深部煤层气“有效支撑”理念及创新实践——以鄂尔多斯盆地延川南煤层气田为例

中国先后在鄂尔多斯盆地东缘、沁水盆地、滇东黔西等地区进行了深部煤层气的开发试验,虽然在提高单井产量和提升现有低产低效井产能方面取得了新进展、新突破,但尚未形成系统的、能够有效指导深层煤层气勘探开发实践的理论和技术。为此,基于鄂尔多斯盆地延川南深部煤层气田多年来的勘探开发实践,针对提高煤层气单井产量和提升现有低产低效井产能的难题,通过强化煤岩特性、裂缝延伸、气体解吸—渗流机理等基础研究的再认识,开展了大量现场储层改造攻关试验。研究结果表明 ：(1)该区煤岩天然割理裂隙发育、水平应力差异系数小,缝网足够复杂,造成强滤失,导致支撑短,井下揭示支撑主缝不足 30 m,常规压裂方式难以形成长距离有效支撑裂缝是导致该区深部煤层低产、低效的根本原因 ;(2)创新提出“有效支撑”理念,即极大限度地延长高效导流通道沟通煤岩裂缝,实现主裂缝充分延伸铺砂、次级裂缝有效充填达到“远支撑”目的 ;(3)开展了“远距离运移、高效率推进、大规模铺砂”等先导工艺试验,优化形成了以“大排量、大液量、大砂量”为关键参数的有效支撑压裂技术,并在该区实现规模化应用,实施开发井 33 口,建成产能 1.44×10^{8 ...}     

轮南油田复合柱塞气举新工艺

随着轮南油田地层能量不断衰竭,大部分油井已经进入低压、低产阶段,常规柱塞气举井产量低、携液效率低,且该工艺间歇性开关井制度制定不合理时易导致井筒积液压死油层,造成经济损失。为了解决上述问题,通过室内研究与现场试验,采用多项工艺相结合的方式研发出一套“固定式多级气举阀管柱+浮动式中空快速柱塞+清蜡柱塞”相结合的复合柱塞气举新工艺。该工艺在前期柱塞气举技术的基础上进行了创新,实现了不关井连续生产,避免井筒积液,现场应用4井次共减少清蜡作业次数147次、减少制氮车气举作业LNA井2次、LNB井1次,并且复合柱塞运行增油1 096 t。复合柱塞气举新工艺现场应用效果明显,已逐步在油田进行推广,实现柱塞气举井高效生产。     

煤层气低产井低产原因及增产改造技术

沁水煤层气田的煤层气开发已初具规模,但部分煤层气开发井由于地质、工程或排采因素的影响而产量低,亟需查明原因。为此,从地质因素(构造位置、陷落柱、断层等)、工程因素(钻完井及水力压裂过程中储层污染等)和排采因素(套压控制、排液速度、停电停抽等)3个方面对煤层气单井产气量的影响进行了详细的分析,阐述了嵌套钻井、短半径水力喷射钻井、小井眼侧钻、二次(重复)水力压裂等增产改造技术的特点及优势,并结合对煤层气低产井原因的分析,给出了不同增产改造技术的适用特性。对煤层气规模开发过程中老井、低产井的后期改造提供了技术支撑。     

煤层气井组生产特征及产能差异控制因素

为揭示影响相邻煤层气井组以及同一井组间产能差异控制因素,基于SZB煤层气一体化区典型相邻煤层气井组生产动态变化特征,探讨了产能类型、平均产气量和平均产水量等参数的差异性,并从地质控制因素、工程工艺控制因素和排采管理因素出发,详实剖析了资源条件、有利煤储层发育程度、井身质量、固井质量、压裂工艺和不同阶段排采制度对煤层气产量控制作用。结果显示：在煤层气资源条件相近情况下,煤储层非均质性和有利煤储层发育程度是影响相邻井组产量差异的内在主控地质因素;在保障井身结构合理、固井质量合格基础上,压裂改造效果是相邻煤层气井组产量差异的主控工程因素;不同生产阶段排采管理的科学性是主要管理因素。该观点不仅对煤层气井产量控制因素分析提供了理论依据,对煤层气田快速提产增效也有参考价值。     

塔河油田碳酸盐岩油藏水平井暂堵分段酸压技术

针对塔河油田裸眼水平井“封隔器+滑套”分段酸压费用高、作业周期长、分段工艺复杂、分段工具可靠性低、工具留井后处理难度大等问题,通过“纤维+颗粒”复合暂堵代替“封隔器+滑套”分段,完成单段酸压后注入“纤维+颗粒”复合段塞,在裂缝端口架桥形成具有一定封堵强度的暂堵层,迫使裂缝从下一段起裂,实现无工具分段酸压。通过室内试验优选出耐温120℃的暂堵纤维,120℃下其在清水及盐酸中2 h的溶解率小于40%,可保证持续暂堵效果,最终溶解率100%,不伤害储层;优化了纤维和颗粒的尺寸及质量分数,质量分数为1.0%～2.0%、长度为6～8 mm的纤维+质量分数为0.5%、直径为1.0 mm的颗粒其暂堵压力大于9 MPa。该技术在塔河油田应用8井次,施工暂堵压力6.6～9.0 MPa,单井改造后产能大幅度提高,施工费用降低,累计增油5.6×104 t。研究结果表明,水平井暂堵分段酸压技术无需分段工具,解决了塔河油田碳酸盐岩水平井酸压工具下入和后期处理困难等问题。      

郑庄区块煤层气低产井增产技术研究

山西沁水盆地郑庄区块经过多年开发,目前已初具规模。但是随着排采持续进行,部分生产井产量已经呈现明显下滑的态势。针对低产原因,从地质构造（断层、陷落柱）以及工程施工（压裂液、压裂参数）2个方面对排采井低产原因进行深入分析,提出现场施工采用活性水压裂液以及采用变排量施工工艺,尤其针对埋深大、渗透率极低的低产井提出“大液量、大砂量、变排量”压裂工艺,确保储层改造达到预期的效果。由于煤层堵塞导致生产井产量下降,建议采用解堵性二次水力压裂改造措施,并且在郑庄区块首次实施微生物解堵的实验性措施,探索了该技术在郑庄区块低产井治理中的有效性。     

沁南地区煤层气井二次压裂技术研究

针对SZN区块大量煤层气井水力压裂后产能无法满足要求的现状,需要进行二次压裂改造,提高单井产量.然而,煤层气储层由于其结构的复杂性以及初次人工裂缝的存在、前期生产活动的扰动,其二次压裂过程裂缝产生的条件和扩展机制极为复杂,增产效果差异较大,改造效果无法令人满意.本文通过从地质、压裂、排采等多方面入手,对区块前期已施工二...     

冲击波解堵工艺及其应用

近井径向3—5m内的渗流特征是确定油井自然产能的主要因素，因此，改造近井带的导流能力，对提高产能将起到重要作用。应用冲击波解堵，可形成具有一定宽度且不闭合的裂缝体系，且裂缝不受地应力的控制，能“全方位”改造近井带地层；其裂缝的长度虽不如水力压裂，但却完全突破了近井带的“颈缩”地区，具有明显的增产效果，并且对低渗透层与污染井的解堵效果尤为突出。该工艺应用于胜利油区部分油田，已取得了显著的增产增注效果。研究认为，该工艺是开发中后期油藏，尤其是低渗透油藏经济而有效的措施。     

页岩气密切割分段+高强度加砂压裂新工艺

目前依靠大型水力压裂工艺技术已经实现了四川盆地长宁地区埋深3 500 m以浅页岩气的规模开发,但随着主体工艺参数的定型,增产效果提高的幅度趋缓,而同期北美地区则依靠缩短簇间距、提高支撑剂加量实现了页岩气单井产量的大幅度增长。为了给长宁地区页岩气压裂工艺参数优化提供可靠的实践依据,在应用诱导应力及水平井多段多簇产能计算模型分析密切割分段+高强度加砂压裂新工艺提高产能机理的基础上,探讨了压裂增产技术的主要工程因素,根据该区的地质参数制定了压裂新工艺的先导性试验方案并开展了现场试验,然后结合生产实际效果和试验结果对压裂工艺参数进行了优化。研究结果表明:①缩短主裂缝间隔、增加诱导应力干扰程度、提高人工裂缝对页岩储层的改造程度是密切割分段工艺的技术关键,提高支撑剂加量、降低支撑剂嵌入及破碎对裂缝导流能力衰减的影响程度、确保支撑裂缝具备足够的长期导流能力是高强度加砂大幅度增产的内因;②长宁地区优化后的新工艺实施参数——分段簇间距介于15～20 m,加砂强度介于2.0～2.5 t/m,用液强度介于30～35 m~3/m。结论认为,新工艺提高了长宁地区页岩气井单井产量及开发效益,为提高该区页岩气井的综合开发效益提供了技术支撑。     

恩村井田煤体结构与煤层气垂直井产能关系

煤储层原始渗透率、压裂改造后渗透率及围岩的渗透率共同影响着煤层气垂直井排采过程中压力传播轨迹,并最终影响着煤层气垂直井的产能。以焦作矿区恩村井田勘探开发原始资料为基础,根据测井响应曲线,结合钻井取心,把煤体结构划分为原生结构煤（I类）、碎裂煤（Ⅱ类）和构造煤（Ⅲ类和Ⅳ类）3类4种。根据岩石弹性力学理论结合不同煤体结构天然裂隙发育状况,建立了天然裂缝方位与地应力方向关系模型,分析出不同煤体结构主裂缝方位的主控因素。根据裂缝延伸方位结合煤层气井排采过程压力传播轨迹,得出不同煤体结构与产能关系。排采试验表明：以目前的水力压裂工艺进行储层改造,碎裂煤对产能的贡献最大,原生结构煤次之,构造煤几乎不可被改造。     

紧邻碎软煤层的顶板岩层水平井开发煤层气技术

煤体结构破碎和渗透率低是碎软煤层"有气难出"的主要原因。为了提高该类储层的煤层气产量,以淮北矿区芦岭井田8号煤层为例,从水平井钻井、压裂和排采控制等3个方面加以综合考虑,基于紧邻碎软煤层的顶板岩层水平井开发煤层气的思路,在对顶板水平井穿层压裂裂缝扩展规律进行研究的基础上,对顶板水平井位置进行了优化,探索形成了紧邻碎软煤层的顶板岩层水平井开发煤层气技术,并进行了现场试验。研究结果表明:(1)顶板岩层水平井穿层压裂过程中形成的垂直裂缝能够从高应力值的顶板岩层向下延伸到低应力值的煤层中,且水平井的位置对穿层压裂效果会产生重要的影响,水平井距离煤层越近,穿层压裂裂缝延伸的效果越好;(2)水平井的位置应布置在距离煤层顶界1.5 m范围的顶板内,这样才能最大限度地满足顶板水平井的增产改造要求;(3)形成了"优质、快速、安全"钻井技术,深穿透定向射孔技术,"大排量、大规模、高前置液比、中砂比"活性水压裂技术等3项关键技术;(4)工程实践取得了较好的产气效果。结论认为,紧邻碎软煤层顶板岩层水平井开发煤层气技术可行,该研究成果为碎软煤层的煤层气开发提供了一条新的技术途径。     

径向井复合脉动水力压裂煤层气储层解堵和增产室内实验

针对煤层气钻采过程中普遍存在的储层伤害解除不彻底的问题,提出了有助于解堵和增产的径向井复合脉动水力压裂技术思路:水力喷射多分支径向井,利用高导流径向孔眼进行适度的脉动水力压裂改造,从而在主井筒附近一定区域内最大限度地冲击、破碎煤层,形成高导流通道与裂缝网络相结合的大范围卸压增透区。为了验证其技术原理,设计并开展了径向井复合脉动水力压裂室内实验,采用声发射仪与脉冲伺服疲劳试验机等实验装置,围绕径向水平井复合压裂形成裂缝时的声发射响应特征与煤岩的破裂程度、宏观裂缝形态之间的关系开展了室内研究。结果表明:(1)实验条件下,径向水平井复合脉动水力压裂达到常规压裂峰值压力的1/3~1/4下即可起裂,声发射事件数是常规压裂的1.38~7.07倍;(2)径向水平井复合脉动水力压裂中获得强烈的声发射信号响应,产生宏观破裂的峰值压力较低,相同条件下更易获得较大范围的缝网;(3)径向井分支数、井眼长度、动载频率及振幅等参数是影响径向水平井复合脉动水力压裂效果的重要因素。结论认为,径向水平井复合脉动水力压裂方法提供了一种煤层气解除储层堵塞和高效开发的新思路,可实现煤层气井的有效解堵和增产。     

涪陵页岩气井“套中固套”机械封隔重复压裂技术

针对涪陵页岩气田采用暂堵转向重复压裂工艺时施工难度大、增产效果不理想的问题,在调研国外页岩气井重复压裂工艺的基础上,对比分析了暂堵转向重复压裂与机械封隔重复压裂技术的原理与特点,明确了机械封隔可完全封堵初次压裂射孔炮眼,精准控制重复压裂水力裂缝起裂,形成了“套中固套”机械封隔重复压裂技术。在涪陵页岩气田JYAHF井进行了“套中固套”机械封隔重复压裂技术试验,在内径为115.0 mm的井筒中下入?88.9 mm套管固井,建立全新封闭井筒,并针对不同剩余储量分布采用不同的重复压裂工艺。原井筒改造程度较高的井段,以挖潜老缝间剩余资源为目标;初次改造效果差的井段,需要恢复老缝导流能力。JYAHF井试验该技术后,可采储量增加0.36×108 m3,采收率提高4.8%。研究结果表明,“套中固套”机械封隔重复压裂技术增产效果明显,可为国内页岩气田长期高效开发提供技术支撑。      

沁水盆地潘庄煤层气田地质工程一体化应用实践

潘庄煤层气田是我国煤层气产量最高的气田,发育多套煤层,具有埋深浅、厚度大、含气量高、渗透性好等优越地质条件,煤层气资源丰富.在开发过程中,面临3号煤层开发主体技术效果不佳、产量递减、15号煤层开发未突破等技术难题.针对这些问题,在前期地质、工程认识的基础上,充分利用现有地震、煤田钻孔、煤层气钻探等资料,深入研究各煤层地...     

保德区块煤层气勘探历程与启示

主要根据地质认识转变、技术发展、钻井数量、勘探成果与产气量,将保德区块煤层气勘探历程划分为4个阶段。对外合作勘探评价阶段,水平井型排采8+9#煤层,产水量大、排液降压困难;井组试采评价阶段,丛式井组合层排采4+5#煤层和8+9#煤层,排水采气效果显现;勘探开发一体化先导试验阶段,优选富集区井网面积降压试采,获得高产突破;大规模开发与滚动扩边评价阶段,有利区规模建产及复杂区滚动扩边勘探,实现年产气量5×10⁸ m³。以地质认识进展和勘探成果为依据,总结了保德区块低阶煤层气气源成因、成藏模式与“甜点”评价对于勘探开发的启示,提出低阶煤层气“热成因气为主、生物成因气补充”、“水动力控气、单斜缓坡成藏”理论,建立低阶煤层气富集“甜点”评价指标体系。以期对低阶煤层气勘探工作具有启迪意义。     

郑3X煤层气井绒囊流体重复压裂控水增产试验

郑3X煤层气井水力裂缝沟通含水砂岩层,导致了气井高产水、低产气。为此,利用绒囊流体封堵含水砂岩层和原缝,重复压裂压开新缝,降低气井产水量,提高产气量。室内测试结果表明,绒囊流体暂堵煤岩裂缝承压能力21 MPa,降低砂岩水相渗透率52.67 %,伤害煤岩基质渗透率恢复值87 %,满足转向压裂和堵水的性能要求。现场配制密度0.85~0.95 g/cm3、表观黏度40~60 mPa·s的绒囊流体80 m3。当绒囊流体成功封堵含水砂岩层和原缝后,再利用活性水进行压裂。排采结果表明,重复压裂后排水期和产气期的产水量分别降低79%和68%,而产气量提高44%,表明绒囊流体在郑3X井控水增产试验成功。绒囊流体具有良好的封堵能力和控水性能,能够实现水侵煤层气井堵水压裂一体化作业,提高煤层气开发效果。     

高阶煤层气高效开发工程技术优选模式及其应用

高阶煤层气井的平均单井产气量低已成为制约我国煤层气产业发展的主要瓶颈之一,直接导致了煤层气开发经济效益低。为此,基于不同煤储层的地质条件,选择适用于煤层气高效开发的工程技术是提高当前高阶煤层气开发效益的关键。在剖析影响高阶煤层气开发效果的地质因素的基础上,建立了高阶煤层气开发的地质模式,并针对不同的地质模式优选出了相应的开发工程技术。结果表明:(1)影响高阶煤层气开发效果的主要地质因素按其影响程度从小到大依次为:煤体结构、煤岩变质程度、地应力、临储比;(2)据此划分了直井压裂、裸眼多分支水平井、U型和顶板仿树形水平井、鱼骨状和单支型水平井等4种工程地质模式。结论认为:直井压裂和裸眼多分支水平井仅适用于煤体结构好、变质程度高的地区;而低成本、后期可维护、占地面积少的单支型水平井和鱼骨状水平井适用范围广,是适宜大力推广的井型。     

长庆油田特低渗透油藏中高含水井调堵压裂技术

长庆油田特低渗透油藏进入中高含水期后受储层高渗带影响,常规重复压裂存在含水率上升、增产幅度低等问题。为解决该问题,根据典型油藏长期注采开发实际,采用油藏三维地质建模方法,结合加密井生产资料,研究了中高含水油井调堵压裂增产机理,分析了不同调堵压裂参数对油井重复改造效果的影响,提出了“前置调堵控含水、动态多级暂堵压裂提单产”的重复压裂技术思路。通过室内试验,研发了PEG-1凝胶,凝胶主剂质量分数为5%～10%时,可保持较高水平的凝胶强度;优化注入排量为1.5 m3/min,注入量为300～600 m3,可在裂缝深部40～80 m处封堵高渗条带;优化动态多级暂堵压裂技术,缝内净压力提高到5.0 MPa以上,实现了压裂裂缝由低应力区向高应力区扩展,以动用侧向剩余油。现场试验结果表明,实施调堵压裂后单井日产油量平均增加1.07 t,含水率降低9.0百分点,实现了中高含水井重复压裂“增油控水”的目的。该调堵压裂技术为长庆油田特低渗透油藏中高含水井重复改造提供了新的技术途径。      

低渗透储层水淹油井堵水压裂技术研究与试验

为了提高水淹油井的单井产量,根据油井不同见水类型,研究形成了不同水淹类型油井堵水压裂技术。针对孔隙性见水油井,研究形成了选择性堵水压裂技术,选择性堵水剂的堵水率是其堵油率的3.3倍,具有较高的选择性封堵能力。针对裂缝性见水油井,研究形成了封堵老缝定向射孔压新缝技术:其裂缝固化剂固化后体积变化小于5%,突破压力高达9.8 MPa;定向射孔根据老井剩余油分布情况,选择射孔方位,以控制压裂裂缝延伸方向。现场2口井试验表明,堵水压裂后平均日增油分别为0.81和0.76 t,具有较好的增产效果,为长庆低渗透储层水淹油井提高单井产量提供了有效的技术手段。