煤层压裂技术(介绍)

,煤层压裂技术,二一年八月,汇 报 提 纲,一、概要,二、,煤层基本认识,三、压裂工艺技术,四、压裂实施效果及分析,五、结论,1.1,主要勘探、开发区,一,概要,三交,准格尔,大宁,-,吉县,韩城,基本探明区,自营矿权,中石油,油气矿权,对外合作,其他公司矿权,保德,位于鄂尔多斯盆地东缘，包括韩城、大宁-吉县、三交、保德和准格尔五个区块。,1.,2,压裂工作量统计,一,概要,2009,年至,2010,年7月,1,7日，中石油煤层气公司在韩城、三交、大宁吉县区块共进行了,220口井,463层的,压裂施工。目前主要的勘探、开发区块是,韩城,。,汇 报 提 纲,一、概要,二、煤层基本认识,三、压裂工艺技术,四、压裂实施效果及分析,五、结论,2,.1,韩城区块基本地质特征,二,煤层基本认识,埋深(m),厚度(m),渗透率,(,10,-3,m),解吸压力(M,Pa),含气量,(m,3,/t),3#,350-800,2,.00,0.10-1.00,1.3,0,10.86,5#,380-900,2.5,0,0.10-1.00,1.48,10.70,11#,420-1000,6.00,0.10-1.00,2.50,10.80,韩城区块主要发育3#、5#和11#煤层，其主要特征如下：,2,.,2,煤层气压裂岩心实验,-,煤样化验分析,韩城区块煤样化验结果,二,煤层基本认识,韩城区块煤层埋藏较浅，渗透率较低，含气量较高，,经压裂后能获得较好的产气量,，有利于煤层气的勘探开发,岩石种类,弹性模量,MPa,泊松比,范围,平均值,多孔、松散至微胶结,3500-10400,7000,0.2-0.3,中等硬度,13800-27600,27000,0.17,坚硬致密,34600-52300,43500,0.15,2,.,2,煤层气压裂岩心实验,-,煤样岩石力学参数检测,区块,参数名称,数据,单位,备注,韩城区块,泊,松,比,0.19,(,无因次,),5,号煤样,弹性模量,7608.39,(,MPa,),泊,松,比,0.24,(,无因次,),3,号煤样,弹性模量,9755.42,(,MPa,),三交区块,泊,松,比,0.24,(,无因次,),5,号煤样,弹性模量,2289.10,(,MPa,),保德区块,泊,松,比,0.31,(,无因次,),8,号煤样,弹性模量,2333.90,(,MPa,),泊,松,比,0.39,(,无因次,),13,号样,弹性模量,1317.40,(,MPa,),大宁,-,吉县,泊,松,比,0.23,(,无因次,),5,号煤样,弹性模量,20616.80,(,MPa,),从煤样岩石力学实验看出：所有区块,煤层都偏向于多孔、松散至弱胶结状态,二,煤层基本认识,不利于人工裂缝形成，且压裂过程易产生煤粉。,典型伊利石,原煤电镜,含煤沉,积盆地,高岭石、伊利石、绿泥石、蒙皂石、蒙/伊混层、钠板石、叶蜡石,华北石炭,二叠系,电镜扫描结果，煤的微观状态为,层状结构,，非煤体部分主要为,矿物质且含量较少，且,水敏性物质少，水敏性不强。,原煤电镜,2,.,2,煤层气压裂岩心实验,-,煤样电镜扫描,二,煤层基本认识,吸水,20%,润湿性：,一般认为煤芯吸水量占孔隙体,积的20%是亲水性，从天然煤芯自吸自,排实验结果分析，判断煤层为中性即,非亲水性质，水锁伤害不强,水中表活剂及无机盐浓度的增加,，进入煤层的水就越容易被吸附，从而改变了煤层的润湿性，,增加了水锁伤害,。所以煤层压裂液在满足防膨要求的基础上，尽量,减少表面活性剂和无机盐的用量,。,2,.,2,煤层气压裂岩心实验,-,煤样润湿性实验,二,煤层基本认识,2,.,2,煤层气压裂岩心实验,-,压敏实验,通过对韩城、保德、三交及大宁,-,吉县区块煤岩的压敏实验表明：这些区块煤比较易于压缩，且压后渗透率不能完全恢复，压敏伤害较大。,故压裂过程应避免净压力的突然上升，减小压敏伤害。,二,煤层基本认识,煤层煤样应力敏感曲线,0.05,0.00,0.10,0.15,0.20,0.25,0,3,6,9,12,15,针对韩城区块施工的65口井，82层测井解释资料进行统计分析表明：,不同煤层之间在密度、声波及渗透性方面差异明显,韩城区块3#、5#、11#测井解释平均值统计表,2,.,3,煤层测井资料,二,煤层基本认识,2,.,4,煤层压裂施工曲线分析,通过对邻井压裂施工数据分析得出：,同一井组，同一层号的煤层地质参数差异较大，非均质性强,二,煤层基本认识,本 章 小 结,二,煤层基本认识,煤岩以中高阶煤为主，,面、端割理较发育,煤岩多孔松散、胶结程度较弱，,低水敏,煤层为,非亲水性质,压敏性较强,区块内煤层在,剖面,及,平面,上地质参数差异较大,汇 报 提 纲,一、概要,二、煤层基本认识,三、压裂工艺技术,四、压裂实施效果及分析,五、结论,煤层压裂技术,三,压裂工艺技术,煤层裂缝形态判别技术,压前施工压力,预测,技术,压裂液技术,支撑剂技术,煤层压裂优化设计技术,特殊高压井处理技术,特殊分层压裂技术,防煤粉压裂工艺技术,通过对煤层的认识，以及大量的压裂工艺试验，形成以,“,大液量、大排量、低伤害,”,为特色，以,“,安全、科学、低成本,”,为理念的,8项,压裂配套工艺技术,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,主要目的：,了解人工裂缝的,形态、方向、大小,，以利于提高压裂效果,主要技术：,利用,测井资料,判断裂缝形态、利用,施工数据分析,进行净压力处理、采用,双对数法,获得裂缝形态、利用,缝网压裂设计软件,模拟裂缝形态及大小、利用,微地震监测,获取裂缝方向及大小、利用,测斜仪,判断裂缝的形态和方向。,三,压裂工艺技术,资料处理:,利用韩城区块18口井、共33层的声波测井资料，分析解释了各井岩石力学参数，并依据三向应力的相对大小关系，分析了其裂缝形态,判断方法：,比较三向应力相对大小关系，如果,垂向应力小于水平最小应力,，裂缝的形态就是,水平缝,，反之为垂直缝,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,-,测井资料处理方法,三,压裂工艺技术,应用,:,韩城区块,18,口井、共33层，11#，5#，3#的层数分别为10，10，13层。3#和11#以水平缝为主，而5#则以垂直缝为主,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,-,测井资料处理方法,三,压裂工艺技术,分析方法:,引用了传统压裂裂缝模型的分析方法，建立标准模板,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,-,施工数据方法,三,压裂工艺技术,实例分析：,韩33100井3#煤层，韩3056井5#煤层,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,-,施工数据方法,三,压裂工艺技术,韩城区块应用：,对选取的,34,口井、59层的压裂施工资料进行解释，3#和11#也是以水平缝为主，5#则以垂直缝为主,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,-,施工数据方法,三,压裂工艺技术,软件功能:,Meyer2009,软件中的,MFrac,模块具有,缝网裂缝,的压裂模拟功能，我们利用该软件对煤层裂缝进行模拟，得到比较,直观形象及量化的煤层裂缝形态,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,-,缝网压裂设计软件,韩试,19,井,5#,煤层模拟裂缝形态及几何尺寸,三,压裂工艺技术,人工裂缝中既有沿,“面割理”,张开的大量互相平行的水平缝，又有沿,“端割理”,发育的互相垂直的且较短的垂直缝。总体上看煤层压裂形成的是,“端割理”与“面割理”,纵横交错形成的,“缝网型”,的裂缝,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,-,缝网压裂设计软件,三,压裂工艺技术,对于压裂主裂缝的空间位置分布分析,：裂缝位于自井口东南象限。主裂缝总走向为,NE40,度,，细查有正北、东西、北东等共轭裂缝分布组成。主裂缝长度为近,300,m,。,垂向高度大致限制在煤层及附近 (,WL2-018,向1井11,#,),三,压裂工艺技术,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,-,地面微地震监测与处理技术,对于压裂主裂缝的空间位置分布分析：,主裂缝位于压裂段西南部。主裂缝总走向为,NE30,度,。主裂缝长度为,180,m,。,垂向大致在煤层及附近（,韩3-5-086井11#,）,三,压裂工艺技术,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,-,地面微地震监测与处理技术,对于压裂主裂缝的空间位置分布分析：,主裂缝位于井口东南象限。主裂缝总走向,NE45,度,。主裂缝长度为,210,m,。,其垂向高度应当限制在煤层及附近。无明显裂缝,（合试5井11#）,三,压裂工艺技术,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,-,地面微地震监测与处理技术,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,-,测斜仪的方法,三,压裂工艺技术,合试,4,井地面变形俯视图,合试,4,井地面变形,3D,图,合试,4,井地面变形矢量拟合图,解释结果：,合试,4,井,5#,煤层形成了水平裂缝,（矢量拟合图充分表现了这一特征），水平分量高达,95%,，垂直分量,5%,，基本可以忽略，裂缝倾角,5.53,度。变形范围小，,半径,50,米,左右，形变信号明显,合试,4,井仪器记录曲线之一,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,-,测斜仪的方法,三,压裂工艺技术,解释结果： 韩,3-3-039,井,11#,煤层,形成裂缝有垂直分量,（由于没有地面测斜仪数据，没法确定水平分量及所占比例），,裂缝高度,22.5,米，裂缝长度,96,米,（裂缝方位按照该区域地应力场预测结果，北东,57,度）,变形量图,解释结果,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,-,测斜仪的方法,三,压裂工艺技术,解释结果： 韩,3-4-085,井,11#,煤层形成,裂缝有垂直分量,（由于没有地面测斜仪数据，没法确定水平分量及所占比例），,裂缝高度,15.4,米，裂缝长度,119,米,（裂缝方位按照该区域地应力场预测结果，北东,57,度）,变形量图,解释结果,3,.1,煤层裂缝形态判别技术,-,小结,三,压裂工艺技术,通过五种裂缝识别方法的应用，我们认为：,韩城区块三套煤层中的,人工裂缝形态复杂,，既有水平缝又有垂直缝,裂缝方向大致为,NE45,左右,裂缝长度,100-300m,；裂缝高度较小，一般小于,22m,目的：,准确预测施工压力，提高施工成功率,3,.2,压前施工压力预测技术,图,1,难压韩,3-045,井,图,2 较,难压韩,3-046,井,三,压裂工艺技术,3,.2,压前施工压力预测技术,方法：,利用施工数据结合测井资料，建立了,难易系数方法,，在此基础上,形成了施工压力预测技术,三,压裂工艺技术,3,.2,压前施工压力,预测,技术,难易系数,1,（当扩径率小于,20%,）,难易系数,2,（当扩径率大于,20%,）,难易系数,2,预测压力（,MPa,）,难度分类,12.7,25,难压井,5.97,12.7,20,25,较难压井,2.8,5.97,15,20,较易压井,2.8,1.71,25,难压井,1.65,1.71,20,25,较难压井,1.31,1.65,15,20,较易压井,1.31,15,易压井,施工压力预测,三,压裂工艺技术,应用情况：,应用该技术对韩城区块的,71层,进行了,压前施工压力预测，将预测数据与实际施工压力进行比对，取得了明显效果,层 号,难压井,较难压井,较易压井,易压井,11#,4,7,5,5,5#,2,4,1,7,3#,0,5,5,7,合 计,6,16,11,19,符合数,5,12,9,15,符合率,（%）,83.3,75,63.6,84,3,.2,压前施工压力,预测,技术,三,压裂工艺技术,压裂液体系,优 点,缺 点,活性水压裂液,无滤饼，无残渣，低伤害,摩阻高，悬砂性较差，造缝效率相对低,普通清洁压裂液,无滤饼，无残渣，低摩阻，悬砂性较强，造缝效率较高,成本高，不利于现场推广使用,胍胶压裂液,摩阻低，滤失小，悬砂能力强，造缝效率高,容易形成大量滤饼，破胶后存在大量残渣,3,.3,压裂液技术,-,三套压裂液体系,三,压裂工艺技术,性能指标,活性水压裂液,TD-1,清洁压裂液,胍胶压裂液,伤害率（,%,）,13.51,15.82,75,粘度（,mPa.s,）,1.0,15.0,120,悬砂能力（,s),2.8,28,35,52,摩阻（%）,1,00,3,0,40,2,5,35,分子量,3,0,40,3,00,400,3,00,400,万,浓度(,%),0.2,0.2,0,.4,3,.3,压裂液技术,-,三套压裂液体系,三,压裂工艺技术,2009,年,-2010,年主要以,活性水压裂液,为主，施工,409层,，占,8,8,.,3,%,，对于施工压力高难度大的井采用,清洁压裂液,，施工,3,6层,，占到,7,.,8,%,统计分析表明：活性水压裂液施工井的用液量与施工效果成正比关系（,46口井,，,116层）,3,.3,压裂液技术,-,应用情况,三,压裂工艺技术,液量与产量关系图,3,.4,支撑剂技术,1,2,3,4,活性水携砂的特点,：,携砂方式：抛物线下沉结合砂堤翻滚的方式,携砂距离：较短,铺砂厚度分布：近井厚度较大，远井厚度小，有效支撑短,三,压裂工艺技术,石英砂,低密度砂,支撑剂类型,目 数,应 用 目 的,石英砂,40/70,支撑端割理，降低端割理滤失，阻挡裂缝外煤粉污染。,20/40,铺砂主要支撑段。,16/30,铺设在近井地带。,低密度砂,20/40,铺设在远井地带，裂缝的远端。,不同支撑剂应用,目的,3,.4,支撑剂技术,三,压裂工艺技术,低密度砂的研制：,低密度砂的密度远小于石英砂，携带更容易，可以铺设于裂缝远端；体积密度小于,1.15 g/cm,3,真密度小于,1.9 g/cm,3,，,69MPa,破碎率小于,10%,。,支撑剂,清水,1%KCl,石英砂,0.2,0.133,低密度砂,0.1,0.088,支撑剂在溶液中的沉降速度（,m/s,）,低密度砂沉降性能,低密度砂粘附性能,支撑剂,煤粉粘附量,石英砂,0.1,低密度砂,0.08,10g,支撑剂上煤粉的粘附量（,g,）,3,.4,支撑剂技术,三,压裂工艺技术,分析储层并根据测井资料计算压裂设计所需要的基本相关数据，为制定压裂泵注程序提供依据,岩石力学参数获取,煤层施工难度系数解释,3,.5,煤层压裂设计技术,-,设计前的基本资料,三,压裂工艺技术,3,.5,煤层压裂设计技术,-,压裂设计的核心要求,泵注程序设计思想,高压井泵注程序（压力25,MPa,）,加大压裂起始阶段低排量的用液量，防止压敏且有利于,煤层开裂,加大前置液用量到总液量的,40-50%,，,分段注砂打磨降低施工难度,加大,40/70,目砂（或低密度砂）用量,降低施工的平均砂比到,10%,左右,三,压裂工艺技术,3,.5,煤层压裂设计技术,-,压裂设计的核心要求,泵注程序设计思想,中压井泵注程序,（15,MPa,施工过程中压力,25,MPa,）,适度控制压裂起始时低排量阶段的用液量，防止压敏,前置液泵注细砂后停泵，支撑沿端割理发育的垂直裂缝并起到降滤作用，有利于起泵后沿面割理发育的水平缝的延伸。,低压井泵注程序（压力,15,MPa,）,前置液以较高的砂比泵注细砂后停泵，堵塞高渗层及降滤,再次起泵提高施工压力压开低渗透层,提高施工平均砂比到,15%,左右,三,压裂工艺技术,压裂层,压裂层,闸门,返排管线,丝堵,接泵车,压力表,防喷器,闸门,水力锚,压井阀,滑套射流器,射流器,接球器,单流阀,高速流区,粘滞区,粘滞区,静液区,静液区,喷嘴,煤层压裂特殊高压井,是指现有的井筒条件下其压力等级不能较好地满足压裂施工的要求,射流分层压裂技术,利用,射流深穿透,煤层的能力降低煤层破裂压力，从而满足压裂施工要求,3,.6,特殊高压井处理技术,三,压裂工艺技术,高能气体压裂技术,将深穿透射孔与高能气体压裂技术结合在一起降低煤层破裂压力从而满足压裂施工要求,3,.6,特殊高压井处理技术,三,压裂工艺技术,3,.7,特殊分层压裂技术,封上压下工艺技术,施工管柱能满足煤层压裂,大排量,的,要求,封隔器在满足大排量需要的同时耐,较高的工作压差,（大于,60MPa,）,满足煤层,封上压下,改造的需要,有利于,保护套管,三,压裂工艺技术,水力锚,Y344,封隔器,脱接喷砂器,Y244,封隔器,低强度套管,高强度套管,压裂层,压裂层,3,.7,特殊分层压裂技术,一趟管柱分压两层工艺技术,施工管柱能满足煤层压裂,大排量,的,要求,封隔器在满足大排量需要的同时耐,较高的工作压差,（大于,60MPa,）,加快施工进度,三,压裂工艺技术,3,.8,防煤粉压裂工艺技术,煤粉堵塞的危害,煤粉对煤层气的生产有巨大的危害,压裂阶段会产生大量的煤粉,控制压裂中煤粉的产生是非常重要的,三,压裂工艺技术,3,.8,防煤粉压裂工艺技术,压裂过程中煤粉的形成和运移,活性,水压裂过程中，由于煤层,“,松、脆、软,”,，在高速流体的冲刷下形成大量的煤粉及煤屑，并停留在裂缝中，易形成污染,三,压裂工艺技术,控煤粉压裂工艺要点,前置液阶段：大液量活性水压裂液，将煤粉冲至裂缝远端,携砂液阶段：降排量注入高粘度低伤害压裂液，既可少产生煤粉，又能将砂携带得更远，且将煤粉阻挡在裂缝的远端,3,.8,防煤粉压裂工艺技术,三,压裂工艺技术,汇 报 提 纲,一、概要,二、煤层基本认识,三、压裂工艺技术,四、压裂实施效果及分析,五、结论,新的煤层压裂工艺的实施取得了明显的效果,对发现韩城区块,11#,煤层作出重大贡献,为5亿方产能建设提供了有力保障,4,.1,压后效果,四,压裂实施效果及分析,对老井产能的恢复起到了重要的作用,4,.1,压后效果,四,压裂实施效果及分析,煤层气井压后效果与普通油气井不同，需要,1-2,年的排采，缓慢降低煤层压力，并扩大压降漏斗后，才会有较好的产气效果。,煤层气井通过压后长期排采，取得了明显的效果。,4,.1,压后效果,四,压裂实施效果及分析,四,压裂实施效果及分析,对韩城区块已压裂排采的部分井的,压裂施工数据,及,排采数据,进行了统计和,处理分析,，,取得了一些认识。,4,.2,影响煤层压裂效果因素的分析,分析,62口井,，,62层,压后产量统计资料，,11#煤层,停泵压力与产气量成,正比,关系,停泵压力,四,压裂实施效果及分析,分析,62口井,，,62,层,压后产量统计资料，,11#煤层,压降曲线斜率与产气量成,反比,关系,压降曲线斜率,四,压裂实施效果及分析,分析,62口井,，,62,层,压后产量统计资料，,11#煤层,实际入井,液量、砂量,与产气量成,正比,关系,实际入井液量与砂量,四,压裂实施效果及分析,分析,62口井,，,62,层,压后产量统计资料，,11#煤层,海拔高度与产气量成,正比,关系,海拔高度,四,压裂实施效果及分析,汇 报 提 纲,一、概要,二、煤层基本认识,三、压裂工艺技术,四、压裂实施效果及分析,五、结论,基本掌握了鄂东气田煤层压裂地质情况,开展大量的煤层压裂现场施工,形成了基本适合煤层压裂的配套工艺技术,初步开展了煤层压后评估技术研究,为了更好地满足煤层气勘探开发的需要，我们必须,进一步开展相关工艺技术的研究,五,结论,