1王立新 2王璐瑶 1封猛 1陆冠豪 3席岳
1西部钻探工程公司试油公司 新疆 克拉玛依市 834000；
2新疆油田黑油山有限责任公司 新疆 克拉玛依市 834000；
3新疆油田公司陆梁油田作业区 新疆 克拉玛依市 834000
摘要：随着不断突破煤层气勘探开发深度，埋深超过1000m的深层煤层气资源越来越被重视，深层煤储层具有高应力、高压力、高地温、特低渗的特点[1]，其赋存状态研究较少，产出条件也不同于浅层煤层气压裂试气工艺要求，因此勘探开发技术难度大。通过对准噶尔盆地东部白家海地区埋深大于1500m的煤层气井储层特征总结，压裂试气工艺优化，试采效果评价，探索出了初步的认识，为下步该区深层煤层气开发提供指导性意见。
关键词：深层煤层气；压裂排采；白家海凸起；游离气
0 引言
根据预测[2]，新疆准噶尔盆地煤层埋深1200~3000m煤层气总资源量约4.57×1012m3，具有较大开发价值。准噶尔盆地东部白家海凸起发育较稳定的侏罗系煤层，分布范围广，厚度较大，埋深大于1500m。区内多口井针对侏罗系煤层段开展过压裂改造试气，彩A井平均日产气4420m3，彩B井平均日产气2500m3，试采证实准噶尔盆地深层煤层气具有较大的开发价值。煤层气以吸附态、溶解态和游离态三种状态存在于煤层中。研究表明[3]，浅层煤层气吸附态占70%~95%，游离态占5%~20%，由于深部煤层应力高、温度高、煤岩压缩性强，致使深煤储层物性及含气性等与浅层差异明显。因此总结该区煤层气的储层认识，探索一套适用于该区的压裂试气工艺，可以提高煤层气单井的产量，进一步提高开发效果，挖掘开发潜力。
1 白家海地区煤层特点
根据前人研究[4]，煤层随着埋藏深度的增加，吸附量呈现出快速增加-缓慢增加-缓慢递减的过程，即深层煤层吸附量存在吸附临界深度带，为1400~1700 m。1400m以浅吸附量受压力正效应大于温度负效应，吸附量随埋深增加而增加，临界深度带内吸附量达到极限，不再增加，1700 m 以深温度负效应大于压力正效应，吸附量随深度增加而减小（图1）。
图1 准噶尔盆地煤吸附量与煤层埋深关系
从压裂排采情况分析，白家海凸起煤层气井产出的煤层气为游离气，一是彩A井和彩B井压裂后即见气，这是游离气的特征；二是彩A井和彩B井在压裂退液期间还没有开始降压解吸，就已经产气且高产，说明产出的气为游离气。
另外，彩B井前后5支样品的甲烷同位素值均在-30.5附近，属于偏高成熟度才能生成的甲烷，周边邻井天然气甲烷同位素均在-30附近（图2），结合甲烷乙烷碳同位素对比结论，彩B井天然气为外部运移进煤层，属于游离气。同时煤镜质组反射率Ｒo为0.84%～0.85%，属中煤阶肥煤，煤层中游离气含量平均53.9%，在良好封闭条件下，形成吸附气与游离气互动型气藏，煤层中游离气含量高，就降低了开发难度，提高了深部煤层气的可采性。
图2彩B井5支气样甲烷碳同位素分布图
2 深层煤层气压裂试气难点及对策
2.1 煤层气压裂试气难点
（1）煤层杨氏模量小，易形成较宽的水力裂缝，同时煤层裂缝相对发育，压裂滤失量大，当煤层破裂后，裂缝向前延伸困难，难以形成长缝；加之煤层较软，压裂中形成大量“T”型裂缝和微裂缝，造成压力会升高，不利于加砂。
（2）煤岩孔隙直径小，孔隙内表面积比大，煤层是由连通性极好的大分子网络和互不连通的大分子通道所组成，具有较强的吸附能力，压裂液吸附后易堵塞孔吼。
（3）煤层的闭合压力一般较低，近井筒处的支撑剂易返出。
（4）煤粉反吐难以控制，难以实现均匀控制压差排采。井筒周围的煤层，由于巨大的冲刷作用，而形成一个洞穴并产生大量煤粉，象张开的蛇口，而大割理形成的裂缝则弯弯曲曲象蛇的身子，煤粉则在液流的携带下进入煤层深处。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。
2.2 技术对策
2.2.1 压裂液优选
煤层压裂时，液体的选择与考虑不同于一般水力压裂。下面介绍几种类型的液体在煤层天然气压裂时的优点与缺点：
表2 1煤层压裂液体选型
液体类型优点缺点
交联聚合物基压裂液在煤层复杂裂缝情况下，保证产生足够的裂缝宽度，利于携砂残留在人造裂缝和天然缝隙的聚合物常常对煤层的渗透率造成损害
线性聚合物基压裂液
管柱摩阻优势更高的液体滤失、在复杂裂缝情况下无法保证水力裂缝宽度、携砂能力弱、聚合物对于煤层天然缝隙的侵入更深，造成更大的渗透率伤害
活性水配方简单，价格低廉
有利于造复杂裂缝穿深不足，难以形成主裂缝
携砂能力不足，难以提高支撑剂浓度
泡沫液适用于储层压力低的煤层，帮助施工液体更好的返排。同时，两相液体能够减小在煤层解理、缝隙中的滤失，降低对于储层渗透率的伤害一般的起泡剂会影响煤层表面的化学性质、润湿性的改变会减缓煤层的脱水速度、亦有可能引起煤粉的产生和运移
CBMA专为煤层的特殊属性设计，稳定煤粉、加快煤层脱水速度、保持煤层的天然润湿性滤失较大。可以通过使用煤层特殊的起泡剂来改善液体的粘度和减小滤失、帮助返排。
权衡各种类型液体的利弊、并且考虑现有的液体种类，决定在该井使用YF125HTD冻胶系统完成施工作业。该液体系统在全球各地各类储层中得到广泛应用，具有良好的流变特性、储层配伍性和稳定的性能。
常规压裂液体中所使用的表面活性剂均有水湿特性，即在侵入孔喉之后留下水湿型的岩石表面。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于煤层而言，这种特性可能造成：
不利于煤粉的稳定性
? 不利于压裂后退水
? 介于此因素，建议采用煤层气特殊表面活性剂系统（B271）。
图3 B271煤层气表面活性剂与常规秒面活性剂对比
彩B井实际压裂改造过程中所用的液体配方如下表所示。
表3 3液体配方表
代码功能英制浓度（ppt/gpt）公制浓度 %
D047消泡剂0.200.02
M275杀菌剂0.200.0024
B515胍胶20.00-25.000.24-0.30
L064短效防澎剂1.000.1
L055长效防澎剂0.250.025
B271煤层气添加剂1.000.1
J218破胶剂1.000.012
J475胶囊破胶剂1.000.012
L010交联剂3.000.036
J480交联延迟剂6.000.072
M002pH调节剂10.000.12
2.2.2 支撑剂优选
煤层压裂支撑剂的选择与常规油气储层截然不同，煤层水力压裂的目的是连通煤层割理系统。煤基质渗透率一般很低，因此气体主要由割理流入井筒。故不需要高导流能力的裂缝，而要尽可能沟通更多的割理。大粒径的支撑剂比小粒径的支撑剂渗透性好，但最好先选用小粒径的支撑剂，它可进入到地层深部，并可与更多的割理相连，而后再加入大粒径支撑剂。
根据目前本区措施层深度，支撑剂承受的闭合应力将取决于储层的闭合压力以及井底流压。根据目前所有的测井资料，预计本区措施层的储层的闭合压力约为35 MPa。正常生产过程中会有一定井底流压，因此，生产过程中实际作用在支撑剂上的压力将会比储层的闭合压力小。考虑到天然气生产时的非达西流效应，对于陶粒的圆度、球度、破碎率有更高的要求。由于煤具有软、弹性的特点，在支撑剂优选大粒径。
下图为部分支撑剂在承压情况下的导流能力曲线对比图，比较了普通石英砂、16/30 Carbo-Prop，20/40 Carbo-Prop，16/30 Carbo-Lite，20/40 Carbo-Lite。鉴于现有支撑剂类型，以及支撑剂的性价比，本区最终采用石英砂进行作业。
图4不同种类支撑剂导流能力与压力的关系
2.2.3 施工参数优化
针对施工过程中压力容易升高，造成加砂困难，对应采用大排量施工措施，提高净压力，保证缝足够宽，形成复杂缝网；对于煤层强吸附性特征，提高砂比和施工规模，以保证长期导流效果。通过实践，形成了白家海地区深层煤层气造复杂裂缝工艺：低粘液、大排量、大液量、高砂比。
彩B井压裂后平均日产气2500m3，取得较好效果，其压裂施工排量7~11m3/min，保证压裂液的携砂性能，单层加砂量39m3，平均砂比14%。
图5彩B井煤层井段压裂施工曲线
2.2.4 排采措施优化
自喷阶段采用控压排采，控制流量，开井初期采用1mm油嘴+针阀多级降压，防止地层剧烈扰动，减少压力激动，防止煤粉及支撑剂回吐。并按照井底压力小于地层闭合压力开井，适当延长关井压降时间。
图6 彩B自喷控压排液小时曲线
非自喷阶段采用“螺杆泵+直读压力计+套管控压的排液”工艺，根据直读压力数据控制排彩液面稳定，降低地层扰动。当井底流压为地层压力的0.8倍时，液面下降速度控制在100~200m/d；继续缓慢降液面，保持流压为地层压力的0.5倍，控制液面下降速度100~200m/d；产气后，套压增加，井底回压增大，流压升高，控制套压（套压每上升1MPa，即放压）稳定排采；当流压开始逐渐下降，使用油嘴控制，减缓流压下降速度。实践表明螺杆泵实现了连续排液，稳产效果好，工艺适用性较好。
图7非自喷阶段采用螺杆泵排液
结论与认识
（1）甲烷同位素测量结果表明白家海地区煤层气符合中煤阶肥煤特征，试采分析表明储层富集以游离气为主以游离气为主。
（2）采用“低粘液、大排量、大液量、高砂比”压裂改造措施效果明显，基本满足白家海地区深层煤层气压裂改造技术需求。
（3）“螺杆泵+直读压力计+套管控压”的排液工艺，针对深层煤层气非自喷阶段排彩稳产效果好，有效控制液面下降速度，平稳增大生产压差，工艺适用性较好。
参考文献：
[1]宋全友，深部煤层气成藏条件及开发潜势研究[D]，徐州：中国矿业大学，2003.
[2] 刘成林，朱杰，车长波，等.新一轮全国煤层气资源评价方法与结果[J].天然气工业，2009，29（11）：130-132.
[3] 刘国壁，煤层气勘探开发和增产技术[J]，新疆石油地质，1994，15（3），87-90.
[4] 陈刚，准噶尔盆地彩南地区深层低阶煤吸附特征及其影响因素[J].煤田地质与勘探，2016，44（2）：50-54.
论文作者:1王立新,2王璐瑶,1封猛,1陆冠豪,3席岳
论文发表刊物:《文化时代》2019年15期
论文发表时间:2019/10/28
标签：煤层论文; 压裂论文; 煤层气论文; 准噶尔盆地论文; 裂缝论文; 压力论文; 液体论文; 《文化时代》2019年15期论文;