煤層氣水平排采井不固井連續(xù)油管壓裂工藝適應(yīng)性探討
——以新疆拜城煤層氣示范區(qū)為例

李 全

(新疆煤田地質(zhì)局一六一煤田勘探隊(duì)，新疆 830009)

隨著工業(yè)的發(fā)展，中高變煤炭資源需求呈供不應(yīng)求的狀態(tài)，在去產(chǎn)能和環(huán)保雙重壓力下價(jià)格更是逐步走高，部分煤炭礦區(qū)擁有較好的中高變質(zhì)煤炭資源，但礦區(qū)處于高瓦斯區(qū)域，對(duì)煤礦安全生產(chǎn)威脅很大，嚴(yán)重制約了煤炭工業(yè)發(fā)展。近年國(guó)家煤礦相關(guān)規(guī)程規(guī)定高瓦斯礦井應(yīng)先采氣后采煤，煤層氣地面開發(fā)技術(shù)是利用煤層氣資源的重要途徑和方法，是解決煤礦安全生產(chǎn)和環(huán)保工作必由之路。

煤層氣水平井是一種成本不是很高但增產(chǎn)效果非常好的技術(shù)，越來越多的用于煤層氣的開采。因揭露煤層斷面較大、煤層降壓解吸范圍大、不同點(diǎn)煤層解吸壓力較為接近、單井產(chǎn)氣量高等特點(diǎn)，在我國(guó)煤層氣開發(fā)區(qū)塊中得到了部分試驗(yàn)，取得很好的開發(fā)效果。煤層氣開發(fā)工程主要包括鉆井、固井、儲(chǔ)層改造(水力壓裂為主)、排采等工程。各項(xiàng)工程很好的配合銜接，煤層氣井才能達(dá)到預(yù)期的開發(fā)效果。固井工作在常規(guī)開發(fā)井中是必不可少的工程，屬于一次性工程，如果質(zhì)量出現(xiàn)問題很難補(bǔ)救，對(duì)后續(xù)儲(chǔ)層改造效果影響很大，并最終影響產(chǎn)氣效果；煤儲(chǔ)層滲透性低，屬于低滲透層，任何環(huán)節(jié)污染對(duì)煤儲(chǔ)層造成的永久性的傷害。固井材料在煤層段對(duì)儲(chǔ)層的污染也是影響煤層氣產(chǎn)氣效果的一個(gè)重要因素，煤層氣固井規(guī)范規(guī)定固井泥漿密度小于1.8g/cm3,一方面我們希望固井質(zhì)量好，一方面我們又希望固井材料減小對(duì)儲(chǔ)層的污染。

圖1 壓裂選點(diǎn)

針對(duì)上述問題，本文以拜城礦區(qū)煤層氣示范項(xiàng)目地面煤層氣開發(fā)實(shí)踐為例。通過區(qū)內(nèi)水平井段不固井連續(xù)油管壓裂技術(shù)分析，后期排采效果反推，對(duì)大傾角煤層沿煤層走向水平井不固井連續(xù)油管技術(shù)工藝進(jìn)行探討，為煤層氣地面開采水平井型開發(fā)工藝提供參考和借鑒。

1 拜城礦區(qū)煤田地質(zhì)概況

拜城礦區(qū)位于天山中段南麓、塔里木盆地的北緣。庫拜煤田為新疆主要煤炭產(chǎn)區(qū)，也是新疆高瓦斯礦區(qū)，新疆煤層氣“十三五”規(guī)劃也將該區(qū)列為重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域，煤層氣資源豐富。近年來隨著煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)要求，區(qū)內(nèi)大部分煤礦處于關(guān)停狀態(tài)，嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，在生產(chǎn)的煤礦瓦斯治理投入較大，安全生產(chǎn)形勢(shì)嚴(yán)峻。

拜城示范區(qū)位于拜城礦區(qū)中段，面積約12km2，屬于高瓦斯礦井區(qū)塊。區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，整體上為EW走向,整體向南傾斜的單斜構(gòu)造形態(tài)，淺部地層傾角約75°～85°，隨著深度的增加地層逐步變緩。區(qū)內(nèi)淺部煤層斷層較少；下侏羅統(tǒng)塔里奇克組為本區(qū)主要的含煤地層，含煤6層，主力煤層A5穩(wěn)定性較好，平均7.96m，是地面煤層氣開發(fā)的目標(biāo)煤層之一，煤厚變化表現(xiàn)在東部較厚和西部稍變薄，中部有分岔現(xiàn)象，中間夾矸厚約0.45～2.10m，煤層總體結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，煤層中一般無夾矸，中東部地段分岔有一層夾矸，全區(qū)可采，煤儲(chǔ)層特質(zhì)較好；水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

2 不固井連續(xù)油管壓裂技術(shù)試驗(yàn)

在前期煤炭、煤層氣工作的基礎(chǔ)上，2015年，新疆地勘基金在庫拜煤田中段拜城礦區(qū)開展煤層氣示范區(qū)項(xiàng)目。截止2018年底在示范區(qū)內(nèi)施工29余口(組)排采井進(jìn)行預(yù)抽采，其中水平井2口。礦區(qū)產(chǎn)氣潛力較好，在控壓排采情況下，水平井最高日產(chǎn)氣量7800m3，穩(wěn)產(chǎn)6000m3。

區(qū)內(nèi)A-1水平井采用三開井身結(jié)構(gòu)，一開采用φ374.6mm鉆頭鉆至松軟層以下20m后，下入J55鋼級(jí)φ273.05mm表層套管，注入水泥漿固定地表層。二開采用φ241.3mm鉆頭鉆至A5煤層入煤段，下入下入N80鋼級(jí)φ193.7mm套管，注入水泥漿固井至入煤段以上300m。三開采用φ171.4mm鉆頭沿A5煤層走向上翹3°在煤層內(nèi)鉆680m，下入下入P110鋼級(jí)φ139.7mm套管，三開不固井。

在680m煤層段內(nèi)壓裂選擇7個(gè)點(diǎn)，間距85～100m(圖1)。壓裂采用水力噴砂射孔，連續(xù)油管技術(shù)對(duì)7層分別壓裂，常規(guī)壓裂相比壓裂規(guī)模有所降低，砂量有所下降，以第二段壓裂為例經(jīng)試壓合格，射孔階段消耗液量36m3，前置液階段，破裂壓力41.8MPa，套壓37～42MPa，施工壓力正常，排量7.0～7.5m3/min；攜砂液階段，套壓28～32MPa，施工壓力正常，排量7.5m3/min；頂替液階段正常。本次壓裂壓入前置液420m3，攜砂液447m3，頂替液24m3，加砂36m3。

3 壓裂效果分析

煤層氣開發(fā)中煤儲(chǔ)層本身滲透性大多較差，通過儲(chǔ)層改造(一般為水力壓裂)達(dá)到改善原有儲(chǔ)層一定范圍內(nèi)的滲透性的目的，改造效果如何通常從壓裂參數(shù)反映、地震微裂縫監(jiān)測(cè)、排采效果三個(gè)方面反映或間接反映。

3.1 壓裂參數(shù)的反映

壓裂參數(shù)通常為通過一定排量水力改造措施攜帶一定量的壓裂支撐劑進(jìn)入地層在水壓降低后支撐劑留在改造通道內(nèi)使原有裂縫不會(huì)收縮，裂縫為后期排采水、氣提供通道，壓裂效果好不好通過壓裂參數(shù)可以反映壓裂效果是否達(dá)到預(yù)定的改造目標(biāo)。七段壓裂曲線正常，地層破裂壓力明顯，壓力正常，支撐砂加入較為成功，通過參數(shù)分析認(rèn)為壓裂改造達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

3.2 地震微裂縫監(jiān)測(cè)反映

地震微裂縫監(jiān)測(cè)技術(shù)是低滲透油氣藏壓裂改造領(lǐng)域應(yīng)用的一項(xiàng)重要技術(shù)，是檢驗(yàn)壓裂效果的重要方法。由于其具有驗(yàn)證和修正壓裂模型、指導(dǎo)壓裂液的選取和加沙的判斷，保證壓裂施工按設(shè)計(jì)進(jìn)行、提高壓后產(chǎn)量和延長(zhǎng)壓后有效期等優(yōu)點(diǎn)，逐漸引起了人們的關(guān)注。

通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反演，壓裂改造應(yīng)力與地層主應(yīng)力反向斜交，主裂縫延展長(zhǎng)達(dá)240多m，改造效果明顯(表1，圖2)。

圖2 第二段裂縫三維形態(tài)圖

表1 第二段裂縫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖3 A-1井排采曲線圖

3.3 排采效果分析

A-1水平井排采2個(gè)月后開始解吸見套，見套后1周內(nèi)產(chǎn)日產(chǎn)氣量上升至1800m3，5個(gè)月后達(dá)到6000m3，考慮長(zhǎng)期排采及產(chǎn)能最大化，日穩(wěn)產(chǎn)6000m3情況下流壓日降幅1～2kP，最高產(chǎn)氣量7800m3，累計(jì)12月后累計(jì)產(chǎn)氣量達(dá)到200多萬m3，并且表現(xiàn)出較好的產(chǎn)氣潛力(圖3)。