張聰 李夢(mèng)溪 王立龍 石漢友 王晶

1.中國(guó)石油華北油田煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分公司 2.中國(guó)石油華北油田公司新能源部

沁水盆地南部樊莊區(qū)塊煤層氣井增產(chǎn)措施與實(shí)踐

張聰1李夢(mèng)溪1王立龍1石漢友2王晶1

1.中國(guó)石油華北油田煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分公司 2.中國(guó)石油華北油田公司新能源部

沁水盆地南部煤層氣田樊莊區(qū)塊自規(guī)模投產(chǎn)以來(lái)一直受單井平均產(chǎn)氣量低的制約，難以規(guī)模上產(chǎn)，隨著開(kāi)發(fā)實(shí)踐的不斷深入，逐步認(rèn)識(shí)到該區(qū)塊氣井低產(chǎn)的原因及增產(chǎn)措施的重要性。為此，制訂了針對(duì)該區(qū)低產(chǎn)井的改造方案，詳細(xì)總結(jié)分析了解堵性二次壓裂在煤層氣開(kāi)發(fā)中的運(yùn)用效果。實(shí)踐表明：系列化的水力壓裂技術(shù)是該區(qū)較為有效的增產(chǎn)手段；電脈沖解堵、徑向水力噴射技術(shù)是新的嘗試、有利的補(bǔ)充技術(shù)，但其增產(chǎn)效果還有待進(jìn)一步觀察。上述技術(shù)用于煤層氣井的增產(chǎn)，將加快該區(qū)煤層氣產(chǎn)能建設(shè)的步伐。

沁水盆地南部 煤層氣井 增產(chǎn)措施 解堵 二次壓裂 水力噴射 電脈沖

1 煤層氣增產(chǎn)技術(shù)概況

1.1 各種井型及完井技術(shù)

煤層氣井直井、叢式井為目前主要的井型，隨著開(kāi)發(fā)實(shí)踐的不斷認(rèn)識(shí)，在地質(zhì)條件滿足的區(qū)域?qū)嵤┯馉钏骄?］、U型井技術(shù)［2］可以數(shù)倍地提高煤層氣產(chǎn)量；套管射孔完井為主要的完井方式，洞穴井［3］、徑向水力側(cè)鉆［4］也逐步運(yùn)用于煤層氣增產(chǎn)。

1.2 各種類型的壓裂技術(shù)

水力壓裂作為煤層氣儲(chǔ)層改造常規(guī)技術(shù)，目前已形成了較為成熟的煤層氣壓裂體系，并針對(duì)不同的壓裂液、支撐劑、壓裂規(guī)模、壓裂工藝的探索試驗(yàn)。在此工藝技術(shù)上，國(guó)內(nèi)外煤層氣研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)進(jìn)行了N2、CO2、煙道氣等多種氣體驅(qū)替的增產(chǎn)試驗(yàn)。

1.3 其他增產(chǎn)技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)還在進(jìn)行井網(wǎng)調(diào)整增產(chǎn)、高能氣體壓裂、高能電脈沖解堵技術(shù)等方面的論證與試驗(yàn)。

2 樊莊區(qū)塊增產(chǎn)措施與實(shí)踐

2.1 煤層氣井水力壓裂解堵認(rèn)識(shí)

經(jīng)過(guò)分析研究認(rèn)為，沁水盆地南部煤層氣田樊莊區(qū)塊地質(zhì)條件好的區(qū)域內(nèi)低產(chǎn)井主要包括兩大類：一類為儲(chǔ)層首次壓裂改造效果差導(dǎo)致低產(chǎn)井；另一類為煤儲(chǔ)層后期傷害。后一類表現(xiàn)為3種形式［5］：①排采過(guò)程中或作業(yè)過(guò)程中造成的煤粉顆粒堵塞；②煤層氣井解吸見(jiàn)氣初期，由于停抽時(shí)間較長(zhǎng)或停抽比較頻繁，使井內(nèi)液面上升，井底流壓波動(dòng)而導(dǎo)致的地層氣鎖；③隨著氣體的解吸，煤層的基質(zhì)收縮超過(guò)某值，在地應(yīng)力作用下，可能導(dǎo)致煤基質(zhì)的應(yīng)力閉合。根據(jù)總結(jié)各類傷害井的生產(chǎn)表現(xiàn)形式（表1），可以參考判斷低產(chǎn)井的類型。

2.1.1 針對(duì)性壓裂改造措施

根據(jù)首次壓裂改造參數(shù)和氣井生產(chǎn)歷史，判別低產(chǎn)類型，針對(duì)不同類型的低產(chǎn)井制訂相應(yīng)解堵性二次壓裂施工工藝，達(dá)到解除傷害或者進(jìn)一步改造儲(chǔ)層的目的。經(jīng)過(guò)反復(fù)論證及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出了一套適合樊莊區(qū)塊煤層氣井的水力壓裂改造措施：①針對(duì)煤粉堵塞井，進(jìn)行小規(guī)模的水力壓裂解除堵塞，采取活性水壓裂液，入井液量150～200 m3，石英砂2 m3，排量控制在2～4 m3／min，砂比控制在2%～4%；②針對(duì)氣鎖井，進(jìn)行中等規(guī)模的水力壓裂解氣鎖，采取活性水壓裂液，入井液量350～400 m3，石英砂5 m3，排量控制在4～5 m3／min，砂比控制在2%～4%；③針對(duì)應(yīng)力閉合井，進(jìn)行大規(guī)模的水力壓裂解堵，采取活性水壓裂液，入井液量400～450 m3，石英砂10 m3，排量控制在6.5～8.0 m3／min，砂比控制在12%～15%；④針對(duì)壓裂效果差井，進(jìn)行二次重新壓裂技術(shù)，采取活性水壓裂液，入井液量500～550 m3，石英砂40 m3，排量控制在7～8 m3／min，砂比控制在12%～20%。另外，判別為可能存在上述多種原因?qū)е碌牡彤a(chǎn)井，需按照對(duì)應(yīng)較大壓裂規(guī)模執(zhí)行。

2.1.2 措施效果分析

近兩年期間，在樊莊區(qū)塊共實(shí)施各類水力壓裂改造井80口，其中小規(guī)模解堵井38口，中等規(guī)模解堵井12口，大規(guī)模解堵井22口，二次重新壓裂井8口，日平均增加產(chǎn)氣量44 032 m3，單井日平均產(chǎn)氣量提高550 m3以上，措施有效率達(dá)到78%（表2）。

表2 樊莊區(qū)塊水力壓裂解堵增產(chǎn)統(tǒng)計(jì)表

2.1.2.1 小規(guī)模解堵井實(shí)例分析

FB20－2井于2007年4月10日完鉆，完鉆井深520 m。2008年6月25日壓裂3＃煤，壓裂井段457.3～462.7 m，厚度5.4 m，共注入活性水壓裂液446 m3，石英砂40 m3。2008年9月4日投產(chǎn)，排采98 d解吸見(jiàn)氣，最高日產(chǎn)氣量達(dá)到2 644 m3，產(chǎn)氣高峰時(shí)日產(chǎn)水1.9 m3，維持90 d后產(chǎn)氣量迅速下降至813 m3，水量1.4 m3。判斷為粉煤灰堵塞地層通道，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。2010年6月5日進(jìn)行小規(guī)模壓裂解堵，措施后279 d，產(chǎn)氣量增加至2 200 m3，截至目前已穩(wěn)產(chǎn)75 d（圖1），已累計(jì)增產(chǎn)氣15×104m3。

圖1 樊莊區(qū)塊FB20－2井排采曲線圖

2.1.2.2 中規(guī)模解堵井實(shí)例分析

FN5－24井于2006年11月12日完鉆，完鉆井深783 m。2007年4月14日壓裂3＃煤層，壓裂井段721.6～727.5 m，厚度5.9 m，共注入活性水壓裂液551 m3，石英砂45 m3。2007年12月9日投產(chǎn)，排采134 d解吸見(jiàn)氣，最高日產(chǎn)氣量達(dá)到693 m3，產(chǎn)氣高峰時(shí)日產(chǎn)水3.5 m3，維持30 d后日產(chǎn)氣量迅速下降至211 m3，水量0.9 m3。解吸初期套壓高，出現(xiàn)頻繁停抽導(dǎo)致井底壓力波動(dòng)，低產(chǎn)判斷為由于井底壓力反復(fù)波動(dòng)導(dǎo)致地層氣鎖，導(dǎo)致套壓、產(chǎn)氣量迅速下降（圖2）。2010年4月6日進(jìn)行中等規(guī)模壓裂解堵，措施后183 d，產(chǎn)氣量增加至2 683 m3，截至目前已穩(wěn)產(chǎn)241 d，累計(jì)增產(chǎn)氣40×104m3。

2.1.2.3 大規(guī)模解堵井實(shí)例分析

FB9－8井于2006年8月2日完鉆，完鉆井深585 m。2008年6月27日壓裂3＃煤層，壓裂井段523.8～528.8 m，厚度5.0 m，共注入活性水壓裂液356 m3，石英砂30 m3。2008年11月7日投產(chǎn)，排采40 d解吸見(jiàn)氣，最高日產(chǎn)氣量達(dá)到1 746 m3，產(chǎn)氣高峰時(shí)日產(chǎn)水0.8 m3，維持138 d后日產(chǎn)氣量迅速下降至466 m3，水量0.1 m3。判斷為地層氣鎖及地層應(yīng)力閉合雙重影響，導(dǎo)致產(chǎn)量下降（圖3）。2010年5月1日進(jìn)行大規(guī)模壓裂解堵，措施后65 d，產(chǎn)氣量增加至2400 m3，截至目前已穩(wěn)產(chǎn)312 d，累計(jì)增產(chǎn)氣約54×104m3。

圖2 樊莊區(qū)塊FN5－24井排采曲線圖

圖3 樊莊區(qū)塊FB9－8井排采曲線圖

2.1.2.4 二次壓裂改造實(shí)例分析

FB18－3井于2007年5月12日完鉆，完鉆井深650 m。2008年6月6日壓裂3＃煤層，壓裂井段587.9～592.5 m，厚度4.6 m，共注入清潔壓裂液246 m3，石英砂30 m3。2008年6月21日投產(chǎn)，排采301 d解吸見(jiàn)氣，最高日產(chǎn)氣量達(dá)到1 226 m3，產(chǎn)氣高峰時(shí)日產(chǎn)水16.2 m3，維持30 d后產(chǎn)氣量迅速下降至87 m3，水量11.5 m3。判斷為首次壓裂效果差，導(dǎo)致見(jiàn)氣后套壓迅速下降，降壓范圍難以擴(kuò)展（圖4）。2010年3月27日進(jìn)行二次壓裂，措施后168 d，產(chǎn)量增加至2 632 m3，目前已穩(wěn)產(chǎn)238 d，累計(jì)增產(chǎn)氣59×104m3。

圖4 樊莊區(qū)塊FB18－3井排采曲線圖

2.1.2.5 未見(jiàn)效井實(shí)例分析

FB6－18井于2007年4月6日完鉆，完鉆井深763 m。2007年7月10日壓裂3＃煤層，壓裂井段702.8～707.5 m，厚度4.7 m，共注入活性水壓裂液460 m3，石英砂40 m3。2007年12月20日投產(chǎn)，排采127 d解吸見(jiàn)氣，最高日產(chǎn)氣量達(dá)到1 555 m3，產(chǎn)氣高峰時(shí)日產(chǎn)水3.5 m3，維持242 d后日產(chǎn)氣量迅速下降至696 m3，水量1.5 m3。判斷為作業(yè)導(dǎo)致煤粉堵塞，或氣鎖，導(dǎo)致難以高產(chǎn)。2009年6月4日進(jìn)行中等規(guī)模壓裂解堵，目前氣量700 m3，日產(chǎn)水0.7 m3。經(jīng)分析未見(jiàn)效的主要原因該井處于煤層斷層帶附近，煤體結(jié)構(gòu)破碎，煤層堵塞后，難以用壓裂方法解開(kāi)地層堵塞，只有采取連續(xù)排采，平穩(wěn)降壓的方法，進(jìn)一步擴(kuò)大解吸范圍，提高產(chǎn)氣量，隨著排采時(shí)間的增長(zhǎng)，該井產(chǎn)量開(kāi)始緩慢上升（圖5）。

2.1.3 水力解堵壓裂技術(shù)初步結(jié)論

通過(guò)不斷實(shí)踐，認(rèn)為煤層氣水力壓裂解堵措施為目前較為有效的增產(chǎn)手段。而亦有部分井效果較差，綜合分析，水力解堵井未見(jiàn)效的主要原因有3類：①選井依據(jù)不足導(dǎo)致措施無(wú)效，例如含氣量推測(cè)不準(zhǔn)，構(gòu)造不落實(shí)而導(dǎo)致的誤選；②水力壓裂改造措施的局限性，對(duì)原有裂縫改造困難，有天然裂縫區(qū)難以形成有效裂縫，或壓裂注入大量水后，延長(zhǎng)排水期導(dǎo)致短期內(nèi)難以見(jiàn)效；③解堵后，排采管理要求高，排采管理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致措施無(wú)效。

圖5 樊莊區(qū)塊FB6－18井排采曲線圖

2.2 煤層氣井其他增產(chǎn)試驗(yàn)

2.2.1 電脈沖增產(chǎn)試驗(yàn)

煤層氣井通過(guò)下套管固井、射孔壓裂完井后投入生產(chǎn)，流體入井直接通道為射孔孔眼、井筒附近煤層壓裂破碎帶，由于煤層氣生產(chǎn)為低壓生產(chǎn)，與常規(guī)油氣相比，該區(qū)域更容易被粉煤灰、泥漿、頂?shù)装迥鄮r、作業(yè)帶來(lái)入井內(nèi)的外來(lái)物質(zhì)等填充堵塞，即近井地帶污染堵塞，堵塞后煤層氣產(chǎn)量會(huì)快速遞減。用水力壓裂的方法可以解除近井地帶堵塞，而水力壓裂具有施工規(guī)模大，成本高，實(shí)施時(shí)間長(zhǎng)，見(jiàn)效周期較長(zhǎng)等局限性。針對(duì)該類問(wèn)題，2011年以來(lái)在樊莊區(qū)塊開(kāi)展了運(yùn)用高能電脈沖技術(shù)解除近井地帶污染增產(chǎn)試驗(yàn)。其基本原理是運(yùn)用高壓放電技術(shù)作用煤層氣井內(nèi)液體，使其產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波，在近井地帶產(chǎn)生的壓力脈沖將井筒附近的地層污染解開(kāi)［6］。該措施具有作業(yè)周期短、成本相對(duì)低等優(yōu)勢(shì)，但也具有脈沖壓力波及范圍小、對(duì)選井條件判別要求高等局限性。

2.2.2 徑向水力噴射試驗(yàn)

根據(jù)壓裂監(jiān)測(cè)與模擬結(jié)果，煤層氣井壓裂具有濾失量大、有效壓裂裂縫短、裂縫方向難以控制的特點(diǎn)［7］。而煤層氣高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的根本條件為降壓范圍、解吸范圍大，常規(guī)壓裂井由于有效裂縫短，導(dǎo)致排采后期解吸面積難以擴(kuò)大。為增加人工裂縫長(zhǎng)度、擴(kuò)大解吸降壓范圍的目的，運(yùn)用徑向水力噴射的方法，通過(guò)直井套管開(kāi)窗、按既定方位順煤層近鉆孔［4］，可以擴(kuò)展煤層氣井解吸滲流通道，大幅提高煤層氣產(chǎn)氣量。2011年在樊莊區(qū)塊開(kāi)展徑向水力噴射增產(chǎn)試驗(yàn)，選擇煤層穩(wěn)定連續(xù)區(qū)域，無(wú)斷層構(gòu)造、地層發(fā)育平緩（傾角小于2°）的井區(qū)，針對(duì)3＃煤層進(jìn)行了2層不同方向鉆井100 m的噴射鉆孔。目前現(xiàn)場(chǎng)鉆孔工作已經(jīng)結(jié)束，效果有待進(jìn)一步觀察。

煤層氣增產(chǎn)課題已經(jīng)成為氣田投產(chǎn)后規(guī)模增產(chǎn)、提高區(qū)塊整體采收率的重要課題。在樊莊區(qū)塊煤層氣井探索實(shí)踐中，深刻認(rèn)識(shí)到針對(duì)不同的低產(chǎn)類型，需要制訂針對(duì)性增產(chǎn)措施，而目前煤層氣增產(chǎn)技術(shù)手段還遠(yuǎn)不能滿足開(kāi)發(fā)需求。

3 結(jié)論

1）隨著開(kāi)發(fā)實(shí)踐的不斷深入，對(duì)低產(chǎn)井認(rèn)識(shí)也逐漸深入。筆者總結(jié)了沁水盆地南部樊莊區(qū)塊地質(zhì)條件好區(qū)域的低產(chǎn)井的類型，總結(jié)出運(yùn)用針對(duì)性二次性水力壓裂解堵的方式進(jìn)行低產(chǎn)井改造，實(shí)踐取得了較好的效果。認(rèn)為煤層氣水力壓裂解堵為目前較為有效的增產(chǎn)手段。

2）鑒于水力壓裂自身存在的局限性，在樊莊區(qū)塊探索了電脈沖解堵、徑向水力噴射等增產(chǎn)措施，由于實(shí)施時(shí)間短，效果有待進(jìn)一步觀察。

3）煤層氣增產(chǎn)課題貫穿于煤層氣開(kāi)發(fā)的全過(guò)程，目前的增產(chǎn)技術(shù)遠(yuǎn)不能滿足開(kāi)發(fā)需求。

［1］李夢(mèng)溪，劉慶昌，張建國(guó)，等.構(gòu)造模式與煤層氣井產(chǎn)能的關(guān)系——以晉城煤區(qū)為例［J］.天然氣工業(yè)，2010，30（11）：10－13.

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EOR measures for CBM gas wells and their practices in the Fanzhuang Block，southern Qinshui Basin

Zhang Cong1，Li Mengxi1，Wang Lilong1，Shi Hanyou2，Wang Jin1
（1.CBM Gas Ex ploration ＆Development Branch of North China Oilfield Company，PetroChina，Jincheng，Shanxi 048000，China；2.New Energy Division of North China Oilfield Company，PetroChina，Renqiu，Hebei 062552，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 31，ISSUE 11，pp.26－29，11／25／2011.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

The commercial CBM production has always been restricted by the low productivity per well in the Fanzhuang Block of the Qinshui Basin.In view of this，this paper first introduces the EOR methods for all types of CBM gas wells，and focuses on the analysis of specific methods of enhancing the CBM recovery and their effects in this study area.The results show that（1）the secondary de－plugging hydraulic frac treatment is one of the most effective means，（2）other methods like electroporation and radial hydraulic jetting are new trials in exploratory studies，and（3）how to enhance the CBM recovery is always the most concerned with regard to the whole process of CBM development.

Qinshui Basin，south，CBM gas well，EOR，de－plugging，secondary fracturing，hydraulic jetting，electroporation

張聰?shù)?沁水盆地南部樊莊區(qū)塊煤層氣井增產(chǎn)措施與實(shí)踐.天然氣工業(yè)，2011，31（11）：26－29.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.11.007

國(guó)家科技重大專項(xiàng)“山西沁水盆地煤層氣水平井開(kāi)發(fā)示范工程”（編號(hào)：2011ZX05061）。

張聰，1983年生，碩士，工程師；主要從事煤層氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)研究工作。地址：（048000）山西省晉城市文博路969號(hào)。電話：（0356）2286706。E－mail：mcq－zhangc＠163.com

2011－09－05 編輯 韓曉渝）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.11.007

Zhang Cong，engineer，born in 1983，holds an M.Sc.degree and is mainly engaged in technical research of CBM gas exploration and development.

Add：No.969，Wenbo Rd.，Jincheng，Shanxi 048000，P.R.China

Tel：＋86－356－2286 706 E－mail：mcq－zhangc＠163.com