文章编号:1001-1986(2001)03-0020-03
煤层气井压裂施工压力与裂缝形态简析
郝艳丽,王河清,李玉魁 (中原石油勘探局井下特种作业处,河南濮阳 457061)
摘要:根据煤层气试验井的施工资料,分析了煤层压裂施工压力的特点以及井深、R o 与破压梯度的关系,并根据裂缝监测(测井温法、大地电位法和微地震法)测量的裂缝方位和缝高,对煤层压裂形成的裂缝特点进行了分类和总结,提出了指导性的建议。关 键 词:煤层气;压裂;施工压力;裂缝中图分类号:P 618.11 文献标识码:A
1 引言
煤层气是指形成于煤化作用过程中,目前仍储集在煤层中的优质天然气。它的开发是一个排水降压的过程,由于煤层的低渗透特点,决定了需要进行水力压裂激化才能有效地分配井孔附近的压降,加速脱水增加产能。本文针对煤层压裂的复杂性,从压裂施工压力与裂缝形态方面,对煤层压裂裂缝的扩展进行了分析和总结,希望能给以后的煤层气开发提供有益的帮助。2 煤层压裂施工压力分析
压裂主要是通过高压注入流体,破裂地层,从而在地层中形成高导流能力的裂缝。施工过程中流体在岩石中流动产生的压力变化在一定程度上反映了裂缝延伸的复杂现象,煤层压裂施工分析主要是针对压裂施工压力进行分析。2.1 煤层破裂压力分析
煤层的特殊性决定了其不同于常规储层的压裂特点。国外曾把煤层压裂的非常规性总结成4个方面:①异常高的压裂压力;②裂隙限制于煤层,即使裂隙中的压力远高于围岩带的原位应力;③伴随着孔底压力增加的支撑剂注入;④初始液体注入过程中闭合压力的显著增加。为此我们首先分析了试验区的破裂压力梯度情况,做出了井深、R o 与井底破压梯度的散点图。(图1,2)由图1中看出试验井的煤层破压梯度在0.017～0.064M Pa /m 之间,一般都为0.023～0.045M Pa /m 。而且根据我们收集的资料
表明,同一煤层测试压裂与加砂压裂的破压梯度存
在着大约0.002～0.007M Pa /m 的差别,也就是说煤层的高滤失特点会造成大约0.002～0.007M Pa /m 的压降,损失在流体注入煤层引起孔隙压力增高而产生的孔隙弹性效应上,也有一部分加砂压裂破压梯度小于测试压裂的破压梯度的情况,这与压裂流体对煤层的冲刷有关。另外,从煤层镜质体反射率与破压梯度的散点图上(图2)看出,煤层破压梯度有随镜质体反射率增大而增大的趋势,即变质程度高的煤层,其煤层不易破裂。而且从变化趋势看,R o 几乎与破压梯度呈线性相关关系,这是否是普遍规律,有待于进一步进行理论和实验数据的分析
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图1
井深与破压梯度的散点图
图2 R o 与破压梯度的散点图
收稿日期:2000-05-15
作者简介:郝艳丽(1968—),女,河南清丰县人,中原石油勘探局井下特种作业处工程师,从事煤层气研究工作.
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20·煤田地质与勘探
CO A L G EO L O GY &EX PLO RA T ION V ol.29N o.3Jun.2001
2.2 煤层测试压裂及加砂压裂曲线形态
煤层压裂试验中,除进行加砂压裂外,一般还进行了变排量测试压裂,包括从小到大阶梯排量测试压裂和从小到大再从大到小变排量测试压裂。从后一种情况的压裂曲线看表现为3种情况:一种为一定排量下第一次的压力高于后来同排量下的地面泵压,最大相差大约为6M Pa,越靠近最大排量相差越小;一种为一定排量下第一次的压力低于后来同排量下的地面泵压;另一种是前面两部分的综合,开始大后来小。因此在摩阻(排量)相同的情况下,压裂流体在裂缝中的流动除受煤粉的影响外,其裂缝的扩展也比较复杂。从加砂压裂的资料看,在煤层加砂压裂施工过程中表现为5种情况:
a. 煤层压裂比常规储层压裂压力高。我们曾做过一口井相邻两套地层的压裂曲线,一个是煤层压裂,一个为砂岩层压裂,两施工层厚度相当,加砂量相同,排量相差0.1m3/min。而从施工压力看,煤层压裂压力明显高于砂层压裂压力,煤层压裂延伸压力约在24M Pa,而砂岩层压裂延伸压力大约在20M Pa。另外从压裂曲线末端形态看,煤层顶替时压力上升,砂层顶替时压力下降,即煤层相对砂层末端裂缝流动阻力大。
b. 煤层压裂过程中加砂后施工压力迅速增加,而后压力下降。
c. 加砂后施工压力迅速减小一直持续到压裂结束。
d. 压裂加砂后压力开始平稳后持续上升,出现脱砂现象。
e. 煤层裂缝没有形成一条主导裂缝,而是多裂隙分支,地层加不进砂子。也就是说煤层在压裂过程中,支撑剂的磨蚀、煤粉的流动、支撑剂的桥接或砂析造成的局部堵塞现象以及多裂缝的形成都存在。
3 煤层裂缝形态分析
根据煤层压裂的观察和理论研究,国外曾把煤层压裂中出现的现象归纳为9种:压裂液渗到多种天然裂缝中;支撑剂穿透深度有限;较宽的垂直支撑裂缝;裂缝高度大多遏制在煤层中;在煤层与边界岩石界面处产生支撑的和不支撑的水平裂缝;井筒附近产生大量平行裂缝;裂缝的阶梯性和拐角性;裂缝为移动的煤屑所堵塞;裂缝中存在不破胶的交联剂和水泥浆。为了了解我国煤层气井压裂时所产生的裂缝的几何形态、延伸长度和方向,我们采用了大地
电位法、微地震法、测井温法3种方式进行了28个层位的裂缝监测,统计了裂缝方位及缝高数据,并对沁水盆地的裂缝方位做了投影图。(图3、4、5)通过总结发现,试验区的煤层压裂裂缝形态主要表现为:水平缝、垂直缝、先水平缝后垂直缝、两冀不对称缝(一冀为垂直缝,一冀为水平缝)4种类型,而且煤层所产生的裂缝一般首先在井筒附近产生不规则水平缝,随着裂缝的进一步延伸,有的井产生水平缝,有的井产生垂直缝。从裂缝形态与煤层埋深的对比数据上表现出,煤层不像常规油气田那样有一个深度界限,即在600m以浅一般形成水平缝,在600m 以深形成垂直缝,而是裂缝的形态随机性很大,在浅部地层可以形成垂直缝,在深部地层也可以形成水平缝。在裂缝长度上,据国外资料介绍,由于煤的特殊性,其支撑缝半长一般不超过60～150m,试验区的资料表明煤层裂缝单翼长度最长达到127m,最短为8m,一般为50～90m。
裂缝方位上,通过同一区块煤层裂缝方位投影(如图3、4、5)可以看出煤层压裂裂缝方位在同一盆地没有明显的方向性,其分布范围不很集中,但是存在着在某一方向裂缝出现机率相对较大的现象。在沁水盆地3#煤层压裂裂缝方位大多表现为NW—SE,9#煤表现为N E—SW方向,15#煤除在SE方向出现的机会较小外,其他方向均有表现。与割理方向相比,煤层裂缝方位与割理方向也不尽相同,如某1
图3 沁水盆地9#煤裂缝方位投影图
图4 沁水盆地15#煤裂缝方位投影图
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第3期郝艳丽,王河清等:煤层气井压裂施工压力与裂缝形态简析
图5 沁水盆地3#煤裂缝方位投影图
井10#煤和3#煤压裂裂缝方向均为正N—SW60°,而从该区煤层割理发育情况得知,该区发育一组走向N E35°的面割理和另一组走向为SE55°的端割理,某2井电成像测得裂缝方位为N E—SW,压裂裂缝监测表明该井3#煤形成了N E—SW向的对称不等长裂缝,因此煤层压裂形成的裂缝除受大地主构造应力影响外,还存在着局部构造应力及裂隙的影响。
利用井温监测裂缝高度,目前采用压后2h、4h 测量,从测量结果看,温度异常明显,能满足测量的需要,但用井温曲线判断裂缝高度的准确数据,目前还不成熟。根据温度异常的半幅点结合同位素异常显示的半幅点可以大致判断裂缝的高度。我们收集了5口井9个层位的井温测量数据,从数据中得出煤层压裂裂缝表现为基本控制在煤层中或延伸入边界层,最大向上可延伸20m,从缝高数据与施工参数对比看,如某003井15#煤缝高达12.5m,其压裂井深和井段厚度与相近的某002井相当,002井在 6.94～7.14m3/min的排量下,施工压力为8.4～9.6M Pa,而003井在7.39～7.49m3/min的排量下,施工压力达到20.1～25.5M Pa,因此煤层压裂应严格控制排量与压力,以防止裂缝向上延伸,尤其是在煤层顶板含水量大时,否则会造成压后大量出水。
4 结论及建议
a. 煤层实验井的井底破压梯度大都在0.023～0.045M Pa/m之间,且有随R o增大而增大的趋势。
b. 煤层压裂比常规储层压裂压力高,其压力曲线可表现为5种不同的形态。
c. 试验井的资料表明煤层裂缝可表现为4种,一般首先在井筒附近产生不规则水平缝,随着裂缝的延伸,一部分产生水平缝,一部分产生垂直缝,且裂缝形态与埋深的关系不是很大,浅层地层可形成垂直缝,深层地层也可形成水平缝。
d. 煤层压裂裂缝方位在同一盆地同一层位没有明显的方向性,但存在着同一盆地同一层位在某一方向出现机率较大的现象,而且与割理方向不尽相同。即煤层压裂裂缝除受大地主构造应力影响外,还受局部构造应力和裂隙的影响。
e. 利用井温只能大致判断裂缝高度,建议以后采用示踪剂监测裂缝高度。
参考文献
[1] Palmer I D,M etcalfe R S,Yee D,Puri R等,秦勇,曾勇主编
译:煤层甲烷储层评价及生产技术[M],徐州:中国矿业大学
出版社,1996.180—182.
[2] 吉德利J L等.水力压裂技术新发展[M].北京:石油工业出
版社,1995.80—84.
Simplified analysis of fracture treating pressure and fracture morphology in coalbed gas well
HAO Yan-li,W AN G He-qing,LI Yu-kui
(Do w nhole Special Operation Service Department,ZPEB,Henan Puyang457061,China)
Abstract:Ba sed o n ex periences of pr ev io us trea tment da ta of coa lbed gas test wells,the featr ues o f fr acture t reating pressure in coal seams and the rela tio nship be tween the depth,R o a nd f racture pressure g radient a re ana ly zed.The frac ture fea tures after fra cturing opera tion ar e also classified and summarized,a cco rding to f racture o rienta tio n a nd heigh t reco rded by fractur e mo nito ring(temper ature logg ing,g round pote ntial and upho le surv ey).Based o n that some useful sugg estio n and v aluable r eference for the future fr acturing in coalbed ga s wells ar e prov ided.
Key words:coalbed ga s;frac ture;treating pressure;fractur e orientation;f racture heig ht
中英煤层气技术交流项目
2000年初英国贸工部(DTI)与中国国际经济技术交流中心签定了煤层气技术交流项目。目前一期项目工作业已完成,其中煤炭科学研究总院西安分院的研究报告得到了英方的充分肯定。今年年初启动了二期项目。拟通过借鉴英国相关技术,对中国的废弃煤矿进行全面研究和重点矿区监测、评价,以便选择最优地点进行抽放利用试验,从而推动我国废弃矿井甲烷抽放利用的全面发展。在为期一年半的二期项目中西安分院的主要任务是矿井甲烷运移规律、优化选区、现场监测、产能预测等研究和监测。
(煤炭科学研究总院西安分院 宋生印)
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·煤田地质与勘探第29卷
哈里伯顿压裂裂缝微地震监测说明 2015年4月
1.微地震数据采集方式 井下微地震裂缝监测理论源于研究天然地震的地震学，主要为利用在水力压裂过程中储层岩石被破坏会产生岩石的错动（微地震）来监测裂缝形态的技术。井下微地震监测法将三分量地震检波器（图1）,以大级距的排列方式，多级布放在压裂井旁的一个或多个邻井的井底中（图2）。三分量微地震检波器在压裂井的邻井有两种放置方式：一种是放置在邻井中的压裂目的层以上，用于邻井压裂目的层已射孔生产情况，由于收集微地震信号的检波器非常灵敏；为防止监测井内的液体流动对监测造成井内噪音，必须在射孔段之上下入桥塞封隔储层，然后将检波器仪器串下入到桥塞之上的位置。另一种方法是将检波器放置在邻井中的压裂目的层位置上，这种情况检波器和水力裂缝都位于相同的深度和储层，此时声波传播距离最近、需要穿过的储层最少，属于最佳的观测位置，这种方式用于邻井的目的层未实施射孔生产的情况。 图1 三分量地震检波器
图2 三分量地震检波器下井施工现场 图3显示一个由5级检波器组成的仪器串在压裂井的邻井下入的两种布局方式：图中左边表示邻井已射孔的情况下，射孔段以上经过桥塞封堵，检波器仪器串放置在该井的目的层以上；图中右边表示邻井为新井的情况下，目的层未实施射孔，检波器仪器串放置在该井的压裂目的层位置上。井下微地震压裂测试使用的三分量检波器系统检波器以多级、变级距的方式，通过普通7-芯铠装电缆或铠装光缆放置在压裂井的邻井中。哈里伯顿使用采样速率为0.25ms的光缆检波器采集系统采集和传输数据。常规的电缆一方面数据传输速率低，另一方面对于低频震动信号易受电磁波的干扰大。采用铠装光纤进行数据传输不但传输速度快，并且允许连续记录高频事件，提高了对微小微地震事件的探测能力同时 对微地震事件的定位更加准确，监测到的裂缝形态数据最为可靠。 图3 多级检波器系统在邻井的两种放置方式 另外，由于检波器非常灵敏，井筒中的油气流动会很大程度的影响监测微地震事件的 信噪比，如果监测井为已经射孔的生产井，需要在射孔段以上20米的位置下入桥塞，检
煤层气井压裂技术现状研究及应用 摘要：煤层气其主要成分为高纯度甲烷。煤层气开发的主要增产措施是压裂，而压裂设计是实施压裂作业的关键。本文介绍了煤层气储层的特征，并根据美国远东能源公司煤层气井压裂工艺技术，对其在山西寿阳区块几口井的压裂设计进行了分析。讨论了煤层气井压裂设计的主要参数如施工排量、压裂液、支撑剂、加砂程序的优化措施。 关键词：煤层气储层压裂设计小型压裂测试树脂涂层砂 1 引言 美国是率先进行煤层气开采的国家，其煤层气工业起步于70年代，大规模的发展则是在80年代。我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，经测算煤层甲烷总资源量为30～351012 m3，约是美国的三倍。我国煤层气目前处于商业化生产的阶段。至今已在全国各煤矿区施工600多口煤层气井、10余个井组，大部分进行了压裂增产等措施。煤层气是我国常规天然气最现实、最可靠的替代能源，开发和利用煤层气可以有效地弥补我国常规天然气在地域分布上的不均和供给量上的不足。山西省是中国煤层气储量最丰富的地区之一，开发利用煤层气的优势十分突出，如何坚持科学发展的指导思想，解决开发利用过程中遇到的难点和瓶颈问题，达到合理有效地开发利用是我们当前应该着重思考的问题。 2 煤层气概况 煤层气俗称瓦斯，其主要成分为高纯度甲烷，是成煤过程中生成的、并以吸附和游离状态赋存于煤层及周岩的自储式天然气体，属于非常规天然气。在亿万年漫长的煤炭形成过程中，都有以甲烷为主的气体产生，如果它较多地从母质煤炭岩层中游离迁移出来并进入具有孔隙性和渗透性均良好的构造中储存积聚，则被称为煤成气（即煤基天然气），其开采方式与常规天然气较相似。 2.1 煤层气的赋存特点 煤层气藏与常规气藏最大的差异就是煤层甲烷不是以简单的游离状态储存于煤岩的孔隙中，煤层气中90%以上均是吸附状态附着于煤的内表面上，少量的煤层气是以游离状态储存于煤岩的割理、裂隙和孔隙中，还有部分煤层气是以溶解状态储存于煤层水中。煤是一种多孔介质，其中微孔隙特别发育，形成了异常巨大的内表面面积，据测定每吨煤的内表面面积可达0.929亿m2 。煤的颗粒表面分子通过范德华力吸引周围气体分子，这是固体表面上进行的一种物理吸附过程。压力对吸附作用有明显影响，国内外的研究均表明，随着压力增加，煤对甲烷的吸附量逐渐增大。 2.2 煤层气储层特征
长庆油田 王39-0211井压裂裂缝监测解释报告 井别：采油井 现场施工：张杰 解释：张博 审核： 西安华中石油科技有限公司 二○一〇年八月
王39-0211井压裂裂缝监测 前言 压裂裂缝监测有多种方法：示踪剂方法、电位法、地倾斜方法等等。微地震裂缝监测方法能够实现实时监测，控制范围大，适应面广，近年来在国际上是应用最多的一种监测方法。微地震人工裂缝监测能够即时得到裂缝的长度、方位、高度和产状，这对于确定油水井的驱替模式和井位布置、优化井网、确定二次/三次采油和压裂处理的潜在区域等具有积极指导作用，同时能够根据油藏特性和经济条件优化最佳的实际裂缝长度、根据作业能力、储层裂缝扩展特征确定最佳的井间行距和布井密度，因此该方法在各油田得到了广泛的推广。 压裂裂缝监测解释结果完全依据现场监测资料，可以定量给出裂缝方位、最大高度、最大长度及倾向。在能够部署全包络网络的情况下，裂缝方位误差小于8°，长度误差小于15%，高度误差小于30%，倾向误差小于5°。 2010年8月8日我们监测了王39-0211井的水力压裂过程，该井压裂层位为长611-2，压裂深度为1434-1441.5米，压裂层段中部深度对应垂深为1227米。 1．王39-0211井人工裂缝监测结果 王39-0211井位移较大，因此在实际监测施工时，我们围绕压裂层段中深点在地面的投影部署监测台网，实际台站的坐标如表1-1所示。 表1-1.王39-0211井监测台站的坐标
图1-1. 王39-0211井监测结果平面图 图1-1中，每个格的尺寸为100米；水平轴东西向，向东为正；竖直轴沿南北向，向北为正。从实测平面图可以看出，主裂缝条带走向为北东向；西翼裂缝左旋明显。过井口存在一条北西西接近东西向的支缝；东翼裂缝远端有较小支缝存在。 表1-2. 王39-0211井人工裂缝监测结果参数表 表1-2是依据现场数据的后分析结果。尺度是最大尺度；方位是所有微地震点的统
试验研究 煤层气井水力压裂伴注氮气提高采收率的研究 倪小明 1，2a ，贾 炳1，曹运兴 2b （1．山西晋城无烟煤矿业集团公司，山西晋城048006； 2．河南理工大学a．能源科学与工程学院；b．安全科学与工程学院，河南焦作454000） 摘要：最大限度地提高CH 4气体初始解吸压力是提高其采收率的重要途径之一。针对我国“低压” 煤储层的临储压力比小、初始解吸压力低、活性水压裂效果不甚理想的现状，系统分析了水力压裂伴注N 2增能压裂提高采收率的机理，结合施工现场情况，设计了水力压裂伴注N 2增能压裂煤储层工艺参数。屯留井田水力压裂伴注N 2增能压裂与常规活性水压裂的临界解吸压力对比表明：水力压裂伴注N 2能提高煤层气井排采初期的临界解吸压力，在其他条件相同的情况下，一定程度上能提高煤层气井的采收率。 关键词：N 2增能；水力压裂；煤层气；采收率中图分类号：TD82；P618文献标志码：A 文章编号：1008－4495（2012）01－0001－03收稿日期：2011－05－26；2011－09－25修订 基金项目：国家自然科学基金项目（40902044）；中国博士后科学基金项目（20100480848）；河南理工大学博士基金项目（B2009－51） 作者简介：倪小明（1979—），男，山西临汾人，副教授，博士后，主要从事煤层气抽采方面的研究工作。E －mail ：nxm1979@126．com 。 对煤储层压裂改造是提高煤层气井产能的关键 技术之一。为达到良好的压裂效果，国内外研究者从煤储层特性、压裂液性能、支撑剂性能、煤储层伤害、压裂过程裂缝展布、压裂效果的影响因素等方面 进行了卓有成效的研究 ［1－3］ 。清洁压裂液携砂能力较强，但对煤储层的污染较严重［4］ ；冻胶压裂液携砂 能力较强， 但煤储层温度低，低温破胶是其需要攻克的难题；CO 2泡沫压裂理论上能提高煤层气井采收率，但目前许多煤储层温度低，低温状态如何转化是 其主要瓶颈［5－7］ ；活性水压裂液因其价格低廉、来源广、 对煤储层的污染较少而成为目前储层改造的主要方式，但活性水压裂液携砂能力较差。为了更好地研究活性水压裂液伴注N 2压裂效果，笔者以屯留井田低压煤储层为研究对象，根据煤吸附CH 4和N 2的原理，对水力压裂伴注N 2提高采收率的工艺技术进行研究。 1 水力压裂伴注N 2提高采收率的机理 N 2泡沫压裂就是利用地面的泵注设备将N 2和 泡沫液形成的稳定泡沫以高于地层吸收的速率连续 不断地注入煤层，当达到煤的破裂压力时，破裂、裂缝延伸，强化地层裂缝连通，以提高煤层的导流能力。 煤储层中未注入液氮时，设煤储层压力为p ，含气量为V c ，CH 4气体的兰氏体积为V L1，兰氏压力为p L1，根据langumuir 等温吸附曲线，临界解吸压力如下： p 临1= V c p L1 （V L1－V c ） （1） 式中p 临1为CH 4临界解吸压力， MPa 。此时，设排采时的枯竭压力为p 枯，则可计算出理论采收率： η1=1－ p 枯（p L1+p 临1） p 临1（p L1+p 枯） （2） 式中η1为理论采收率。 向煤储层注入液氮后， N 2通过煤裂隙系统进入到煤孔隙中，此时的吸附可应用多组分气体吸附理论进行分析。N 2进入煤孔隙后， 当储层压力、温度、煤变质程度一定时，煤体对CH 4、N 2的最大吸附能力是一定的。此时，可近似认为单一气体和多组分 气体的兰氏体积不变。也就是单一CH 4与N 2混合后兰氏体积不变。注入N 2后，气体未产出时，煤储层中气体的压力增加，因在同样压力下煤储层对CH 4的吸附能力大于对N 2的吸附能力，排采时可把注入N 2的量换算为CH 4体积的当量，此时CH 4的临界解吸压力可表示为 p 临2= （V c +V cd ）p L1 （V L1－V c －V cd ） （3）
文章编号:1001-1986(2001)03-0020-03 煤层气井压裂施工压力与裂缝形态简析 郝艳丽,王河清,李玉魁 (中原石油勘探局井下特种作业处,河南濮阳 457061) 摘要:根据煤层气试验井的施工资料,分析了煤层压裂施工压力的特点以及井深、R o 与破压梯度的关系,并根据裂缝监测(测井温法、大地电位法和微地震法)测量的裂缝方位和缝高,对煤层压裂形成的裂缝特点进行了分类和总结,提出了指导性的建议。关 键 词:煤层气;压裂;施工压力;裂缝中图分类号:P 618.11 文献标识码:A 1 引言 煤层气是指形成于煤化作用过程中,目前仍储集在煤层中的优质天然气。它的开发是一个排水降压的过程,由于煤层的低渗透特点,决定了需要进行水力压裂激化才能有效地分配井孔附近的压降,加速脱水增加产能。本文针对煤层压裂的复杂性,从压裂施工压力与裂缝形态方面,对煤层压裂裂缝的扩展进行了分析和总结,希望能给以后的煤层气开发提供有益的帮助。2 煤层压裂施工压力分析 压裂主要是通过高压注入流体,破裂地层,从而在地层中形成高导流能力的裂缝。施工过程中流体在岩石中流动产生的压力变化在一定程度上反映了裂缝延伸的复杂现象,煤层压裂施工分析主要是针对压裂施工压力进行分析。2.1 煤层破裂压力分析 煤层的特殊性决定了其不同于常规储层的压裂特点。国外曾把煤层压裂的非常规性总结成4个方面:①异常高的压裂压力;②裂隙限制于煤层,即使裂隙中的压力远高于围岩带的原位应力;③伴随着孔底压力增加的支撑剂注入;④初始液体注入过程中闭合压力的显著增加。为此我们首先分析了试验区的破裂压力梯度情况,做出了井深、R o 与井底破压梯度的散点图。(图1,2)由图1中看出试验井的煤层破压梯度在0.017～0.064M Pa /m 之间,一般都为0.023～0.045M Pa /m 。而且根据我们收集的资料 表明,同一煤层测试压裂与加砂压裂的破压梯度存 在着大约0.002～0.007M Pa /m 的差别,也就是说煤层的高滤失特点会造成大约0.002～0.007M Pa /m 的压降,损失在流体注入煤层引起孔隙压力增高而产生的孔隙弹性效应上,也有一部分加砂压裂破压梯度小于测试压裂的破压梯度的情况,这与压裂流体对煤层的冲刷有关。另外,从煤层镜质体反射率与破压梯度的散点图上(图2)看出,煤层破压梯度有随镜质体反射率增大而增大的趋势,即变质程度高的煤层,其煤层不易破裂。而且从变化趋势看,R o 几乎与破压梯度呈线性相关关系,这是否是普遍规律,有待于进一步进行理论和实验数据的分析 。 图1 井深与破压梯度的散点图 图2 R o 与破压梯度的散点图 收稿日期:2000-05-15 作者简介:郝艳丽(1968—),女,河南清丰县人,中原石油勘探局井下特种作业处工程师,从事煤层气研究工作. · 20·煤田地质与勘探 CO A L G EO L O GY &EX PLO RA T ION V ol.29N o.3Jun.2001
水平井压裂裂缝起裂与扩展 引言： 通过国内外研究人员实践表明：由于水平井具有单井产量高、穿透度大、泄油面积大、油气储量利用率高及能避开障碍与环境复杂的区域等特点。对于低渗透油藏、薄差储层油藏、储量较小的边际油藏以及稠油油气藏等，水平井压裂是这类油藏最佳的开采方式。最近一段时期，随着学者们的不断研究以及钻井完井等工艺技术水平的提高，水平井开发技术成为人们开发低渗透油田的研究重点并被广泛应用。 水平井与垂直井、普通定向井的裂缝起裂机理都有明显区别。水平井自身存在复杂性与特殊性，钻遇地层环境比较复杂，水力裂缝在发生破裂时所需的起裂压力比垂直井的破裂压力高得多，通常会发生裂缝不张开，导致压裂失败。深入研究水平井裂缝起裂机理，找出合理的起裂规律是水平井压裂施工成功前提保障。 第1章水平井井壁上的应力状态 水力压裂时裂缝的形成主要是决定于井壁的应力状态。一般认为：当井壁上出现有一个超过岩石抗拉强度的拉伸应力时，井壁便开始破裂。 1.1 由于地应力所产生的井壁应力 地应力是由地壳岩层的重力场或即上覆地层压力及地质构造应力场所组成的。一般可认为, 地应力中的一个主应力是垂直于地壳表面的,其余两个主应力则是水平的。如果只考虑上覆地层载荷引起的重力作用(即不存在地质构造运动力)，且认为地下岩石处于纯弹性状态,可将初始的地应力分解为垂道方向的正主应力σz和两个相等的水平方向的正主应力σx入和σy。 式中 h-底层的埋藏深度； ρ-上覆岩层的平均容重，其理论值可取。00231kg/cm3; μ-岩石的泊松比。
在有些构造运动活跃的地区会出现异常大的侧应力(水平应力) , 井且在通常的情况下三个原地主应力是不相等的。设取压应力的符号为正, 拉应力为负, 三个主应力分别表示为σ1,σ2和σ3 (σ1>σ2>σ3>0) , 根据地质构造形成时的受力特点, 正断层、逆断层和平推断层发育的区域里, 三个主应力的方向是不相同的(图1)。 图1 不同断层发育地区的顶应力分布情况 休伯特考虑到多数岩石的内摩擦角都接近于30°这个事实, 认为在正断层发育地区, 最大主应力σ1等于有效的上覆压力，最小水平主应力σ3最大的可能是等于1/3上覆压力;在逆断层发育的地区,最小主应力σ3等于有效的上覆压力, 而最大水平主应力σ1顶多会等于3倍的上覆压力; 而在平推断层活跃的区域里, 有效的上覆压力则为中一间主应力。 由于地壳中的岩层可视为弹性半无限体, 井壁上的应力状态可简化为平面向题来分析。如果两个水平方向的压缩地应力不相等(设为σ1>σ2> o )，可把井眼看成是在互相垂道的方向上分别作用有σ1和σ2两个压缩外应力的弹性平板中的一个小圆孔(图2 )，孔壁上的应力就相当于井壁上的水平应力。而井壁上的垂直应力分量仍可视为σz=ρh，为上覆岩层的压力。
企业简介 东方宝麟科技发展（北京）有限公司，是国内独资石油专业技术服务公司， 主要从事石油技术研发、现场服务与咨询业务，特色业务包括油藏增产措施、水 平井建井优化、油气田开发经济评价及开发决策。著名压裂大师 Michael J. Economides 和美国两院院士 Christine A.Ehlig-Economides 为公司董事及高级技 术顾问，并与美国A&M 大学和休斯顿大学是战略合作伙伴关系。 公司拥有裂缝性储层缝网压裂技术、非常规气藏（致密气、页岩气）体积压 裂技术、低伤害胶塞控制压裂技术、C02清洁压裂液技术、可降解纤维压裂液技 术、超高温清洁压裂液技术、水平井段内多裂缝体积压裂技术、多井同步压裂技 术等多项特色技术，公司还承担或参与体积压裂改造技术的理论研究、软件开发、 压裂液体系研发、工艺创新等国内前沿先进压裂成套技术的科研工作。 目前公司 在国内的主要客户有中国石油、中国石化、中海油、延长石油所属的各大油气田。 塔里木油田 华北袖to ;冀东抽田 「一辽河袖田 丸大爲油田 ? 胜和油田 普吃％田 滇黠蛙沽田
技术原理 裸眼水平井段内多裂缝控制技术是应用专用水溶性暂堵剂在压裂中暂堵前 次缝或已加砂缝，从而造出新的裂缝。 控制技术的实施方法是在施工过程中实时地向地层中加入控制剂， 该剂为粘 弹性的固体小颗粒， 遵循流体向阻力最小方向流动的原则， 控制剂颗粒进入地层 中的裂缝或高渗透层， 在高渗透带产生滤饼桥堵， 可以形成高于裂缝破裂压力的 压差值 ,使后续工作液不能向裂缝和高渗透带进入，从而压裂液进入高应力区或 新裂缝层， 促使新缝的产生和支撑剂的铺置变化。 产生桥堵的控制剂在施工完成 后溶于地层水或压裂液，不对地层产生污染。 针对不同储层特性、 不同封堵控制的作用， 经过拟合计算确定不同的有效用 量。通过特殊工艺技术 ,可实现支撑剂均匀分布在裂缝中、控制裂缝延伸有效长 度、实现多裂缝的形成、实现裂缝转向等。 在一定的用量范围内 （相对小剂量 ）, 可以使支撑剂均匀分布在裂缝中； 在一定的用量范围内 （相对中剂量 ）, 可以控制裂缝的有效缝长； （相对大剂量 ）, 在加砂中或二次加砂前 ,可以形成多裂 缝； （相对大剂量 ）, 可以形成新的裂缝 ,在地应力决定条件下 可以使裂缝方向发生变化。 技术特点 强度高：具有很高的承压能力； 形成滤饼：在地层可以形成滤饼，封堵率高，封堵效果好； 可溶性好：在压裂液中可以完全溶解，不造成新的伤害； 有利于返排：内含F 表面活性剂，有利于助排； 方法操作简单：投入方法简单，不会给压裂设备带来新的负担； 时间可控：所需的压力和封堵时间，可以通过应用量剂大小、成分组成、颗 粒大小控制。 在一定的用量范围内 在一定的用量范围内
2006年3月第21卷第2期 西安石油大学学报(自然科学版 Jourml of Xi’an Shiyou University(Natural Science Edition Mar.2006Ⅷ21N02 文章编号:1673—064X(200602—0029—04 压裂水平井裂缝参数优化研究 Optimization of the fracture parameters of fractured horizontal wells 高海红1,程林松1,曲占庆2 (1中国石油大学石油天然气工程学院,北京102249;2.中国石油大学石油工程学院,山东东营257061 摘要:裂缝是影响压裂水平井产能的主要因素,为了成功的压裂水平井,在压前的施工设计中要充分考虑裂缝参数的优化.利用电模拟实验研究了裂缝参数与压裂水平井产能的关系,所考虑的裂缝参数包括:水平井筒与裂缝夹角、裂缝长度、水平井筒长度、裂缝数目、裂缝位置及裂缝间距等.研究表明:产能随水平井筒与裂缝夹角的增大而增大,超过45。后产能增加的趋势变缓;产能随裂缝长度的增加而增加,但在具体的油藏地质条件下存在最优的裂缝长度和水平井筒长度的匹配;实验中压裂水平井的最优裂缝数为3~5条,其中外裂缝对产能的贡献最大;产能随裂缝问距的增大相应增加.裂缝参数的优化研究可为压裂水平井的施3-设计提供理论性指导. 关键词:水平井;压裂设计;裂缝参数优化;产能 中图分类号:TE357.1+3文献标识码:A 国内外油田开发实践证明,水平井压裂后可更大范围地沟通未动用的油气层…,极大地提高油藏的采出程度,目前已成为广泛应用的采油新技术.压裂后裂缝是影响
油气藏评价与开发 第8卷第3期2018年6月 RESERVOIR EVALUATION AND DEVELOPMENT 收稿日期：2017-11-23。 第一作者简介：赖建林（1986—），男，工程师，非常规及低渗透储层改造研究。延川南煤层气复杂缝网整体压裂技术研究与应用 赖建林，房启龙，高应运，魏伟 （中国石化华东油气分公司石油工程技术研究院，江苏南京210031） 摘要：由于煤储层端割理和面割理发育的特点，压裂容易形成复杂的裂缝形态，常规双翼裂缝模型并不适用于煤层气压裂设计优化。为了提高煤层气整体压裂开发效果，提出了煤层复杂裂缝等效渗流表征方法，将复杂的网络裂缝等效为高渗透带，通过优化高渗透带的大小和渗透率，获得最佳的整体压裂裂缝长度和导流能力。同时采用三维裂缝模拟软件进行体积压裂施工参数优化，并开展3口井压裂施工和井下微地震裂缝监测试验。结果表明，压裂裂缝波及范围较广，复杂程度较高，压后平均日产气量1376.7m 3，为实现煤层气田整体压裂开发提供了技术支撑。 关键词：煤层气；整体压裂；缝网压裂；体积压裂；参数优化 中图分类号：TE357文献标识码：A Research and application of integral network-fracturing of coal-bed methane of southern Yanchuan Lai Jianlin,Fang Qilong,Gao Yingyun and Wei Wei （Petroleum Engineering Technology Research Institute,East China Company,SINOPEC,Nanjing,Jiangsu 210031,China ）Abstract:Due to the well-developed end cleat and surface cleat,the complicated fracture morphology forms easily in the coal-bed fracturing,and the conventional double-wing fracture model is not suitable for the optimization of the coal-bed methane fracturing design.In order to improve the production of the coal-bed methane,we proposed a characterization method for the equivalent seep?age of the complex fracture,in which the complex network fracture was equivalent to the high permeability zone.By optimizing the size and permeability of the high permeability zone,we got the best overall fracturing fracture length and fracture conductivity.Meanwhile,we also optimized the pumping parameters by using 3D fracturing simulation software,and carried out the fracturing op?eration and down-hole micro-seismic monitor tests of 3wells.The results showed that the fracture length covers a wide field and the complexity after fracturing is high,and the average post-fracturing daily production is 1376.7m 3/d.It provides a technical sup?port to the integral fracturing development of coal-bed methane.Key words:coal-bed methane,integral fracturing,network fracturing,SRV fracturing,parameter optimization 由于我国煤层低饱和、低渗透、低压的特点，煤 层气井产量普遍较低，故需要进行一定的增产改造， 最常用的就是水力压裂技术[1]。国内外煤层气开发 井压裂施工普遍采用活性水压裂液造缝携砂，但压 裂后的裂缝展布规律无法直接观测，分析与模拟的 关键问题之一就是确定裂缝的几何形状及其动态延 伸规律，常用的二维模型包括PKN 模型、KGD 模型[2]。由于煤储层割理裂隙发育，压裂缝通常是复杂的网缝结构，采用均质二维模型进行压裂设计模拟优化存在不足。因此，本文采用高渗透带等效煤层复杂裂缝，通过优化高渗透带大小和渗透率来确定煤层气压裂施工参数，形成了复杂缝网整体压裂设计优化方法，并在延川南煤层气田产能建设中进行了推广应用，为进一步提高煤层气田开发效果奠定基础。
第36卷第1期煤 炭 学 报V o.l 36 N o .1 2011年 1月 J OURNAL OF C H I N A COAL SOC I ETY Jan . 2011 文章编号:0253-9993(2011)01-0065-05 地应力对煤层气井水力压裂裂缝发育的影响 唐书恒1 ,朱宝存1 ,颜志丰 2 (1 中国地质大学(北京)能源学院,北京 100083;2 河北工程大学资源学院,河北邯郸 056038) 摘 要:以晋城矿区西部3号煤层的地应力及煤岩的力学性质数据为基础,采用数值模拟方法求解 了不同地应力条件下井壁处及天然裂缝缝端的破裂压力,分析了地应力对水力压裂起裂压力、起裂位置的影响。研究发现:起裂压力和起裂位置不但与地应力方位有关,而且与地应力大小有关;随水平主应力差系数增大,天然裂缝与最大水平主应力间的夹角对破裂压力的影响程度增大。对于晋城矿区西部3号煤层,当水平主应力差系数大于0 84时,易产生较为平直的水力主缝;小于0 47时,易于产生网状裂缝;在0 47~0 84时,起裂方位与天然裂缝的分布有关。不同地区,用于判断起裂方位的水平主应力差系数不同。 关键词:地应力;煤层气井;水力压裂;天然裂缝;破裂压力;起裂方位中图分类号:TE357 1 文献标志码:A 收稿日期:2010-06-23 责任编辑:韩晋平 基金项目:国家科技重大专项课题(2008ZX05034-003);国家自然科学基金资助项目(40972108);国家863计划专题课题(2006AA 06Z235); 长江学者和创新团队发展计划(IRT0864) 作者简介:唐书恒(1965 ),男,河北正定人,教授。T e:l 010-********,E -ma i :l t angsh @cugb edu cn E ffect of crustal stress on hydraulic fracturi ng in coalbed m ethane w ells TANG Shu heng 1 ,ZHU Bao cun 1 ,YAN Zhi feng 2 (1 S chool o f En e rgy R esou rces ,China Un i versit y of G eoscie nces (Be i jing ),B eiji ng 100083,China;2 School of R esou rces ,H e bei Un i versit y of E ng ineeri ng, H andan 056038,Ch i na ) Abst ract :The crusta l stress and m echan ics properties data fro m No 3coa l sea m in the w estern Ji n cheng m i n i n g area w ere ana l y zed .W ith a fi n ite e le m entm ethod ,the f o r m ation fracture pressure at bo reho le w alls and natural fracture tips under d ifferent conditi o ns o f crusta l stress w as ca lculated .The effect o f crusta l stress on i n itiation pressure and azi m uth w as ca lculated .Initiation pressure and azi m u t h are related w ith the m agn itude and direction of cr ustal stress .The i n fl u ence degree of the ang le bet w een a natural fracture and the m ax i m um horizontal princi p al stress on fracture pressure i n creases w ith i n creasi n g princ i p al stress difference coeffic ien.t In No 3coal sea m in the w estern Jincheng m ini n g are a ,hydrau lic m a i n fractures are easy to occur when the coefficient exceeds 0 84,net li k e fractures are easy to occur w hen t h e coeffic i e nt is less than 0 47,and i n itiation azi m uth is related w ith natural fracture distri b ution w hen the coef ficient is bet w een 0 47and 0 84.I n difference areas ,the coeffi c ient used to analyze t h e i n itiati o n azi m u t h is differ ence . K ey words :cr ustal stress ;coa l bed m ethane ;hydrau lic fracturi n g ;natural fractures ;fracture pressure ;i n iti a ti o n azi m uth 地应力条件不仅对于煤储层渗透性具有重要的影响 [1-2] ,同时,地应力大小和方向也是控制煤层气 井水力压裂裂缝起裂压力、起裂位置及裂缝形态的重要参数。钻井之前,地应力处于平衡状态;钻开井眼,局部扰动破坏了原有平衡状态,井筒周围地应力重新分布。压裂施工后,最初在井筒处产生多条裂缝,这 些裂缝在距井筒一定范围内发生转向或相互扭曲,随着裂缝的延伸,最终在垂直于最小水平主应力方向形成一条裂缝[3] 。水力裂缝起裂方位不但与地应力方 位有关,而且地应力大小也影响裂缝的扩展模式。在进行随机裂缝性储层压裂时,高水平主应力差条件下,容易产生较为平直的水力主缝;在低水平主应力
中联煤层气有限责任公司企业标准 煤层气井压裂技术规范 ( 试 行 ) 中联煤层气有限责任公司 2000年7月发布实施
前 言 煤层气作为一种洁净能源，其开发利用有着广泛的前景。为了达到工业开采水平，通常需要对煤层进行水力压裂。这是加速煤层气解吸运移的最有效途径之一。 煤层是一种非常规储气层，力学性质特殊。因此煤层水力压裂从工艺到设备与其它储集层压裂有着不同的要求，必须对常规压裂工艺进行改进、完善，这样才能解决煤层中相关的技术问题，使煤层水力压裂得到发展，以适应煤层气大规模开发的需要。 本规范的制订主要借鉴了石油天然气行业的一些相关标准并针对煤层的具体特点制订的。 本规范起草单位：中联煤层气有限责任公司 本规范起草人：刘海滨马方明 本规范由中联煤层气有限责任公司负责解释
1主题内容及适用范围 本规范规定了煤层气井的压裂工序质量标准、质量验收规定、操作规程、安全环保要求及资料录取要求。 本规范适用于煤层气井压裂施工。 2引用标准 下列标准包含的条文,通过在本规范中的引用而构成为本规范的条文。本规范出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本规范的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 SY/T 5107 水基压裂液性能评价推荐作法 SY/T 5108 水力压裂用支撑剂的评定方法 SY/T 5836-93 中深井压裂设计施工作法 SY/T 6088-94 深井压裂工艺作法 3 压裂工序及质量标准 3.1 井筒试压 3.1.1采用清水正试压,试压值为压裂设计最高限压值,试压时间:30min,压降≤0.5MPa为合格。 3.1.2 试压不合格,必须查出原因,否则不准进行下步工序。 应取资料：试压时间及方式、介质名称、试压值、稳压时间、压降 3.2通井（执行SY/T 5587.16—93） 3.2.1通井前必须查清套管情况(套管内径、井斜、套管是否变形)，然后选用标准的通井规通至人工井底。 3.2.2 通井时必须装指重表,指重表要灵敏可靠,遇阻悬重不得超过20-30kN，出现异常情况经现场研究决定采取措施后方可继续施工。 应取资料：通井规直径及长度、通井深度、遇阻位置、通井规痕迹 描述、指重表变化数据。