低密度支撑剂在煤层气压裂中的使用

超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用汇报人：侯风岗北京奥陶科技2021年1月11日1汇报提纲一.前言二.煤层气水力压裂的裂痕及支撑剂分析三.研讨超低密度压裂支撑剂的意义四.研讨方法和技术特点五.针对韩城区块的运用建议六.经济效益分析2我国煤层气研讨起于上世纪八十年代；九十年代初，引进美国的地面抽采技术和国内天然气开采技术获得突破。九十年代中后期，以压裂改造为中心技术的煤层气勘探获得较快开展。煤层气勘探开发研讨获得一批艰苦科研成果。本世纪初，以晋煤集团和中联公司为代表的煤层气开发在沁南地域获得宏大胜利，极大地推进了我国煤层气产业的快速开展。同时，多分支程度井技术也获得了胜利，更加促进了该区煤层气地面抽采的开展。目前，沁南地域累计完成各类煤层气地面抽采井3000余口，煤层气年产才干超越20亿m³，实践产量曾经到达10亿m³/年。继沁南煤层气地面抽采胜利后，山西柳林、临兴、保德，宁武、阳泉、乡宁，辽宁铁法、阜新，安徽淮南、淮北，陕西韩城、铜川、吴堡，四川古蔺等地域煤层气勘探相继获得突破，部分地域曾经进入商业性开发。我国煤层气产业的开展正迎来一个朝气蓬勃的春天。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用前言1.1煤层气产业——朝气蓬勃380%产能不理想：自从美国在煤层气、页岩气有所突破后，我国也积极呼应，煤层气的勘探和开发研讨也进展了20年，打了将近上万口井，外表看好似我们已完全掌握了煤层气的开采技术，但80%的井产出的气不具备工业产能，直接影响了我国煤层气事业的开展。存在技术瓶颈：一个关键技术的突破有能够直接会改动一个区块能否具有经济开发价值，甚至会改动一个行业的开展前景。压裂是关键：从地质勘探、储量评价，以及钻井、测井、录井、完井等工艺自创石油行业的成果已根本掌握，但我们以为在压裂的认识中仍存在问题。攻坚克难：1.思想不够开放；2.低密度支撑剂技术没有掌握，没有得到大胆运用，所以直接呵斥许多井产量低下甚至不出气的情况。本文不对其他方面讨论，只针对煤层气的特点，如何运用超低密度支撑剂进展讨论和研讨。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用前言1.2煤层气产能——存在瓶颈4汇报提纲一.前言二.煤层气水力压裂的裂痕及支撑剂分析三.研讨超低密度压裂支撑剂的意义四.研讨方法和技术特点五.针对韩城区块的运用建议六.经济效益分析5

S1S2S3水力压裂典型施工曲线a—致密岩石b—微裂痕高渗岩石pF—破裂压力pE—延伸压力pC—闭合压力pS—地层压力pH—停泵压力超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用2.1压裂简介6

超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用2.2煤层压裂裂痕构成的控制要素1〕煤岩本身的岩石力学性质2〕地应力，不同构造部位煤层与褶皱中和面的位置关系〔部分构造地应力〕3〕割理、孔隙系统，先存裂隙4〕煤层埋深5〕温度,在深井中也会对破裂压力呵斥影响6〕压裂施任务业参数，如施工规模和施工排量等，也可以在一定程度上改动裂痕外形。7〕控缝高压裂技术，经过上浮式和下沉式导向剂在裂痕的顶部和底部构成人工遮挡层，阻止裂痕中的压力向上下传播，继而到达控制裂痕在高度方向上进一步延伸的目的。人工裂痕方位：裂痕面垂直于最小主应力方向δz最小时→程度裂痕δy或δx﹥δz时→垂直裂痕7

裂痕形状主要包括裂痕的长度、宽度、高度及走向长度：随着裂痕宽度的添加，裂痕长度将遭到限制。宽度：压裂裂痕的宽度与其弹性模量成反比。方位：同一盆地没有明显的方向性，但是存在着在某一方向裂痕出现机率相对较大的景象。裂痕形状4种类型：程度缝、垂直缝、先程度缝后垂直缝、两翼不对称缝(一翼为垂直缝，一冀为程度缝)。形状复杂的例如“T〞、“工〞，‘爪’型裂痕。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用2.3.1煤层裂痕形状及扩展规律8普通首先在井筒附近产生不规那么程度缝，然后随着裂痕的进一步延伸，有的井产生程度缝，有的井产生垂直缝。裂痕的高度超越压裂层厚度的4倍，最高到达6倍，普通在2~4倍。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用2.3.2煤层裂痕形状及扩展规律9压裂用支撑剂可大致分为天然的与人造的两大类。前者以石英砂为代表，后者那么是通常称之为陶粒的支撑剂。在油气增产市场上广泛运用六种价钱不同的规范支撑剂，它们是天然石英砂、人造的中等强度低密度的硅酸铝支撑剂〔陶粒砂〕、人造的中等强度高密度的氧化铝和硅酸盐支撑剂、高强度的铝矾土和高强度的硅酸锆支撑剂、以及涂敷预固化涂层、可固化涂层树脂的天然砂或人造支撑剂和超低密度支撑剂。目前在煤层气压裂中主要是运用石英砂。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用2.4支撑剂的分类10优点a〕适用于低闭合压力的各类储层；b〕相对密度低，便于施工泵送。施工中减少泵和设备以及施工管线、管柱在井口内和井口部位磨蚀；c〕圆、球度较好的石英砂破碎后成少小碎块状，但仍可坚持一定的导流才干；d〕价钱廉价，资源丰富。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用2.5石英砂的优缺陷缺陷a〕石英砂抗压强度低，开场破碎压力约为20MPa，不适宜在中、高闭合压力的压裂层中运用；b〕石英砂抗压强度低，破碎后的碎屑呵斥微粒运移、堵塞、嵌入、压裂液的损伤〔滤饼和残渣〕及非达西流动、时间等要素的影响，大大降低导流才干，甚至降低到原来的1/10或更低一些。111〕煤层的杨氏模量低，波松比大，压裂时构成短、宽裂痕，影响压裂效果。且井眼的坍塌和大量煤粉的产生都给压裂和排采呵斥不利的影响。2〕煤层气储层普通呈低压、低温形状，会给压裂液的破胶和返排呵斥特殊困难。3)煤层气赋存机理不同于天然气，其中90%吸附在煤层中，开采前需求降压解吸过程。4)因煤层比较软，容易发生支撑剂嵌入景象，以及近井地带出现严重的脱砂。5)煤层中有天然裂痕存在，且压裂时会产生多裂痕和复合裂痕，易呵斥压裂液严重滤失，引起煤层空隙的堵塞和基质的膨胀进而降低煤层的浸透率，影响造缝效果。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用2.6煤层气井压裂的难点12汇报提纲一.前言二.煤层气水力压裂的裂痕及支撑剂分析三.研讨超低密度压裂支撑剂的意义四.研讨方法和技术特点五.针对韩城区块的运用建议六.经济效益分析13不论压裂液的缺陷还是石英砂在煤层气压裂中的缺乏，假设用超低密度支撑剂，一切问题都迎刃而解。可是，原来一切的研讨都集中在压裂液和压裂工艺的改良上，但都没有真正意义上的突破，很少针对煤层气的压裂支撑剂进展深化研讨。一方面是大家一致有个惯性思想，以为超低密度支撑剂消费工艺复杂，难以在技术上有所突破，〔国内消费密度低于1.25的根本上没有〕。另一方面，以为价钱太高〔壳牌在中国煤层气行业用过，每吨18000元〕，不适宜煤层气低本钱战略。鉴于此，我们结合西南石油大学、中国矿业大学、北京能源科技股份进展结合攻关，针对煤层气的特点和压裂出现的问题，吸收国外的技术和阅历，开发了OT-1和OT-2型超低密度支撑剂，为中国煤层气的开发技术产生了革命性的突破。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用三研讨超低密度压裂支撑剂对煤层气压裂的意义14汇报提纲一.前言二.煤层气水力压裂的裂痕及支撑剂分析三.研讨超低密度压裂支撑剂的意义四.研讨方法和技术特点五.针对韩城区块的运用建议六.经济效益分析15超低密度压裂支撑剂在国内外都处于开展阶段，BJServices公司曾经有相关报道和商业产品，但是其运用还处于推行阶段，国内无商业产品且相关研讨极少。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用4.1超低密度压裂支撑剂的研讨方向和方法研讨方向：超低密度支撑剂的研制首先在骨料选择，一定要有一定的强度且比重较轻。研讨方法：我们在大量的实验根底上，针对煤层储层的特点，以及压裂裂痕不同的充填部位，选用了两种骨料：多孔陶粒：选用特殊的铝矾土添加一些添加剂，经过高温烧结添加它的强度而成。坚果壳颗粒：选用优质坚果，经过粉磨、挑选而成。16多孔陶粒测试参数超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用4.2超低密度压裂支撑剂的研制17坚果壳具有较高的强度：坚果壳颗粒由于多孔疏松纤维资料,而利用硬度较高的高分子资料填充其疏松纤维孔隙，能添加资料的密实性并赋予资料较高的强度。坚果壳的主要化学组分：纤维素，多戊糖，木素等，这些组分中的酚型单元、醛基构造以及醇羟基均可以与醛类、酚类、异氰酸酯类等发生缩合反响。酚醛树脂在受热或酸性条件下，羟甲基之间、羟甲基与苯酚或取代苯酚的邻位、对位可发生缩聚，交联成硬度高的体型高聚物。坚果壳与树脂的相容性：酚醛树脂又能与坚果壳中存在的反响型基团发生反响，使坚果壳与树脂间的相容性变好，且树脂内的苯环又赋予复合资料更高的刚度。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用4.2超低密度压裂支撑剂的研制18处置过的多空陶粒和坚果壳颗粒参数：OT-1型〔坚果壳颗粒〕超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用4.2超低密度压裂支撑剂的研制19处置过的多空陶粒和坚果壳颗粒参数：OT-2型〔多孔陶粒〕超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用4.2超低密度压裂支撑剂的研制20从以上测试结果看，在满足煤层气压裂条件下，密度大大降低。新型支撑剂有“低密高强高浸透防砂防嵌防返吐〞的特点，详细如下：1.外表的高韧高强资料，可将原来颗粒点与点接触，变成小面积的接触，分散了作用于颗粒上的负荷，从而使颗粒抗破碎才干提高。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用4.3超低密度压裂支撑剂的特点212.坚果壳可以因其含有大量的亲水基团，如羟基、醚键，极易吸水而膨胀，且易水解。包敷环氧树脂后，减少了空隙和低分子物质，使其耐水性大大加强。浸渍酚醛树脂的坚果壳48小时后吸水才干由包敷前的30.45%降到6,58%。3.由于在支撑剂外表包敷了一层高强度树脂，这样即使压碎了包敷在内的支撑剂，外边的树脂层仍可以将碎块、颗粒包裹在一同，而不迁移堵塞支撑带的空隙，使裂痕有较高的导流才干。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用4.3超低密度压裂支撑剂的特点224.根据地层温度，可有选择性匹配调整覆膜的树脂性能参数，这个树脂膜比较薄，以致于在裂痕中的接触压力下就能使它粘合在一同，构成一个宽度较大的充填层。这种支撑剂可以说是独一不嵌入地层的支撑剂。加上一定的施工工艺，同时可以有效地防止压裂液的滤失，也可以处理煤层气排采时最头疼的煤粉问题，有效阻止煤粉进入裂痕，在近井地带，同样可以防止支撑剂的返吐。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用4.3超低密度压裂支撑剂的特点235.超低密度压裂支撑剂因是真正的低密度，在活性水的保送下几乎是全部悬浮的。保送间隔远：可以到达裂痕的最远端；充填缝隙多：裂痕的上半部分可以全部充填，防止了石英砂只沉淀到裂痕下部的缺陷，增大了裂痕支撑体积；支撑裂痕长：根据Stoke定律，尺寸大小同样为20/40目条件下，密度为1.25g/cm3的支撑剂在液体中的最终沉降速度比石英砂低4倍,计算机模拟和运用实例都阐明,低密度支撑剂产层覆盖性好,运用低密度支撑剂进展水力压裂的支撑裂痕更长。消费周期长：因裂痕的最远端得到支撑剂的支撑，使煤层气井的消费周期得到延伸，使原来的3-5年提高到5-10年,最终获得几倍的效益。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用4.3超低密度压裂支撑剂的特点246.超低密度压裂支撑剂外面包敷的树脂膜耐酸、耐碱，适宜一切煤层气层。7.由于覆膜后，该支撑剂憎水，煤粉不粘结，对煤层气、设备摩阻降低，自然提高支撑剂的导流才干。一口煤层气井投资200多万，假设这口井由于压裂效果不佳变成低产井，那将呵斥宏大的损失；进一步对这个区块的评价呵斥负面要素，直至放弃。假设对这些低产井进展改造，运用超低密度支撑剂反复压裂，救活低产井，使它具有工业气流，那么对煤层气行业的开展将起到不可估量的作用。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用4.3超低密度压裂支撑剂的特点25汇报提纲一.前言二.煤层气水力压裂的裂痕及支撑剂分析三.研讨超低密度压裂支撑剂的意义四.研讨方法和技术特点五.针对韩城区块的运用建议六.经济效益分析265.1韩城区块的特点5.1.1孔隙度低韩城地域煤层气吸附量大但孔隙度低，普遍<7%，区块煤孔隙度介于0.4-0.67%，孔隙度演化未能随构造变形程度添加而加大，韩城地域因低空隙要素，不利于煤层气的解吸与开采，因此，必需在压裂技术上选择有针对性的技术和工艺方案。5.1.2浸透率高韩城地域煤储层浸透率介于0.05-0.5*10-15um2之间，平均浸透率<2.0*10-15um2，据韩试1#井的试井资料，3#、11#煤层的浸透率分别为1.876md、3.054md，略高于国内其他煤层气田的浸透率。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用针对韩城区块运用超低密度支撑剂的建议275.1.3储层压力高韩城地域煤层气的赋存条件与国内其他地域相比较，最明显的差别是煤层的储层压力。储层压力时影响韩城地域煤层气产率的分析关键是对储层压力的分析。储层压力越高，储层流体流动潜势越强。相对于国内其他地域而言，韩城地域煤储层呈现出高压异常形状。5.1.4储层温度适宜韩城地域的温度梯度为2.89℃/100m，属正常地温系统。11#煤层的储层温度为32.78℃，5#号煤层储层温度平均为29.85℃。实验证明，当煤层温度在23℃到39℃之间时，温度每添加3℃，煤层气解吸率将添加4.5%。因此韩城地域各煤储层温度均到达以上规范，因此有助于提高煤层气的解吸速度。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用针对韩城区块运用超低密度支撑剂的建议28

超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用针对韩城区块运用超低密度支撑剂的建议29超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用针对韩城区块运用超低密度支撑剂的建议305.2建议针对韩城地域煤层气的特点，建议在条件具备的情况下，选择有代表性的一些井压裂运用超低密度支撑剂，并不断完善优化压裂方案。详细建议如下：5.2.1低产井反复压裂：对没有构成工业气流的煤层气井进展反复压裂，运用超低密度支撑剂。当然，这口井的地质条件必需到达出气、高产的条件。5.2.2新投井对比压裂：最好是选择两口地质条件根本类似的煤层气井，一口按常规压裂，选择石英砂作为支撑剂，一口选择超低密度支撑剂，以便压裂后进展效果分析。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用针对韩城区块运用超低密度支撑剂的建议315.2.3在支撑剂压裂组合上优化对比方案一：前置液可以先打10-20%的OT-1型超低密度支撑剂，携沙液打70-80%的OT-2型超低密度支撑剂。方案二：全部打OT-1型超低密度支撑剂。方案三：前置液可以先打10-20%的OT-1型超低密度支撑剂，携砂液全部打OT-0型超低密度支撑剂。方案四：前置液先打10-20%的OT-2型超低密度支撑剂，携沙液全部打OT-0型超低密度支撑剂。方案五：前置液可以先打10-20%的OT-1型超低密度支撑剂，中间打50%的OT-2型超低密度支撑剂，最后打40%左右的石英砂。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用针对韩城区块运用超低密度支撑剂的建议32汇报提纲一.前言二.煤层气水力压裂的裂痕及支撑剂分析三.研讨超低密度压裂支撑剂的意义四.研讨方法和技术特点五.针对韩城区块的运用建议六.经济效益分析336.1美国运用超低密度压裂支撑剂的案例美国本纳特煤层气田，130口井运用超低密度支撑剂后，产量是不运用超低密度支撑剂的3-5倍，单井产量从300-2500m3提高到1500-8500m3，个别井甚至超越10000m3。美国在煤层气压裂中运用超低密度支撑剂的比例是25%。随着对超低密度支撑剂的不断认识和实施工艺的不断优化，在煤层气压裂中采用超低密度支撑剂的比例将会越来越高。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用运用超低密度支撑剂的经济效益分析346.2两个例子A：X井目前产能只需300m3/天，那么这口井根本上处于报废，投资的200多万根本上是全部损失。假设进展反复压裂，运用超低密度支撑剂，再添加投资40万元〔包括压裂费用〕，产能按保守点说提高到1500m3/天，每天增产1200m3，按1.5元/m3计算，每天新产生的效益为：1200*1.5=1800元，投资回收期为：400000/1800=223天。也即7.5月收回投资。更重要的是挽回了先期投资的200多万。假设加上延伸煤层气井寿命3-5年，经济效益更加可观。超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的运用运用超低密度支撑剂的经济效益分析356.2两个例子B：Y井为新井，假设一口和Y井同样地质条件的Z井运用石英砂，产能只需1000m