薛海飛，朱光輝，王 偉，陸小霞，王明昊，王延斌

沁水盆地柿莊區(qū)塊煤層氣井壓裂增產(chǎn)效果關(guān)鍵影響因素分析與實(shí)踐

薛海飛1，朱光輝2，王 偉2，陸小霞2，王明昊1，王延斌3

(1. 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司晉城分公司，山西 晉城 048000；2. 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100016；3. 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與地球科學(xué)學(xué)院，北京 100083)

針對沁水盆地柿莊區(qū)塊煤層氣開發(fā)過程中低產(chǎn)低效問題，基于大量實(shí)際生產(chǎn)資料分析，探討地質(zhì)因素和工程因素對煤層氣開發(fā)效果的影響。結(jié)果認(rèn)為，地應(yīng)力和煤體結(jié)構(gòu)是影響煤層氣井壓裂增產(chǎn)效果的關(guān)鍵地質(zhì)因素。其中，煤層氣井壓裂過程中，高地應(yīng)力影響裂縫延伸和支撐，水平主應(yīng)力差影響裂縫延伸方向和形態(tài)；煤體結(jié)構(gòu)較差的煤層在壓裂中易形成煤粉，堵塞導(dǎo)流通道，壓裂效果變差。影響壓裂效果的工程因素主要包括壓裂液性能、施工排量、前置液占比和井徑擴(kuò)大率，針對研究區(qū)地質(zhì)概況，提出“2%KCl+清水、階梯排量注入、前置液量180~240 m3、優(yōu)化射孔段和水力波及壓裂”等系列優(yōu)化技術(shù)，并指出煤層氣壓裂選井是決定壓裂效果和開采經(jīng)濟(jì)性的重要環(huán)節(jié)。將優(yōu)化技術(shù)在柿莊區(qū)塊北部深部煤層氣開發(fā)井中加以實(shí)踐驗(yàn)證，取得很好的增產(chǎn)效果。研究成果及認(rèn)識對沁水盆地及相同地質(zhì)條件區(qū)域的煤層氣開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

沁水盆地；柿莊區(qū)塊；壓裂影響因素；地應(yīng)力；煤體結(jié)構(gòu)；參數(shù)優(yōu)化

柿莊區(qū)塊位于沁水盆地東南部，是我國煤層氣勘探程度較高的區(qū)塊之一。中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司從2010年起開始大規(guī)模產(chǎn)能建設(shè)，效仿國內(nèi)外其他區(qū)塊的直井壓裂完井方式和工藝參數(shù)。但隨著煤層埋深增加，地質(zhì)條件愈發(fā)復(fù)雜，經(jīng)過幾年的煤儲層排采降壓，出現(xiàn)了大面積的低產(chǎn)井，且不同區(qū)塊和不同區(qū)域的儲層改造效果差異較大。以柿莊區(qū)塊南部為例，區(qū)內(nèi)完成鉆井千余口，平均單井日產(chǎn)氣量約213 m3/d，開發(fā)效果與采用同樣工藝的潘河區(qū)塊相比差距較大，形成煤層氣“資源量大、產(chǎn)出量低、經(jīng)濟(jì)效益低”的不良態(tài)勢。

前人對沁水盆地柿莊區(qū)塊開展了大量的研究工作，主要可以歸類為以下幾個方面：區(qū)域地質(zhì)條件研究，包括煤儲層的成因、演化及構(gòu)造特征[1-2]，煤層氣富集主控因素及潛力評價[3]，壓裂縫延伸機(jī)理及效果評價[4-5]。針對地質(zhì)條件對工程開發(fā)效果的影響機(jī)制研究較少，且隨著區(qū)塊開發(fā)深度的不斷加深，地質(zhì)條件變得更為復(fù)雜，煤層的非均質(zhì)性對儲層建模和效果分析造成諸多不確定性，壓裂技術(shù)更多的是依據(jù)數(shù)值模擬和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，未能結(jié)合產(chǎn)氣效果和工程影響因素進(jìn)一步論證。在前人研究的基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合柿莊區(qū)塊的實(shí)際生產(chǎn)資料，重點(diǎn)探討煤層氣開發(fā)過程中地質(zhì)因素和工程因素對增產(chǎn)效果的影響，提出低滲煤層壓裂增產(chǎn)的優(yōu)化建議，并在柿莊北區(qū)塊深部煤層氣開發(fā)中加以實(shí)踐驗(yàn)證。

1 區(qū)域開發(fā)概況

1.1 地質(zhì)條件

柿莊區(qū)塊位于沁水盆地南部，區(qū)內(nèi)3號煤層埋深在700~1 100 m，屬于深煤層開發(fā)范疇。煤層厚度為5.2~8.0 m，平均6.1 m，區(qū)塊范圍內(nèi)煤層發(fā)育比較穩(wěn)定，是柿莊區(qū)塊煤層氣開發(fā)的主要目的層。受NE—SW向主應(yīng)力擠壓作用影響，區(qū)內(nèi)發(fā)育一系列NNE、SN向斷層。煤層滲透率為(0.01~0.46)×10-3μm2。3號煤宏觀煤巖類型為半亮型–半暗型煤，煤體結(jié)構(gòu)以碎裂結(jié)構(gòu)為主，煤的鏡質(zhì)體最大反射率為2.20%~3.06%。實(shí)測含氣量為3.11~21.61 m3/t，具有煤層氣資源基礎(chǔ)，但與已成功開發(fā)的沁水盆地潘河區(qū)塊地質(zhì)條件相比較差。

1.2 開采情況

工程開發(fā)完全效仿潘河區(qū)塊的直井下套管固井完井方式，壓裂采用活性水泵注加砂，單井壓裂規(guī)?？偵傲考s為50 m3，總液量600 m3。采用同樣的開發(fā)工藝，產(chǎn)氣效果卻與潘河區(qū)塊差異較大(表1)。柿莊區(qū)塊南部產(chǎn)氣井平均單井產(chǎn)量213 m3/d，產(chǎn)量大于1 000 m3/d的井僅占投產(chǎn)井?dāng)?shù)的6.7%。研究區(qū)北部3號煤層平均埋深超過1 000 m，受高地應(yīng)力和煤體結(jié)構(gòu)等因素的影響，常規(guī)的活性水壓裂工藝應(yīng)用效果更差，北部平均單井產(chǎn)量低于100 m3/d。

表1 柿莊區(qū)塊開發(fā)現(xiàn)狀

2 壓裂效果影響因素分析

提高煤層氣單井產(chǎn)量有兩條途徑[6]：①增大儲層泄氣面積，例如水平井鉆井、直井壓裂、水平井分段壓裂等技術(shù)；②加快儲層中氣體向井筒運(yùn)移的速度。筆者充分借鑒煤礦瓦斯治理的基本原理，圍繞煤層氣產(chǎn)氣機(jī)理和以上兩條增產(chǎn)途徑，提出壓裂增產(chǎn)技術(shù)的基本目標(biāo)，即增大壓裂儲層改造體積，擴(kuò)大單井具有產(chǎn)氣貢獻(xiàn)的解吸面積，并在壓裂和排采期間保持具有高導(dǎo)流能力的穩(wěn)定通道，這既可作為壓裂效果的評價指標(biāo)，也將直接影響單井產(chǎn)氣效果。

2.1 地質(zhì)因素

國外對中–低階煤層氣的研究較多，一般根據(jù)含氣量、滲透率、儲層力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力等地質(zhì)因素選取配套的工程技術(shù)，但對影響深部高煤階煤層氣壓裂效果的地質(zhì)因素的系統(tǒng)研究較少。筆者綜合沁水盆地柿莊區(qū)塊煤層氣的開發(fā)實(shí)踐，基于大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，認(rèn)為地應(yīng)力和煤體結(jié)構(gòu)是影響煤層氣井壓裂增產(chǎn)效果的關(guān)鍵因素。

2.1.1 地應(yīng)力

在低水平主應(yīng)力差條件下，水力裂縫在多個方向起裂，易溝通儲層的天然裂隙，并沿天然裂隙和割理擴(kuò)展產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫，形成更大的改造體積；而高水平主應(yīng)力差條件下，當(dāng)>0.84時，水力裂縫易在起裂后沿平行最大水平主應(yīng)力的方位起裂并延伸。圖1為由壓裂微地震事件生成的裂縫延伸形態(tài)，可以看出在裂縫形成的早期至晚期，裂縫延伸方向較固定，與最大水平主應(yīng)力方向幾乎平行，形成單一不可控的窄長縫，不利于煤儲層縫網(wǎng)的形成，壓裂改造效果變差。排采后產(chǎn)氣量難以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)，一旦出現(xiàn)裂縫堵塞，單井產(chǎn)氣量快速降低。

圖1 裂縫延伸形態(tài)

地應(yīng)力對裂縫支撐形態(tài)也產(chǎn)生影響。楊延輝等[9]對沁水盆地南部夏店區(qū)塊煤儲層地應(yīng)力及滲透性的研究認(rèn)為：一般地應(yīng)力低的地區(qū)，煤儲層滲透率高；地應(yīng)力高的地區(qū)，天然裂隙和人造裂縫逐漸均趨于閉合，煤儲層滲透率改造程度低。通過測井曲線計算，研究區(qū)平均垂直應(yīng)力v為18.9 MPa，地應(yīng)力呈現(xiàn)出max>v>min的分布特征。隨著排采的進(jìn)行井底流壓降低，在高垂直應(yīng)力作用下，直井壓裂產(chǎn)生的遠(yuǎn)端裂縫逐漸閉合，近井地帶和裂縫中部的支撐劑嵌入煤層，裂縫寬度變窄，加上煤粉運(yùn)移和堵塞，無法建立有效的導(dǎo)流通道，產(chǎn)氣量逐漸降低，出現(xiàn)大面積不產(chǎn)氣不產(chǎn)水的低產(chǎn)井，小于500 m3/d的低產(chǎn)井超過87%，且隨著埋深的加大，常規(guī)活性水壓裂的效果逐漸變差。

2.1.2 煤體結(jié)構(gòu)

煤體結(jié)構(gòu)指煤層在地質(zhì)歷史演化過程中受地質(zhì)作用后呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)特征，其類型主要分為原生結(jié)構(gòu)煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤[10]。

柿莊區(qū)塊位于沁水盆地中南部，沉積過程中經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動，3號煤以碎裂煤為主，原生煤次之，構(gòu)造區(qū)域碎粒煤發(fā)育。煤體結(jié)構(gòu)劃分可依據(jù)測井曲線中的自然伽馬、電阻率和井徑，基于沁水盆地南部煤體結(jié)構(gòu)測井解釋模型[11]和參數(shù)優(yōu)化，計算出全區(qū)地質(zhì)強(qiáng)度因子GSI值，從而劃分煤體結(jié)構(gòu)的分布特征。

式中為煤體結(jié)構(gòu)GSI值；RD為深側(cè)向電阻率值，Ω·m；GR為自然伽馬值，API；CALX為向井徑值，cm；CALY為向井徑值，cm。

煤體結(jié)構(gòu)對煤儲層物性、壓裂效果以及產(chǎn)氣效果都會產(chǎn)生較大影響。其中，碎粒煤和糜棱煤破壞程度嚴(yán)重，鉆井中鉆井液容易侵入煤儲層內(nèi)部造成儲層污染，煤層段井徑擴(kuò)大率增大；壓裂中易形成煤粉，堵塞導(dǎo)流通道，裂縫無法沿儲層向遠(yuǎn)端擴(kuò)展，常規(guī)的壓裂方式無法達(dá)到增產(chǎn)效果。

對比不同煤儲層結(jié)構(gòu)的兩口壓裂井壓裂效果(圖2)，A1井和A2井為同一井組2口煤層氣壓裂井，A1井煤體結(jié)構(gòu)為碎裂–碎粒煤，壓裂施工無明顯破壓，裂縫形成后，施工壓力呈上升趨勢，屬于典型的壓力平穩(wěn)上升型曲線，表明造縫過程中，前置液濾失量逐漸變小。從前置液階段和停泵壓降階段的曲線特征可以看出，該井煤體結(jié)構(gòu)較為破碎，未能形成主裂縫，在高速水流的沖刷下，產(chǎn)生的煤粉不斷堵塞裂縫，使得裂縫寬度變窄，裂縫無法向遠(yuǎn)端延伸，儲層改造體積受限。排采過程中裂縫通道受到煤粉堵塞的影響，導(dǎo)流能力較差，產(chǎn)氣量較低。而A2井煤體結(jié)構(gòu)為原生–碎裂煤，壓裂中出現(xiàn)明顯破壓，反映出該井煤層的脆性結(jié)構(gòu)。在攜砂液階段，施工壓力呈平穩(wěn)–下降趨勢，裂縫延伸較好，裂縫導(dǎo)流能力較高，排采穩(wěn)定后煤層氣日產(chǎn)量最高達(dá)2 000 m3/d，壓裂改造效果較好。

2.2 工程因素

2.2.1 壓裂液性能

壓裂液性能是影響煤層氣井壓裂效果的關(guān)鍵因素之一，在優(yōu)選壓裂液類型時除了需要考慮攜砂性能，還要關(guān)注壓裂液對儲層的傷害和現(xiàn)場應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性。劉玉章等[12]利用長慶油田天然砂巖露頭進(jìn)行模擬試驗(yàn)，頂?shù)装迮c儲層壓力差為7 MPa，分別采用滑溜水、線性膠進(jìn)行壓裂試驗(yàn)。結(jié)果表明，黏度較小的滑溜水壓裂液裂縫高度較小，受層間應(yīng)力差條件控制較為明顯，而黏度大的線性膠壓裂液更容易壓穿頂?shù)装?。煤層氣增產(chǎn)應(yīng)盡量增大儲層改造體積，在開發(fā)中需要避免近井地帶壓裂串層，導(dǎo)致壓裂液在近井地帶大量濾失，裂縫橫向延伸受阻。此外，目前國內(nèi)煤層氣使用的清潔壓裂液大多未做到真正意義上的“清潔”，現(xiàn)場應(yīng)用破膠效果不理想，壓后壓裂液返排率低，煤儲層滲透率進(jìn)一步降低。

從柿莊區(qū)塊各類壓裂液排采效果統(tǒng)計圖(圖3)可以看出，雖然以清潔壓裂液為代表的新型壓裂液在一定程度上提升了攜砂能力，但其所帶來的收益并不明顯。煤層氣屬于低成本投資，在具備加砂能力的前提下，從經(jīng)濟(jì)實(shí)用性考慮[13]活性水壓裂更為實(shí)用。

注：GR—自然伽馬，API；SP—自然電位，mV；RS—淺側(cè)向電阻率，Ω·m；RD—深側(cè)向電阻率，Ω·m。

圖3 柿莊區(qū)塊各類壓裂液的產(chǎn)氣效果

2.2.2 施工排量

煤層氣井壓裂中施工排量對壓裂效果的影響很大。根據(jù)蘭姆方程的理論，巖石的彈性模量與水力裂縫的寬度成反比[14]。煤體具有低彈性模量、高泊松比的力學(xué)特征(表2)，加上煤層本身割理發(fā)育，壓裂時容易產(chǎn)生多裂縫，壓裂中濾失量很大。如果排量過小，壓裂液主要沿著井筒附近的天然裂隙延伸，壓裂效率降低，無法在煤層中形成較長的裂縫，儲層改造體積受限。如果排量過大，井底排量和裂縫凈壓力升高，對于裂縫延伸困難或頂?shù)装鍨槿鯌?yīng)力巖層的煤層氣井，液體在進(jìn)入地層后向垂直方向延伸，穿透煤層進(jìn)入頂?shù)装澹瑝毫研Ч儾頪15]。

表2 柿莊區(qū)塊煤層頂?shù)装辶W(xué)參數(shù)

筆者針對煤層割理發(fā)育特征，結(jié)合研究區(qū)煤層氣井排量特征和產(chǎn)出數(shù)據(jù)，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)前置液階段變排量注入井相比定排量注入井的平均產(chǎn)氣量高出3倍以上。通過借鑒高產(chǎn)井的成功經(jīng)驗(yàn)(圖4)及參數(shù)優(yōu)化，提出階段變排量注入方式，從而控制裂縫的延伸和走向。即采用較小的排量(0.5~3 m3/min)起裂，可以有效地控制近井地帶裂縫的起裂面積和方向，降低多裂縫和彎曲裂縫產(chǎn)生的摩阻；在造縫階段逐級提高施工排量，用中等排量(3~6 m3/min)擴(kuò)張主裂縫寬度，并有效控制縫高；攜砂液階段采用較大排量(6~8 m3/min)施工，確保加砂壓裂順利完成。

圖4 柿莊區(qū)塊高產(chǎn)井階段變排量壓裂曲線

2.2.3 前置液占比

前置液的作用主要是在儲層內(nèi)造成一定規(guī)模和尺寸的裂縫，有助于攜砂液階段加砂的順利進(jìn)行。前置液量的大小決定著壓裂造縫的規(guī)模和支撐效果，前置液階段裂縫延伸形態(tài)不好，支撐劑的鋪砂效果亦會變差。基于煤巖特有的力學(xué)特性和天然割理，煤層氣井在壓裂中通常是多條裂縫同時起裂，在近井地帶形成較多濾失[16]，若前置液量不足可能造成造縫體積不夠，攜砂液階段壓力波動較大。在煤體結(jié)構(gòu)較為破碎的區(qū)域，前置液量不足會導(dǎo)致煤粉不斷堆積，裂縫寬度受限，近井筒的煤粉無法推至遠(yuǎn)端，攜砂液階段與支撐劑混合堵塞裂縫，出現(xiàn)加砂困難和砂堵的現(xiàn)象，壓裂效果大幅降低。

經(jīng)統(tǒng)計，研究區(qū)北部前置液比例在25%~35%的施工曲線中，壓力穩(wěn)定型和下降型曲線所占比例為60%，前置液比例與裂縫延展難易程度呈正相關(guān)。建議在地質(zhì)構(gòu)造較為發(fā)育的區(qū)域，適當(dāng)增大前置液占比(30%~45%)，進(jìn)一步增加煤層的改造體積，疏通已形成的裂縫通道，減少近井地帶裂縫壁面粗糙度和煤粉引起的堵塞，降低壓裂施工超壓和砂堵的風(fēng)險，進(jìn)一步增大支撐裂縫體積和煤層泄壓面積。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 壓裂井選取原則

柿莊區(qū)塊處于沁水盆地南部，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育NE向斷層，煤體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在選擇開發(fā)方式上需要充分考慮煤體結(jié)構(gòu)的分布特征。朱慶忠等[17]研究表明，原生煤比例較高的區(qū)域適合直井壓裂完井；碎裂煤比例較高的區(qū)域適合采用水平井方式或者優(yōu)化工藝壓裂開發(fā)；碎粒煤、糜棱煤發(fā)育的區(qū)域，現(xiàn)有技術(shù)水平難以達(dá)到開采條件，建議暫不開采。柿莊區(qū)塊18口二次壓裂井，忽略了煤體結(jié)構(gòu)的影響，采用相同的水力壓裂工藝參數(shù)，效果差異性較大，且低產(chǎn)井比例較高，僅有2口井達(dá)到1 000 m3/d。為了改善煤層氣井的壓裂效果，提高煤層氣開采的經(jīng)濟(jì)性和有效性，在優(yōu)化壓裂工藝前必須結(jié)合煤體結(jié)構(gòu)等條件科學(xué)選井。經(jīng)統(tǒng)計，區(qū)內(nèi)煤體結(jié)構(gòu)以原生–碎裂、碎裂–碎粒為主，產(chǎn)氣較好的井碎粒煤比率一般小于25%，3號煤平均深側(cè)向電阻率RD>6 400 Ω·m，而碎粒煤發(fā)育的煤層氣井，常規(guī)活性水壓裂效果較差，平均日產(chǎn)氣量小于500 m3。確定壓裂井選取原則是近些年煤層氣壓裂最容易被忽視也是最關(guān)鍵的一步，筆者建議柿莊區(qū)塊優(yōu)選煤層平均電阻率在6 400 Ω·m以上的區(qū)域。

3.2 壓裂工藝參數(shù)

根據(jù)柿莊區(qū)塊北部地質(zhì)特征，結(jié)合壓裂效果影響因素，對壓裂工程參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化：①考慮到研究區(qū)煤層上部存在二疊系下統(tǒng)山西組含水層，壓裂液優(yōu)選活性水壓裂體系，配方為2%KCl +清水；②階梯排量注入：起裂階段0.5~3 m3/min，前置液階段3~6 m3/min，攜砂液階段6~8 m3/min；③增大前置液占比，注入量控制在180~240 m3；④優(yōu)化射孔段，避開下部軟煤，在煤體結(jié)構(gòu)相對較好或頂板進(jìn)行集中式射孔，控制裂縫起裂范圍和方向；⑤采用水力波及壓裂技術(shù)，現(xiàn)場3口井同步壓裂，通過應(yīng)力干擾減少應(yīng)力差對壓裂的影響。

3.3 應(yīng)用效果

遵循上述壓裂井分析和工藝參數(shù)優(yōu)化原則，在柿莊區(qū)塊北部選取21口井進(jìn)行活性水壓裂現(xiàn)場試驗(yàn)。施工壓力平均20 MPa，裂縫閉合壓力15 MPa。在一系列的壓裂參數(shù)調(diào)整后，整體施工壓力平穩(wěn)，未出現(xiàn)由于地應(yīng)力或煤體結(jié)構(gòu)等原因?qū)е碌牧芽p延展問題，施工成功率提高至100%，儲層改造體積進(jìn)一步增大。通過一年時間的精細(xì)化穩(wěn)定排采，21口井見氣率100%，平均套壓0.4 MPa，其中11口井產(chǎn)氣量超1 000 m3/d，整體呈明顯上升趨勢(圖5)。與區(qū)內(nèi)其他壓裂井相比，平均產(chǎn)氣量提高5倍。試驗(yàn)結(jié)果表明，充分考慮地應(yīng)力和煤體結(jié)構(gòu)影響因素的基礎(chǔ)上，通過工藝優(yōu)化，選取活性水壓裂可取得很好的增產(chǎn)效果。

圖5 試驗(yàn)井生產(chǎn)資料

4 結(jié)論

a. 高地應(yīng)力影響裂縫延伸和支撐，水平主應(yīng)力差影響裂縫延伸方向和形態(tài)。煤體結(jié)構(gòu)較差的煤層在壓裂中易形成煤粉，堵塞導(dǎo)流通道，壓裂效果變差。

b. 影響壓裂效果的工程因素較多，針對柿莊區(qū)塊地質(zhì)條件，提出“2%KCl+清水、階梯排量注入、前置液量180~240 m3、優(yōu)化射孔段和水力波及壓裂”等系列技術(shù)，試驗(yàn)表明，與區(qū)內(nèi)其他壓裂井相比，試驗(yàn)井平均產(chǎn)氣量提高5倍。

c. 選井是決定煤層氣井壓裂效果的重要環(huán)節(jié)，開發(fā)中易被忽視，必須結(jié)合煤體結(jié)構(gòu)等地質(zhì)特征，通過電阻率值等表征值，優(yōu)化選井原則。

[1] 傅雪海，秦勇，韋重韜. 煤層氣地質(zhì)學(xué)[M]. 徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[2] 柳迎紅，呂玉民，郭廣山，等. 柿莊南區(qū)塊煤層氣儲層精細(xì)評價及其應(yīng)用[J]. 中國海上油氣，2018，30(4)：113–119. LIU Yinghong，LYU Yumin，GUO Guangshan，et al. Refined reservoir evaluation and its application in coalbed methane reservoirs in Shizhuangnan block[J]. China Offshore Oil and Gas，2018，30(4)：113–119.

[3] 郭廣山，邢力仁. 柿莊南煤層氣富集主控因素及開發(fā)潛力分析[J]. 潔凈煤技術(shù)，2015，21(4)：117–121. GUO Guangshan，XING Liren. Primary geological controlling factors of coalbed methane enrichment and its exploration potential in southern Shizhuang block[J]. Clean Coal Technology，2015，21(4)：117–121.

[4] 馮虎，徐志強(qiáng). 沁水盆地煤層氣壓裂典型曲線分析及應(yīng)用[J]. 煤炭工程，2015，47(8)：116–118. FENG Hu，XU Zhiqiang. Analysis and application of fracturing typical curve of CBM well in Qinshui basin[J]. Coal Engineering，2015，47(8)：116–118.

[5] 劉海龍. 柿莊南煤層氣井壓裂效果評價及影響因素分析[J]. 北京石油化工學(xué)院學(xué)報，2014，22(1)：20–26. LIU Hailong. An analysis of the fracturing effect and the influencing factors in the case of coalbed methane wells in Shizhuangnan[J]. Journal of Beijing Institute of Petro-chemical Technology，2014，22(1)：20–26.

[6] 羅平亞. 關(guān)于大幅度提高我國煤層氣井單井產(chǎn)量的探討[J]. 天然氣工業(yè)，2013，33(6)：1–6. LUO Pingya. Discussion on how to significantly improve the single-well productivity of CBM gas wells in China[J]. Natural Gas Industry，2013，33(6)：1–6.

[7] 付曉龍，戴俊生，張丹丹，等. 沁水盆地柿莊北區(qū)塊 3號煤層裂縫預(yù)測[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2017，45(1)：56–61. FU Xiaolong，DAI Junsheng，ZHANG Dandan，et al. Prediction of fractures of seam No.3 in northern Shizhuang，Qinshui basin[J]. Coal Geology & Exploration，2017，45(1)：56–61.

[8] 唐書恒，朱寶存，顏志豐. 地應(yīng)力對煤層氣井水力壓裂裂縫發(fā)育的影響[J]. 煤炭學(xué)報，2011，36(1)：65–69. TANG Shuheng，ZHU Baocun，YAN Zhifeng. Effect of crustal stress on hydraulic fracturing in coalbed methane wells[J]. Journal of China Coal Society，2011，36(1)：65–69.

[9] 楊延輝，孟召平，陳彥君，等. 沁南—夏店區(qū)塊煤儲層地應(yīng)力條件及其對滲透性的影響[J]. 石油學(xué)報，2015，36(增刊1)：91–96. YANG Yanhui，MENG Zhaoping，CHEN Yanjun，et al. Geo-stress condition of coal reservoirs in Qinnan-Xiadian block and its influenes on permeability[J]. Acta Petrolei Sinica，2015，36(S1)：91–96.

[10] 鐘玲文，員爭榮，李貴紅，等. 我國主要含煤區(qū)煤體結(jié)構(gòu)特征及與滲透性關(guān)系的研究[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2004，32(增刊1)：77–81. ZHONG Lingwen，YUAN Zhengrong，LI Guihong，et al. The relationship between coal structure and permeability in main coal bearing areas in China[J]. Coal Geology & Exploration，2004，32(S1)：77–81.

[11] 陶傳奇，王延斌，倪小明，等. 基于測井參數(shù)的煤體結(jié)構(gòu)預(yù)測模型及空間展布規(guī)律[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2017，45(2)：173–177. TAO Chuanqi，WANG Yanbin，NI Xiaoming，et al. Prediction model of coal-body structure and spatial distibution law based on logging parameters[J]. Coal Science and Technology，2017，45(2)：173–177.

[12] 劉玉章，付海峰，丁云宏，等. 層間應(yīng)力差對水力裂縫擴(kuò)展影響的大尺度實(shí)驗(yàn)?zāi)M與分析[J]. 石油鉆采工藝，2014，36(4)：88–92. LIU Yuzhang，F(xiàn)U Haifeng，DING Yunhong，et al. Large scale experimental simulation and analysis of interlayer stress difference effect on hydraulic fracture extension[J]. Oil Drilling & Production Technology，2014，36(4)：88–92.

[13] 陳海匯，范洪富，郭建平，等. 煤層氣井水力壓裂液分析與展望[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2017，45(5)：33–40. CHEN Haihui，F(xiàn)AN Hongfu，GUO Jianping，et al. Analysis and prospect on hydraulic fracturing fluid used in coalbed methane well[J] . Coal Geology & Exploration，2017，45(5)：33–40.

[14] 蔡美峰，何滿潮，劉東燕. 巖石力學(xué)與工程[M]. 北京：科學(xué)出版社，2002.

[15] 薛海飛，高海濱，劉惠洲，等. 煤層氣壓裂縫高控制對排采影響的研究[J]. 中國煤層氣，2014，11(4)：16–19.XUE Haifei，GAO Haibin，LIU Huizhou，et al. Research on the effect mechanism of fracture height control on CBM production[J]. China Coalbed Methane，2014，11(4)：16–19.

[16] 薛海飛. 煤層氣定向井壓裂特征分析及工藝優(yōu)化[J]. 中國煤層氣，2017，14(1)：11–14. XUE Haifei. Feature analysis and process optimization of fracturing in CBM directional well[J]. China Coalbed Methane，2017，14(1)：11–14.

[17] 朱慶忠，楊延輝，王玉婷，等. 高階煤層氣高效開發(fā)工程技術(shù)優(yōu)選模式及其應(yīng)用[J]. 天然氣工業(yè)，2017，37(10)：27–34. ZHU Qingzhong，YANG Yanhui，WANG Yuting，et al. Optimal geological-engineering models for highly efficient CBM gas development and their application[J]. Natural Gas Industry，2017，37(10)：27–34.

Analysis and application of key influencing factors of CBM well fracturing effects in Shizhuang area, Qinshui basin

XUE Haifei1, ZHU Guanghui2, WANG Wei2, LU Xiaoxia2, WANG Minghao1, WANG Yanbin3

(1. Jincheng Branch of China United Coalbed Methane Corporation, Jincheng 048000, China; 2. China United Coalbed Methane Corporation, Beijing 100016, China; 3. School of Resources and Gescience, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China)

CBM fracturing effect has many influencing factors. Development effect with the same technology is different in different area. Based on a large amount of geological and engineering data in Shizhuang block, it was found that high geo-stress affects fracture extension and support in CBM fracturing, and difference between horizontal stress affects fracture direction and morphology. Coal seam with poor coal structure can produce large amount of gum during fracturing, which will block the diversion channel and result in poor fracturing effect. Engineering factors affecting fracturing effect mainly include the fracturing fluids performance, displacement, prepad fluid proportion and hole enlargement ratio. Finally, a serie of optimized technique was proposed, including “2%KCl+water, ladder displacement injection, prepad fluid volume 180-240 m3, perforation optimization and hydraulic networks fracturing”. It was pointed out that the well pattern of CBM fracturing was important to fracturing effects and economics. Field practice shows that the research results have strong guiding significance for CBM development.

Qinshui basin; Shizhuang block; fracturing influencing factors; geo-stress; coal structure; parameter optimization

TE375

A

10.3969/j.issn.1001-1986.2019.04.012

1001-1986(2019)04-0076-06

2018-10-12

國家科技重大專項項目(2011ZX05060)；中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司青年科技項目(JZTW2019KJ26)；中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司科技創(chuàng)新基金項目(E-Z318R006)

National Science and Technology Major Project(2011ZX05060)；Youth Science and Technology Project of China United Coalbed Methane Company(JZTW2019KJ26)；Science and Technology Innovation Fund of China United Coalbed Methane Company (E-Z318R006)

薛海飛，1986年生，男，江蘇南通人，碩士，工程師，從事油氣田開發(fā)和煤層氣鉆完井工藝研究工作. E-mail：xuehf@cnooc.com.cn

薛海飛，朱光輝，王偉，等. 沁水盆地柿莊區(qū)塊煤層氣井壓裂增產(chǎn)效果關(guān)鍵影響因素分析與實(shí)踐[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2019，47(4)：76–81.

XUE Haifei，ZHU Guanghui，WANG Wei，et al.Analysis and application of key influencing factors of CBM well fracturing effects in Shizhuang area, Qinshui basin[J]. Coal Geology & Exploration，2019，47(4)：76–81.

(責(zé)任編輯 范章群)