《煤层气压裂和排采技术课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤层气压裂和排采技术课件（80页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、煤层气压裂和排采技术,前 言,煤层压裂是煤层气开发利用的核心和关键。近年来，煤层压裂在技术上已有很大进步，在应用上已取得显著成效，但也暴露出一些重大问题，亟待转变思想，大胆创新，以煤层压裂技术革命的形式，用非常规手段（这里提出非常规体积压裂）解决制约这种非常规资源勘探开发的技术难题和瓶颈，真正实现煤层气井长期高产稳产 这里，首先归纳煤层压裂地质特征，揭示煤层压裂裂缝规律，分析煤层气采出机制；然后，以此为基础，探讨煤层压裂技术革命的发展方向、实现途径、可行方案和配套措施，并专门针对煤层气排采技术进行深入探索,汇 报 提 纲,煤层压裂地质特征 煤层压裂裂缝规律 煤层气采出机制 煤层压裂技术革命的发
2、展方向 煤层压裂技术革命的实现途径 煤层压裂技术革命的可行方案 煤层压裂技术革命的配套措施 结论、展望与建议,一.煤层压裂地质特征,具有复杂的演化史和构造变形史，构造样式复杂，变质作用类型多，平面及纵向上的非均质性强,测井资料统计分析的韩城区块3#、5#、11#在纵向上的非均质性,一.煤层压裂地质特征,呈现层状结构，煤岩多孔松散、胶结程度较弱,原煤电镜扫描结果,综合岩石力学实验及测井解释的结果,一.煤层压裂地质特征,普遍发育天然裂缝、面割理与端割理，充填物少，主要为碳酸钙、黄铁矿等,一.煤层压裂地质特征,属于典型的压敏储层，压力敏感性强,六块煤芯的压敏实验结果,当围压增至12MPa时，煤芯剩余
3、渗透率在1.785.14%，平均为3.86% 当回复至1MPa时，煤芯渗透率损失在55.1278.48%，平均为63.91%,一.煤层压裂地质特征,基质渗透率普遍低，储层物性变化大,渗透率分布 四个区块的,不完全具有代表性 室内实验结果可能 受所取煤样所限，,汇 报 提 纲,煤层压裂地质特征 煤层压裂裂缝规律 煤层气采出机制 煤层压裂技术革命的发展方向 煤层压裂技术革命的实现途径 煤层压裂技术革命的可行方案 煤层压裂技术革命的配套措施 结论、展望与建议,二.煤层压裂裂缝规律,裂缝形态：目前，国内外在裂缝起裂与延伸方面，存在两套理论，即弹性断裂力学理论和天然裂缝开启理论,压裂基础理论,弹性断裂力
4、学理论,天然裂缝开启理论,垂直缝,水平缝,分支缝,转向缝,T形缝,复杂裂缝,裂缝网络,水平井压裂形成裂缝网络，称之为体积压裂；直井压裂形成裂缝网络，称之为缝网压裂，也属于体积压裂的范畴,二.煤层压裂裂缝规律,裂缝形态：从煤层压裂的现场监测结果来看，无论是测斜仪监测，还是微地震监测，9井14层压裂形成的水力裂缝形态都是一致的。这里仅显示韩3-1-015井11#煤层压裂的微地震监测结果，并进行分析,韩3-1-015井11#煤层压裂的微地震监测结果,二.煤层压裂裂缝规律,裂缝形态：根据压裂基础理论，结合煤层压裂地质特征，以现场裂缝监测结果为依据，综合判定煤层压裂所形成的水力裂缝为裂缝网络，平面上呈不
5、规则的椭圆形；为便于研究和计算，平面上简化为基本规则的椭圆形,煤层压裂裂缝模型,以井为中心，基本呈对称分布,该裂缝网络主要由主裂缝、次裂缝、微细裂缝交织而成，可形象化比喻为交通网络，其中主裂缝是高速公路，次裂缝是普通公路，微细裂缝是乡村小道,主裂缝，从井筒向外，沿最大主应力方向延伸,次裂缝，连接于主裂缝开始延伸，大割理,微细裂缝，连接于次裂缝，小割理或微裂隙,该裂缝模型可解释所有现场现象，易于被专业人士接受,二.煤层压裂裂缝规律,裂缝规模：为研究煤层压裂所形成水力裂缝的规模，对测斜仪监测结果和微地震监测结果进行统计分析,9井14层压裂的裂缝监测结果,水力裂缝在长轴方向的动态裂缝半长在85-19
6、5m之间，平均为119m；在短轴方向的动态裂缝半长在50-85m之间，平均为63.5m；长轴与短轴之比为1:0.53,为便于后面研究和计算，设定裂缝规模：长轴、短轴方向的动态裂缝半长分别为120、60m，长轴与短轴之比为2:1,二.煤层压裂裂缝规律,裂缝规模：用煤层压裂三维模拟软件计算支撑裂缝（有效裂缝），并用现场监测的动态缝长进行校核,统计模拟结果表明：水力裂缝在长轴方向的支撑裂缝半长在45-81m之间，平均为59.2 m，占动态裂缝半长的49.7%；估算在短轴方向的支撑裂缝半长为40m左右,为便于后面研究和计算，设定裂缝规模：长轴、短轴方向的支撑裂缝半长分别为60、40m，长轴与短轴之比为
7、3:2,动态裂缝网络,支撑裂缝网络,汇 报 提 纲,煤层压裂地质特征 煤层压裂裂缝规律 煤层气采出机制 煤层压裂技术革命的发展方向 煤层压裂技术革命的实现途径 煤层压裂技术革命的可行方案 煤层压裂技术革命的配套措施 结论、展望与建议,三.煤层气采出机制,采出机理及过程：煤层气的储集主要依赖于吸附作用，当煤层压力降落到解吸压力之下时，煤层气从微孔隙表面分离，通过基质和微孔隙扩散进入裂缝中，再经裂缝流入井筒，即先解吸扩散后渗流入井的采出过程,三.煤层气采出机制,采出机理及过程：煤层气的储集主要依赖于吸附作用，当煤层压力降落到解吸压力之下时，煤层气从微孔隙表面分离，通过基质和微孔隙扩散进入裂缝中，再
8、经裂缝流入井筒，即先解吸扩散后渗流入井的采出过程,三.煤层气采出机制,影响产气量的因素：主要有七大因素,三.煤层气采出机制,渗透率的影响：研究表明，煤层的低渗严重限制了煤层气井的产量，例如: 0.1mD的低渗煤层在10MPa的压差下，5年流过50.6m， 10年流过64.1m， 15年流过69.7m,不同渗透率储层在不同压差下流体流经的距离与流动时间的关系,三.煤层气采出机制,压裂的作用：主要是形成支撑裂缝带，犹如大幅扩张井筒或钻水平井，有效沟通远井区域，缩短流体流入井筒的距离,三.煤层气采出机制,压降面积的影响及其计算：根据裂缝评估结果，可计算压降面积；结果表明：现有压裂技术不能支持高产；即
9、使高产，无论如何排采，由于供气不足，必将快速衰竭，无法稳产,压降面积与支撑裂缝面积随生产时间的变化,因此，煤层压裂技术必须革命；同时，唯有煤层压裂技术革命，才能实现煤层气井高产稳产，从而推动煤层气勘探开发事业和煤层气大规模开发利用！,汇 报 提 纲,煤层压裂地质特征 煤层压裂裂缝规律 煤层气采出机制 煤层压裂技术革命的发展方向 煤层压裂技术革命的实现途径 煤层压裂技术革命的可行方案 煤层压裂技术革命的配套措施 结论、展望与建议,非常规体积压裂：在尽可能不降低煤层渗透率的前提下，造最大可能的支撑裂缝网络，形成横贯南北、跨越东西、四通八达的立体化裂缝网络，完全彻底地沟通远井区域，流体奔流入井,四.
10、煤层压裂技术革命的发展方向,发展方向,同时，承前启后，推动地质选区、选井选层、井网部署、合理完井、正确排采等技术，实现跨越式发展（后面专门详细探讨井网部署、正确排采等）,四.煤层压裂技术革命的发展方向,汇 报 提 纲,煤层地质特征 煤层压裂裂缝规律 煤层气采出机制 煤层压裂技术革命的发展方向 煤层压裂技术革命的实现途径 煤层压裂技术革命的可行方案 煤层压裂技术革命的配套措施 结论、展望与建议,扩张动态裂缝：最大可能地扩张动态裂缝网络，主裂缝深度穿透，次裂缝充分延伸，微细裂缝完全开启,五.煤层压裂技术革命的实现途径,最重要和关键的途径： 压裂液粘度 施工排量 压裂液用量,扩张动态裂缝：提高压裂液
11、粘度是必然的选择，但压裂液的高效能与低伤害、与低成本永远是矛盾,五.煤层压裂技术革命的实现途径,根据模拟结果，考虑低伤害与低成本的要求，压裂液粘度可选36cp，最佳5cp,12060m,143.776.2m,扩张动态裂缝：提高压裂施工排量是必须的，唯有强大的动能，才能满足超常规的需求,五.煤层压裂技术革命的实现途径,根据模拟结果，考虑设备能力，施工排量可选1520 m3/min，最佳16m3/min,12060m,176.293.4m,扩张动态裂缝：众所周知，大规模,五.煤层压裂技术革命的实现途径,根据模拟结果，找拐点，压裂液用量可选28003500 m3，最佳3000m3,12060m,25
12、8.3136.9m,有效支撑裂缝：动态裂缝不管用，支撑裂缝才有效，这与页岩气体积压裂本质不同,五.煤层压裂技术革命的实现途径,最重要和关键的途径： 高性能压裂液和超高排量 支撑剂轻重结合 支撑剂大小结合 布砂方式优化,有效支撑裂缝：高粘压裂液易于携砂，超高排量便于带远,五.煤层压裂技术革命的实现途径,有效支撑裂缝：超低密度支撑剂输送到远端，普通密度支撑剂铺设于近井地带,五.煤层压裂技术革命的实现途径,有效支撑裂缝：细砂进入微细裂缝，中砂支撑次裂缝，粗砂饱填主裂缝,五.煤层压裂技术革命的实现途径,有效支撑裂缝：系统优化布砂方式，例如优化前置液用量、合理设置砂比等,五.煤层压裂技术革命的实现途径,
13、汇总及要求：这里命名为非常规体积压裂,五.煤层压裂技术革命的实现途径,压裂液：高效能、低伤害、低成本压裂液，其粘度为36cp，最佳5cp，其低伤害应与活性水的伤害（15）相当，其低成本应与活性水的成本（1KCl，添加剂43元/m3）相当 支撑剂：两结合的支撑剂，大小结合指应有100目、40/70目、30/50目、20/40目的支撑剂，而轻重结合指应有常规密度支撑剂、超低密度支撑剂 施工排量：施工排量1520 m3/min，最佳16m3/min 压裂液用量：压裂液用量28003500 m3，最佳3000m3 施工压力：预计施工压力比普通情况高1020MPa,汇 报 提 纲,煤层压裂地质特征 煤层
14、压裂裂缝规律 煤层气采出机制 煤层压裂技术革命的发展方向 煤层压裂技术革命的实现途径 煤层压裂技术革命的可行方案 煤层压裂技术革命的配套措施 结论、展望与建议,压裂液可行方案：现有的活性水、 TD-1清洁压裂液、胍胶压裂液显然不能满足要求，而且为充分张开煤层割理和微裂隙，最佳方式是采用复合压裂液（高粘与低粘配合）以交替的形式注入。目前，西南石油大学已成功研制出这两种压裂液体系及配方，完全满足要求,六.煤层压裂技术革命的可行方案,支撑剂可行方案：现有石英砂为100目、40/70目、30/50目、20/40目等各种粒径，体积密度为1.55 g/cm3。超低密度支撑剂已有20/40目，体积密度为1.
15、15 g/cm3；但理想的超低密度支撑剂应为100目、40/70目两种粒径，体积密度为1.001.05 g/cm3；如无现货供应，可自行生产，因为该技术的核心已被掌握,六.煤层压裂技术革命的可行方案,石英砂,超低密度支撑剂,泵注可行方案：范例：非常规体积压裂的三级交替注入,六.煤层压裂技术革命的可行方案,第一段：无伤害压裂液400m3，缓慢提升排量，由115m3/min，起到保护煤层、减轻压敏效应的作用，同时压开煤层，初步延伸裂缝 第二段：无伤害压裂液700m3，排量15m3/min，充分延伸裂缝 第三段：高效能压裂液400m3，排量15m3/min ，100目和40/70目超低密度支撑剂、3
16、0/50目石英砂28砂比，以进入微细裂缝为主 第四段：无伤害压裂液200m3，排量16816m3/min，排量提升并脉冲，充分起裂新的割理和微细裂隙 第五段：高效能压裂液500m3，排量16m3/min ，100目和40/70目超低密度支撑剂、30/50目石英砂512砂比，兼顾次裂缝和微细裂缝 第六段：无伤害压裂液200m3，排量171018m3/min，排量再次提升并脉冲，充分扩张主裂缝、次裂缝和微细裂缝 第七段：高效能压裂液600m3，排量18m3/min ，30/50目、 20/40目石英砂1030砂比，饱填主裂缝，支撑次裂缝,压力、设备、井场可行方案：,六.煤层压裂技术革命的可行方案,压力：预计施工压力比普通情况高 1020MPa，一方面是因为井筒摩阻变大，另一方面是因为故意有所堵塞，以便更充分地开启割理和微细裂隙。这就要求更高钢级（至少N80）、尽可能更大管径（ 7英寸）、质量合格的套管，井口耐压也要提升，可选用70井口 设备：现有设备可以满足要求，两套压裂车可确保施工排量达到1520m3
