注入混合气体(CO2、N2、空气、烟道气等),利用注入气体的置换作用和增渗作用,促进煤层气解吸并驱赶煤层气流向抽采钻孔,其实质是向煤层注入能量,改变压力传导特性和增大或保持扩散速率不变,从而达到提高单井产量和回收率的目的。它兼顾CO2的竞争吸附和N2的增渗和减灾效果,适用于我国低渗透、可开采煤层。2评估效果的方法2.1压裂效果综合评价采用日增产气量、增产有效期及累计增产气量三项指标综合评价压裂效果。其单项评价以分值表示,三项分值相加之和为综合分值。根据综合分值大小划分煤层气压裂效果产量评价等级。2.2综合评价效果采用表皮系数差和采油指数比两项指标综合评价压裂效果。其单项评价用分值表示,两项分值相加之和为综合分值。根据综合分值的大小划分压裂效果评价等级。2.3气成本两指标综合评价采用压裂经济效益、压裂投资回收期和增产煤层气成本三项指标综合评价压裂经济效果。单项评价以分值表示,三项分值相加之和为综合分值。根据综合值大小划分压裂经济效果评价等级。2.4试井资料评价压裂效果的确定利用试井分析方法来评价压裂效果,目前最有效的方法是压力恢复试井。用压力恢复试井资料评价压裂效果时,首先用压前压力恢复试井资料求取地层有效渗透率和地层压力,其后用压后压力恢复试井资料和压前求取的地层参数对压裂裂缝做出正确解释,排除解释结果的多解性。最后应用压力恢复试井解释结果来评价压裂效果。2.5关井压降监测看试煤层气压裂施工可看成是注入测试,关井压降监测看成是注入压降测试的压力降落,由此把压裂施工和关井压降作为一个完整的注入压降试井测试。2.6压裂效果的评价通过对具体的压裂施工曲线和压后排液曲线进行具体分析,可以有效进行压裂效果评价。压裂施工动态曲线是压裂施工过程中注入压力、施工排量随施工时间变化的曲线,反映压裂时的地下动态及储层物性。2.7压裂井的压力分析试井资料评价压裂效果的方法需要对同一试油层压裂前和压裂后都进行试井,然后利用压裂前后压力曲线的变异及地层参数的变化研究压裂效果。2.8不压裂期内产量动态预测应用灰色拓扑预测方法,由压裂前的油井日产油数据,建立模型群,并预测了在压裂有效期内该井不压裂时的产量动态,从而可真实地评价压裂的增产效果。该方法尤其适用于压裂前产量波动比较大的情况。2.9基于数据库的聚合式气井压裂预算机数据挖掘采用了神经网络、遗传算法、支持向量机等各种方法,在压裂决策分析方面也得到广泛应用,通过建立产能预测模型,来优化施工参数和选井选层。国外建立了以SQLServer2000为数据库平台的数据挖掘体系,但数据挖掘算法单一;国内库采用SQLServer2005实现,数据挖掘算法采用决策树和神经网络模型,可以实现气井压裂的选井选层和施工