分压合采压裂技术在柳林地区的应用

分压合采压裂技术在柳林地区的应用

张贺

中联煤层气（山西）有限责任公司，山西太原030000

摘要

为提高柳林地区直井压裂效果，根据煤层纵向非均质性的特点，分析了压裂裂缝沿软煤和弱胶结面延伸的规律，对射孔位置、用液量、加砂量进行了优化，提出了针对柳林地区3号、4号和5号煤直井分压合采压裂技术。通过实际应用，16口井压后总日产气47600m³，单井最高日产气2800m³，分压合采井压后产量为单层压裂井产量的2.5倍。分压合采技术优选煤层射孔，提高了储层改造的针对性，确保裂缝在优质储层中有效延伸，提高了压裂改造效果，已经成为柳林地区直井多层压裂的主体技术。

关键词：分层压裂，煤层气、直井

分压合采是多薄层油气藏常用的生产方式，可采用连续油管水力喷射分层压裂[1,2]、分层压裂与测试一体化管柱[3,4]、油管机械分层[5,6]、可溶桥塞分层[7,8]、暂堵转向分层压裂[9]等技术手段，在低渗致密气藏、低渗油藏和煤层气井[10-12]中广泛应用。

柳林地区3+4号、5号煤层一般采用直井开采，本文在储层物性分析的基础上，分析里以往直井水力压裂的不足，从储层非均质性角度优化了射孔段，提高了该地区直井分压合采的改造效果。

1. 区域煤层特点

柳林区块位于山西省西部，鄂尔多斯盆地东缘，东西7.7~13.2km，南北5.4~16.8km，区内构造简单，总体为一东北－西南倾斜的单斜构造，局部被断层切割成次一级低幅度小褶曲或断块圈闭。

二叠系下统山西组3+4号、5号煤层是该区块的一个主要含煤地层，3+4号煤层厚度0. 04-5. 84m，平均2. 3m，由东向西逐渐变薄、分叉。5号煤层厚0-5. 87m，平均厚为2. 19m，中部厚度平均2. 5-4m。煤层厚度与含气量分布特征基本一致，东南部、中北部含气量较高，其中3+4号煤层的含气量1. 15-17. 92m3/t，平均9. 86m3/t，5号煤层的含气量2. 46-19. 44m3/t，平均8. 4m3/t。3+4号煤顶板岩性多为砂质泥岩或泥岩，局部为粗、中、细粒砂岩，偶为炭质泥岩或粉砂岩；底板岩性多为砂质泥岩或泥岩，局部为细、中、粗粒砂岩或粉砂岩，偶为炭质泥岩。5号煤顶板岩性多为泥岩或砂质泥岩，偶为中、细粒砂岩、粉砂岩或炭质泥岩；底板岩性多为砂质泥岩、泥岩或细、中、粗粒砂岩，偶为粉砂岩、炭质泥岩或粘土泥岩。3+4号、5号煤顶底板整体以封盖能力强的泥岩为主，其次为砂质泥岩，砂岩仅局部零星发育，整体封盖能力较好，有利于煤层气富集保存[13,14]。

各煤层有机显微组分以镜质组为主，惰质组次之，二者所占有机组分比例都在92%以上。镜质组含量对煤层生烃能力和煤层甲烷吸附能力成正比。镜质组含量高表明区域煤岩沉积处于相对封闭的还原环境，有利于煤层气的生成，说明煤层具备够赋存大量的煤层气能力。

图1 各煤层显微煤岩组分分布

表1 煤岩显微组分

注入/压降试井测试结果表明，区块内煤层的渗透率变化范围较大，整体变化规律随着煤层埋深增大而降低。3+4号煤层渗透率为0. 02-3. 44mD，平均0. 5mD；5号煤层渗透率为0. 02-2. 26mD，平均0. 6mD。煤层渗透率整体与构造及埋深一致，表现为东高西低、北高南低的特征。

图 各煤层渗透率

2. 分层压裂主控因素分析

2.1 煤层非均质性的影响

以往柳林地区直井生产采用全煤层射孔，将煤与夹矸一次性射开，忽视了煤层纵向非均质性的特点，没有按照煤层的煤质进行垂向分层研究。由于垂向各煤体结构的差异，小层间杨氏模量、泊松比等力学性质也不同，导致压裂后裂缝没要按照预期方向延伸，裂缝沿软煤、弱胶结面延伸较多，造成主力目的层改造不充分，影响了储层改造效果。

图 煤层非均质性影响压后裂缝形态示意图

2.2 射孔位置的影响

射孔位置影响裂缝的开启，全煤层大段射孔不利于裂缝延伸。根据“优质储层”针对性射孔的原则，在北部3+4号、5号煤采用分层压裂工艺，优选射孔压裂层位，确保裂缝尽可能在目标储层内延伸。通过软件模拟，分段射孔后裂缝在各个小层均匀延伸，达到了提高储层纵向改造效果的目的。

图 分段射孔裂缝形态模拟

2.3 压裂强度的影响

通常，在低渗砂岩储层中，压裂施工液量越大，压后形成的裂缝长度越大；加砂越多，人工裂缝内导流能力也越大，即增加施工强度可以提高改造效果。煤层隔离发育，压裂施工中压裂液滤失较多，压裂液进入地层后造缝功能较弱。根据以往施工规模和压裂后产量对比关系，压后产量与施工规模不成正相关关系，即增加施工液量、砂量，产量不会线性增加。增加的压裂液量用于造缝的较少，更多的在近井地带已经滤失了。由于压裂液的滤失，增加的支撑剂很难运移到远端裂缝，堆积在近井周围，无法提高远井端裂缝的导流能力。通过分析单位压裂液量和产量的关系，发现产量随着压裂强度的增加呈上升趋势，当达到临界值时，产量增幅较小。

图 压裂强度与产量的关系（左：单位液量，右：单位砂量）

3. 现场应用

3.1 压裂施工情况

目前，柳林地区3+4号、5号煤层已经完成16口直井分段压裂施工，煤层平均厚度13.5m。共完成26层分段射孔，平均单井射孔厚度4.0m，射孔段占煤层总厚度的33.7%，累计加砂444.3m³，累计入井压裂液8739.1m³。单井平均用压裂液550m³，平均加砂30m³。

图 压裂液用量 图 加砂量

表 各井射孔数据

3.2 压后效果

目前解析产气的16口井日产气4.76×104m³，单井最高日产气1.1×104m³，单井日平均产气2800m³，其中的13口井日产气量大于1700m³，其余3口井因投产时间较短，仍有一定的提产潜力。3+4号、5号煤层分压合采后平均产气量高于单压3+4号煤，为单压5号煤日均产气量的2.5倍。在充分证明3+4号煤层为主力产气层的同时，在同井中实现了3+4号和5号煤层的合采，提高了单井生产效率，实现合成开发，降低了钻井数和钻完井费用。

图 压后产气量

4. 结论

1）分压合采实现了柳林地区直井3+4号、5号煤的合成开采，降低了油井整体投入，缩短了施工周期；

2）在直井分层压裂中，优化射孔段有利于提高储层纵向改造效果；

3）煤层压裂中，产气量与压裂液用量、加砂量不成正相关关系，施工规律达到临界点后，产量增加幅度较小。

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