煤层气井水关力压裂技术.ppt
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1、煤层气井水力压裂技术,内 容 一、煤层特征及压裂的特点 二、煤层水力压裂工艺技术 1、施工参数 2、压裂材料 3、裂缝诊断 4、压后管理 三、影响煤层压裂效果的因素,一、煤层特征及压裂的特点,1、煤岩的结构煤层气储存方式,一、煤层特征及压裂的特点,2、煤岩特性-煤层有较低的杨氏模量和高的波松比,一、煤层特征及压裂的特点,杨氏模量低:煤岩的杨氏模量在11358800MPa之间,为常规 砂岩的1/51/10;动态杨氏模量约为静态杨氏模 量的 2倍左右。 岩石强度低:抗压强度19.5119MPa,大部分4060MPa,抗 张强度0.062.34MPa,明显低于砂岩强度; 泊 松 比 高:泊松比在0.
2、180.42之间,平均为0.33,高于砂岩; 压缩系数大:体积压缩系数1.8010-4 20210-3MPa,孔隙 压缩系数为0.12-0.96;,煤岩力学特征参数,一、煤层特征及压裂的特点,煤岩的力学性质与煤阶有较大的关系,一般来说,随煤阶的增高,杨氏模量增加,弹性明显。低煤阶在埋藏较深的条件下显出有较大的弹性特征,而埋深浅的则塑性明显。 测试结果表明:煤岩煤阶和埋藏深度是使杨氏模量增加的主要原因,体现了煤层内部结构的变化和压缩性。,3、煤岩力学特征,一、煤层特征及压裂的特点,4、容易形成较宽的裂缝,在水力压裂的数学模型中,介质材料在外力作用下形成裂缝的宽度与杨氏模量成反比,即WF=f(1/
3、E)。由于煤岩杨氏模量要比普通砂岩低(一般3-10倍),因此煤层压裂裂缝宽度在10mm左右甚至更宽。,一、煤层特征及压裂的特点,5、裂缝可能很复杂,一、煤层特征及压裂的特点,6、近井地带更容易发生复杂裂缝,一、煤层特征及压裂的特点,7、 裂缝形状与煤层埋深关系, 煤层埋藏越浅其裂隙扩展受应力影响越小!,一、煤层特征及压裂的特点,8、较大的动态滤失,一、煤层特征及压裂的特点,9、要求加大施工规模,一、煤层特征及压裂的特点,与美国的大部分煤层气开发地区相比, 我国含煤地区煤层原始渗透率处于较低的范围,因此增产措施是提高单井产量的主要手段。,加大规模(排量,砂量,液量等)的目的针对满足煤层低渗,复杂
4、的水力裂缝和较大的液体滤失特点。 施工排量:4.56 m3/min(冻胶) 510 m3/min(水) 加砂强度:5-9 m3/m,10、支撑剂嵌入影响裂缝导流能力,一、煤层特征及压裂的特点,11、煤层对压裂液的吸附性污染,一、煤层特征及压裂的特点,12、煤粉的影响 煤粉是煤岩在受到外力作用时从表面脱落下来的微小颗粒,由于比重较轻,多在压裂液的冲刷下“走”在裂缝端部形成局部(或短时间)堵塞,是裂缝内压力瞬间增加迫使裂缝“改道”。同时裂缝堵塞可使裂缝静压力(或地面泵压)增加。,一、煤层特征及压裂的特点,13、煤层压裂压力高,二、煤层特征及压裂的特点,14、煤层的非均质性,二、煤层特征及压裂的特点
5、,煤层的非均质反映在纵向和横向上。 纵向上主要是煤层在沉积演化的过程中及受地质构造的影响造成煤质、含气量、割理发育程度等方面的差异。 横向上的非均质主要在平面上由于构造影响反映出裂隙的发育程度、压力、含水、游离气的不同,进而显示相邻井的出气产水有较大的区别。,15、降低施工成本,二、煤层压裂的特点,煤层气井产量低是目前国内已开发气田的普遍规律和 特点,因此在降低压裂施工费用上考虑的问题有: (1) 设备费用 设备:立式砂罐,软体液罐 (2)材料费用 压裂液:减少添加剂种类和用量 支撑剂:满足低闭合应力的要求 (3)优选测试手段(在需要的时候) (4)集中施工(条件具备),二、煤层水力压裂工艺技
6、术,二、煤层水力压裂工艺技术,1、施工参数-排量,煤层气井的施工排量 确定由阶梯注入的方法确定并结合一下方面: (1)注入方式 (油管,套管,环空,油套,井下工具) (2)煤阶及煤层地质(渗透率) (3)煤层厚度 (厚煤层容易形成复杂裂缝) (4)设备能力与地面环境 (5)实践经验(可结合理论模拟,W f(Q)),A.利用测试压裂求出液体效率 B.利用下图查出前置液百分比并计算前置液量,1、施工参数-前置液量,二、煤层水力压裂工艺技术,影响前置液量的确定的因素很多,煤层多裂缝发育、裂缝上下延伸和动态滤失是主要因素。因此,该量的确定要结合煤层地质特征、利用的计算软件并结合现场实际施工效果,是一理
7、论和实践相结合的产物。,1、施工参数-携砂液量和顶替液量,(1)携砂液量在砂量(有时地质要求)确定后根据平均砂比计算。或者给定改造范围, 通过软件模拟计算得出。 (2)顶替液量根据进液管柱结构考虑地面管线后计算得出。 (注:上述内容与普通油气田水力压裂基本相同,同时应该指出,合理的加砂程序非常重要,也是施工成功的关键),二、煤层水力压裂工艺技术,1、施工参数-加砂量和砂比确定,(1)地质设计提出砂量要求(具有经验性和指令性)。 对于探井应以尽量提高加砂量为原则,以充分发挥 压裂改造的作用。 (2)完全通过地质、井网结构,裂缝方位,液体性质 及设备状况等利用软件计算得出。适用于生产井 或已形成井
8、组的井。一旦形成规律模式即可简化 这种计算. (3)平均砂比与使用液体性能有关,对于目前高煤阶 煤层的压裂施工,水的砂比13-15%,冻胶25%。,二、煤层水力压裂工艺技术,A、据了解,目前暂无针对煤层压裂的专用裂缝模拟软件。 B、正确客观评价软件的作用。是一个重要的参考依据。 C、软件操作和计算结果的参考价值来源于: 输入参数的准确性 扎实的专业知识 丰富的现场经验,对软件使用的认识,二、煤层水力压裂工艺技术,二、煤层水力压裂工艺技术,2、压裂材料,压裂施工中直接与煤层接触的就是压裂液和支撑剂,而更广泛的是压裂液。 如果液体进入对煤层裂缝造成伤害(吸附性伤害和堵塞性伤害),将使得裂缝导流能力
9、降低,不但影响煤层排水降压,还会影响煤层吸附气的解吸。 支撑剂是保证裂缝有较长期限的导流能力的固体颗粒,由于煤层的特殊性,支撑剂同样需要优选。 因此,压裂材料的优化在煤层压裂技术中占有非常重要的位置。,2、压裂材料-压裂液 概念:施工中进入地层的液体统称压裂液,一般分为前置液,携砂液,顶替液。,二、煤层水力压裂工艺技术,二、煤层水力压裂工艺技术,煤层压裂液体的种类: 清水压裂液(河(井)水,煤层排出水) 活性水压裂液(加活性剂) 冻胶(凝胶)压裂液 线性胶压裂液(未加交联剂) 泡沫(N2、CO2)压裂液 CO2压裂液 清洁压裂液,2、压裂材料-压裂液,液体类型的优缺点,二、煤层水力压裂工艺技术
10、,2、压裂材料-压裂液,二、煤层水力压裂工艺技术,2、压裂材料-压裂液,液体评价实验,二、煤层水力压裂工艺技术,煤层伤害评价:,2、压裂材料-压裂液,煤层液体使用材料及液体综合评价: 配置煤层压裂液体的材料评价和液体配方整体评价与常规油气田标准和程序相同,而且目前也没有针对煤层使用的专项标准。这里不再叙述。,启示1、一个新区或煤阶不同的煤阶煤层,甚至包括埋深或沉积时代的差别都会对煤层特征造成影响。采取压裂时液体材料选择一定要经过室内评价优化后使用。 启示2、尽量少加或不加添加剂,特别是有机物添加剂。以减少煤岩层表面的吸附性伤害。,问题:现场使用什么类型的液体最好?,二、煤层水力压裂工艺技术,2
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