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煤层压裂改造配套工艺技术

时间:2007-1-27栏目:石油能源论文

作者: 刘长延李玉魁收录来源: 中国煤层气
【摘要】本文提出了适宜煤层压裂改造的配套工艺技术,包括完井、压裂设计、压裂液研制、支撑剂优选、压裂施工、裂缝监测、压裂效果评价等技术。该技术完整、成熟、先进,居国内领先水平,现场应用15口井33层煤,效果良好,可推广应用。

1 引言
    煤层压裂改造可有效地将井孔与煤层天然裂隙连通起来,从而在排水采气时,更广泛地分配井孔附近的压降,增加产能,增大气体解吸速率。因此,在煤层气勘探开发中,压裂改造作为一种重要的强化措施,已得到普遍应用。然而,由于我国煤层气勘探开发起步晚、技术落后,尤其压裂改造工艺技术还没有作系统研究,为此,我处经过四年科技攻关,研究成功了煤层压裂改造配套工艺技术,现场应用15口井33层煤,效果良好。
2 煤层压裂改造配套工艺技术
2.1 完井技术
    (1)采用全井下Φ139.7mm(Φ177.8mm)套管,低密度水泥浆固井工艺技术。
    (2)采用高密度深穿透射孔工艺技术。用Φ102枪102弹(127弹),孔密16~32孔/m,螺旋布孔,相位角90°,射开煤层或煤层和围岩,从而使射孔孔径超过Φ12mm,有效穿透距离超过500m。
    这种完井技术稳固了井身,减少了煤层污染,有利于煤层分层压裂改造,能满足排水采气需要,经济可行。
2.2 压裂设计技术
    研制成功了煤层气井三维压裂优化设计软件。该软件填补了国内空白,是国内第一套煤层气井压裂软件,达到国际先进水平。该软件在Windows环境下开发,采用Visualfor Windows编程,模块化设计,算法先进可靠。它主要包含以下7个模型:
    (1)产量动态预测模型
    (2)经济评价模型
    (3)裂缝三维延伸模型
    (4)控制缝高模型
    (5)支撑剂运移分布模型
    (6)温度场模型
    (7)优化设计模型
    运用该软件,可设计出最优压裂方案,达到最佳压裂效果。
2.3 压裂液研制
    压裂液性能的好坏直接关系到压裂施工的成败及压后增产效果,根据煤层特性,研制出了适合煤层的压裂液系列。
    (1)清水:其矿化度与煤层水接近,不伤害煤层;
    (2)活性水:对煤层伤害轻微;
    (3)低温冻胶压裂液:主要由瓜尔胶、KCL、杀菌剂、表面活性剂、助排剂、交联剂、破胶剂等组成。其技术指标居国内领先水平,破胶后水化液粘度(20℃,24h)为1.00MPa·s,表面张力<30mN/m,界面张力<2mN/m,煤层伤害率<16%。
2.4 支撑剂优选
    煤层一般埋藏较浅,闭合压力低,选用天然石英砂(30MPa下破碎率<12%)既可满足支撑裂缝要求,又经济便宜。常用石英砂规格有40~70目粉砂、20~40目中砂和12~20目粗砂。压裂加砂组合方式有4种:①粉砂+中砂+粗砂;②粉砂+粗砂;③中砂+粗砂;④粗砂。粉砂加在前置液中,以减少压裂液滤失,利于造缝;中砂和粗砂支撑裂缝,改善煤层渗透性;尾注粗砂可提高裂缝入口导流能力;单纯加入粗砂施工难度大,但压裂效果较好,并可避免排采时粉砂返吐堵塞裂缝。石英砂规格及加砂量可由软件模拟确定。
2.5 压裂施工工艺技术
    (1)采用光套管注入压裂,降低管壁摩阻,从而降低施工泵压;
    (2)适当增大前置液注入量,以充分造缝,避免砂堵;
    (3)增大泵的注排量,提高压裂液效率,对薄煤层适当减小泵的注排量,以防止
裂缝高度延伸过高而缩短缝长;
    (4)分段注砂,逐步提高砂化,增大支撑裂缝宽度,提高支撑裂缝导流能力;
    (5)适当减少顶替液量,确保裂缝入口的高导流能力;
    (6)控制压裂液返排速度,保证裂缝充分闭合,防止砂粒和煤粉返吐;
    (7)对多煤层井采用分层压裂改造,提高单煤层改造程度;
    (8)加强裂缝监测,优选压裂施工参数,指导压裂施工;
    (9)选用H-1000型压裂机组及配套设备、车辆,保证满足压裂施工需求。

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