杜建波，郭布民，黃洪偉，周 彪，張萬春

（中海油田服務股份有限公司油田生產(chǎn)事業(yè)部，天津 300450）

柿莊南是沁水盆地煤層氣開發(fā)的核心區(qū)塊之一，但截至目前柿莊南單井產(chǎn)氣量平均僅為334 m3/d，遠低于沁水盆地平均單井產(chǎn)量（868 m3/d）。為了盤活儲量巨大的低效井資源，創(chuàng)新性地結(jié)合柿莊南區(qū)塊煤巖儲層特征和低產(chǎn)原因，研究形成了一套精細化的產(chǎn)能釋放技術(shù)。該項技術(shù)應用于現(xiàn)場后，取得了平均單井日增氣3.5 倍的增產(chǎn)效果，為有效盤活低效煤層氣資源提供了技術(shù)借鑒。

前人對沁水盆地柿莊南區(qū)塊所做的研究工作及成果主要集中區(qū)塊地質(zhì)研究[1-6]和一次壓裂優(yōu)化[7-9]方面。對本文提出的結(jié)合煤巖儲層地質(zhì)特性和低產(chǎn)原因制定精細化的增產(chǎn)改造技術(shù)及成規(guī)模的現(xiàn)場應用，目前未見公開發(fā)表的文獻資料。

1 儲層地質(zhì)特征

儲層地質(zhì)特征是產(chǎn)氣潛力的物質(zhì)基礎，需要同時考慮資源條件和可采條件。本研究綜合考慮儲層各地質(zhì)特征參數(shù)，將區(qū)塊劃分成若干潛力區(qū)，為制定增產(chǎn)改造方案提供技術(shù)參考。

通過對沁南柿莊南區(qū)塊低效井區(qū)含氣量、含氣飽和度、儲層壓力梯度、臨界解吸壓力、臨儲比和滲透率等地質(zhì)參數(shù)與產(chǎn)氣量的相關性分析，通過模糊矩陣計算和專家打分的方式確定了各參數(shù)的權(quán)重值，并進一步得到每口井的潛力值，以此圈定出了低效井區(qū)增產(chǎn)改造潛力區(qū)。潛力區(qū)分為四類，其中Ⅰ類為高潛力區(qū)，面積占2.78 %，Ⅱ類為較高潛力區(qū)，面積占10.53 %，Ⅲ類為中潛力區(qū)，Ⅳ類為低潛力區(qū)，面積分別占15.82 %和70.87 %（見圖1、表1）。

表1 不同類型潛力區(qū)井數(shù)分布

圖1 關鍵地質(zhì)參數(shù)與產(chǎn)氣量的關系

圖2 低效煤層氣井治理對策

2 低效煤層氣井低產(chǎn)原因及治理對策

在煤層氣開發(fā)生產(chǎn)過程中，儲層可采條件、地質(zhì)資源條件、鉆完井工藝、儲層改造技術(shù)和排采管控等因素都會對單井產(chǎn)能產(chǎn)生重大影響，因此，本文采用層次分析法對低產(chǎn)主控因素進行分析，關鍵參數(shù)一票否決，再進一步進行多參數(shù)組合，最終確定低產(chǎn)主控因素。通過系統(tǒng)分析，低產(chǎn)原因分為地質(zhì)因素、工程因素和排采因素，占比分別為17.2 %、23.8 %和59 %。

結(jié)合儲層特征和低產(chǎn)原因，以最大化改造效果為目標制定以下改造思路（見圖2）。

3 低效煤層氣井產(chǎn)能釋放技術(shù)

3.1 暫堵轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)

暫堵轉(zhuǎn)向增產(chǎn)機理：在暫堵劑作用下，封堵原有裂縫，壓開新裂縫，提高儲層縫控體積，達到增產(chǎn)目的。

通過室內(nèi)實驗對柿莊南煤層氣重復壓裂縫內(nèi)暫堵劑性能進行評價及優(yōu)選：實驗擬定選用60～80 目水溶性暫堵劑AAS 作為真三軸水力壓裂物理模擬的暫堵劑，用巖心夾持器固定煤巖巖心，放入導流儀。用攜帶可溶性暫堵劑的壓裂液進行恒流驅(qū)替，流量為5 mL/min，實驗中記錄驅(qū)替壓差。改變暫堵劑濃度，研究暫堵劑濃度對其封堵能力的影響，實驗結(jié)果（見圖3）。

暫堵劑濃度為4 %時驅(qū)替壓差在0.3 MPa～1.5 MPa波動，無法形成有效封堵，提高暫堵劑濃度至8 %、10 %和15 %時，最高驅(qū)替壓差分別為9.5 MPa、14.5 MPa 和18.5 MPa，驅(qū)替壓差不斷重復累積，有一定的封堵效果。

圖3 暫堵劑濃度對封堵效果影響

將暫堵劑置于壓裂液中，用水浴鍋30 ℃、40 ℃恒溫加熱，24 h 的最終溶解率為65 %，暫堵劑殘渣污染地層且不易解堵，不利于增產(chǎn)改造，實驗結(jié)果（見圖4）。

圖4 暫堵劑溶解率曲線

圖5 煤體結(jié)構(gòu)圖

由于煤層埋深淺，地層溫度低，纖維小球等暫堵劑無法完全降解，水溶性暫堵劑溶解度低，容易對儲層造成傷害，而油溶性暫堵劑、酸溶性暫堵劑均不適用于煤層氣儲層，故柿莊南煤層氣重復壓裂暫堵劑優(yōu)選采用小粒徑石英砂作為縫內(nèi)暫堵劑。

3.2 間接壓裂技術(shù)

受應力擠壓作用影響，柿莊南區(qū)塊3 號煤發(fā)育多種煤體結(jié)構(gòu)，平面分布具有較大差異性。取心井顯示煤層可見原生結(jié)構(gòu)煤、原生-碎裂結(jié)構(gòu)煤、碎裂-碎粒結(jié)構(gòu)煤、碎粒結(jié)構(gòu)煤等4 種（見圖5）。利用井徑和電阻率測井曲線對柿莊區(qū)塊煤體結(jié)構(gòu)分類，發(fā)育原生煤體結(jié)構(gòu)井數(shù)比例42.4 %，發(fā)育原生-碎裂煤體結(jié)構(gòu)井數(shù)比例37.3 %，發(fā)育碎裂-碎粒煤體結(jié)構(gòu)井數(shù)比例20.3 %。

圖6 頂板射孔重復壓裂示意圖

處于應力轉(zhuǎn)變帶的井，構(gòu)造煤發(fā)育，一次壓裂難以在煤層中形成有效裂縫，導致低產(chǎn)。間接壓裂技術(shù)是指在煤層以上頂板3 m～5 m 射孔后進行壓裂改造，對于煤體結(jié)構(gòu)較差的井實施間接重復壓裂能夠使裂縫縱向延伸后溝通煤層，形成穩(wěn)定降壓、解吸、滲流通道，增強改造效果，其示意圖（見圖6）。

3.3 同步壓裂

同步壓裂技術(shù)是指對于地應力相差不大且相鄰的多口井同時實施壓裂的一項壓裂技術(shù)。應用同步壓裂技術(shù)，裂縫周圍煤層誘導應力疊加范圍和強度大，局部區(qū)域誘導后的水平主應力差超過了初始水平主應力差，使得水平主應力發(fā)生反轉(zhuǎn)，有利于水力裂縫轉(zhuǎn)向延伸過程中充分溝通煤層中面、端隔理等弱結(jié)構(gòu)面，在煤層中形成復雜裂縫網(wǎng)絡[10，11]。沁南柿莊北區(qū)塊深部煤層水力波及壓裂現(xiàn)場應用表明，相比于同區(qū)塊常規(guī)壓裂井，同步壓裂井見氣時間短，單井平均產(chǎn)量高，可以作為煤層氣重復壓裂的一項重要技術(shù)[12]。

3.4 煤層解堵技術(shù)

煤層氣井頻繁停機導致排采過程不連續(xù)，會造成近井煤層的煤粉堵塞及水鎖傷害，對于這種近井傷害井可以采用小規(guī)模重復壓裂、PPF 等解堵技術(shù)解除近井傷害。

PPF 等離子解堵技術(shù)是利用電纜或連續(xù)油管將PPF 脈沖發(fā)生器下入目的井段，通過傳輸高壓電使發(fā)生器上的金屬導線瞬時氣化，產(chǎn)生等離子體和電弧通道，以振動波的形式作用于煤層，在井筒附近形成并延伸多裂縫，并以高頻脈沖剪切剝離煤層孔隙內(nèi)的煤粉堵塞物，解除近井傷害（見圖7）。

4 現(xiàn)場應用效果

為了有效盤活柿莊南區(qū)塊低效煤層氣井資源，根據(jù)區(qū)塊煤儲層特點研究了精細化的產(chǎn)能釋放技術(shù)，以期提高單井及全區(qū)產(chǎn)能。2019 年，在柿莊南A-1、A-2、B-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6、B-7、B-8 共10 口井進行了現(xiàn)場應用試驗，10 口井二次壓裂設計方案及壓后產(chǎn)量情況（見表2、表3），由表2、表3 可知措施后單井平均產(chǎn)量達到措施前的3.5 倍，表明該項技術(shù)能夠有效釋放低效煤層氣井資源，達到了理想的現(xiàn)場應用效果，為柿莊南區(qū)塊低產(chǎn)井的提產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了新的技術(shù)途徑。

圖7 PPF 等離子解堵技術(shù)

表2 10 口井增產(chǎn)措施方案

表3 10 口井增產(chǎn)措施后產(chǎn)量情況

5 結(jié)論

（1）分析了柿莊南區(qū)塊低效井區(qū)含氣量、臨界解吸壓力等地質(zhì)特性參數(shù)與產(chǎn)氣量的關系，以潛力值綜合評價儲層性質(zhì)，并以此圈定出了低效井區(qū)增產(chǎn)改造潛力區(qū)。

（2）分析了柿莊南區(qū)塊低效井區(qū)煤層氣低產(chǎn)原因，包括地質(zhì)因素、工程因素和排采因素。綜合考慮儲層性質(zhì)和低產(chǎn)原因制定出精細化的產(chǎn)能釋放技術(shù)。

（3）現(xiàn)場應用效果表明該項技術(shù)能夠有效釋放低效煤層氣井資源，為柿莊南區(qū)塊低產(chǎn)井的提產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了新的技術(shù)途徑。