基于煤储层水力压裂动态渗透率变化的压裂效果评价方法及其应用

压裂施工曲线是反映压裂效果的重要依据,而压裂阶段储层渗透率的动态变化能够更直观地反映造缝效果。借鉴试井渗透率测试原理,建立一种压裂阶段储层动态渗透率定量评价方法,并将该方法应用到准南某区块2口煤层气井水力压裂效果评价中,获得压裂阶段储层动态渗透率曲线;同时采用G函数对压裂效果进一步评价。结果表明:动态渗透率曲线所反映压裂效果与G函数分析和基于排量、井底流压关系的评价结果吻合较好,能够反映储层内裂缝开启、延伸效果;其中,CMG-01井通过实施煤储层与围岩大规模缝网改造,压裂阶段储层渗透率最高达到2.5 μm2,造缝效果良好;而CBM-02井实施煤储层常规水力压裂,储层渗透率保持在1.8 μm2之下,显示出煤储层常规水力压裂与煤储层?围岩大规模缝网改造的差异性。动态渗透率定量评价方法弥补前期压裂改造效果缺乏量化评价的不足,为煤层气/煤系气储层水力压裂工艺的优化提供依据。      

山西沁水盆地某煤层气区块储层特征及敏感性评价

与常规油气储层相比,煤层气储层往往具有低孔、低渗、低压、吸附性强以及裂隙发育等特点,在勘探开发过程中容易造成比较严重的储层损害。因此研究煤层气储层特征及敏感性,找出储层潜在损害因素,对预防储层损害具有十分重要的意义。以沁水盆地某煤层气区块为研究对象,采用X射线衍射、压汞实验以及测井资料分析等手段对储层特征进行了研究,结果表明,目标区块煤储层显微组分以镜质组为主,惰质组含量较少,不含壳质组;黏土矿物含量在7.5%左右,以蒙脱石为主;储层孔隙度、渗透率以及孔隙直径均较小,物性较差。储层敏感性实验评价结果表明,速敏损害程度为中等偏强,水敏损害程度为强,碱敏损害程度为弱,酸敏损害程度为中等偏弱至中等偏强,应力敏损害程度为强。基于以上研究结果,开发出了适合目标区块煤储层的钻井液体系和压裂液体系,均具有良好的储层保护性能,能够满足煤层气储层钻井和压裂施工的需要。     

含水饱和度对中阶煤储层应力敏感性影响实验

为了查明含水饱和度对中阶煤储层应力敏感性的影响,对煤层气井储层改造及排采工作提供指导,利用自主设计的实验装置开展了黔西松河矿龙潭组1+3号、15号煤干燥、含水及饱水条件下液测、气测渗透率应力敏感性实验,分析了煤样渗透率、渗透率损害率、渗透率不可逆损害率、应力敏感性系数变化特征。研究结果表明:随着含水饱和度升高,中阶煤液测渗透率应力敏感性增强,加卸载造成的渗透率不可逆损害率增大。含水饱和度升高导致初始气测渗透率降低,干燥煤样孔裂隙闭合程度高,饱水煤样因束缚水饱和度高,具有较强的气测渗透率应力敏感性。干燥煤样、含水煤样适宜采用幂函数表征无因次气测渗透率与有效应力的关系,饱水煤样则更适合采用负指数函数表征两者关系。中阶煤储层压裂及排采过程中应重视储层保护,当煤储层含水性较弱时,应优先考虑采用CO₂或N₂泡沫压裂方式进行储层改造。      

用试井资料研究低渗透裂缝性油藏渗流模式及演化特征——以准噶尔盆地火烧山油田为例

对于注水开发多年,尤其是多次采取增产增注措施后的油藏,如何准确地判定低渗透非均质储集层渗流特征及其演化规律,难度比较大。针对火烧山低渗透裂缝性油藏,根据不稳定试井曲线识别储层模型,分析了不同开发阶段储层渗流系统的演化规律。由于火烧山油田天然裂缝发育,而且多数井采用压裂方式进行投产,开发初期储层模型主要表现为人工裂缝或双孔模型。开发过程中,随着地层压力的降低及调剖堵水措施的实施,油井渗流特征往单孔模型转变、注水井渗流系统向径向复合模型转变;渗流系统的演化改变了储层的有效渗透率,使其整体上呈现降低的趋势。储层初期有效渗透率场与油井水窜特征基本吻合,有效渗透率的逐步下降与油藏含水上升速度的下降基本吻合,从而为油藏下一步开发调整可行性评价提供了重要依据。     

深部煤储层应力敏感性特征及其对煤层气产能的影响

深部煤储层处于高地应力环境中,其渗透率变化特征与浅部存在较大差异,为研究有效应力对深部煤储层渗透率的差异性影响,以及应力敏感性各向异性特征,以沁水盆地横岭区块15号煤层为研究对象,采样深度1 200~1 700 m,采用覆压孔渗实验,开展平行层理和垂直层理样品在不同有效应力下的渗透率变化规律研究,探究其应力敏感性特征及其对煤层气产能的影响。结果表明:渗透率随有效应力的增加呈幂指函数降低,平行层理面渗透率总体高于垂直层理面,且在2个方向上渗透率变化规律呈正相关性。选取储层孔裂隙压缩系数、渗透率损害率和渗透率曲率3个参数作为煤储层应力敏感性评价指标,其中,孔裂隙压缩系数随有效应力增加,以5 MPa为界限先后呈现正相关性和负相关性,渗透率损害率和渗透率曲率分别与有效应力呈指数上升和下降的规律。基于应力敏感性参数,推导出煤层气井产能模型,模型显示,不考虑应力敏感性的气井产量高于考虑应力敏感性,揭示了应力敏感性对煤层气产量的影响程度,即在5 MPa生产压差下,气井的产量降低幅度随应力敏感性系数的增大整体呈增高趋势。针对应力敏感性的阶段划分,研究区目标煤层在煤层气排采过程中应采用小–中–大的排采方案来控制生产流量。      

高煤阶煤层气藏储层应力敏感性研究

水相存在使煤储层应力敏感性更加复杂,是煤层气开发需要特别关注的问题。通过开展煤储层干样与湿样的应力敏感性实验,分析了煤储层应力敏感性特征。应用数值模拟方法,研究了煤储层应力敏感性对煤层气井产能的影响。研究结果显示,煤储层具有强应力敏感性并且明显不可逆性。有效压力从2 MPa增加到10 MPa,气相渗透率降低90%;初始渗透率越低,应力敏感性越强,有效应力降低以后,煤岩渗透率不能恢复到原始水平。水相存在使得煤层气藏应力敏感性更强,有效压力从2 MPa增大到3 MPa,3块煤岩湿样渗透率分别降低了66.0%、50.4%和58.5%,而干岩芯渗透率降低幅度均低于50%。同时随含水饱和度增高,表现出应力敏感性愈强的趋势。煤储层应力敏感性极大地影响煤层气井产能,储集层原始渗透性越差,应力敏感对产量的影响越大。因此,煤层气生产过程中,特别是煤层气排采初期,地层压力较高,一味地增大生产压差可能不会增加煤层气井产量。     

微破裂四维向量扫描影像裂缝监测技术在依兰煤层气区块中的应用

煤层气储层的裂隙系统,总体上非均质性强,渗透率低,对煤层气产能起决定的作用,其低渗特征决定了大部分煤层气井需要进行水力压裂改造。应用微破裂四维影像监测技术,采用多波多分量数据采集和矢量叠加网格扫描的方法,实现压裂裂缝的三维立体显示,使煤层气储层压裂裂隙的解释更加直观,能够有效起到优化压裂方案和衡量压裂效果的作用。依兰煤层气区块首次应用该方法对压裂改造过程实时监测,得到了煤田主应力方向,获取了煤层气井压裂裂缝长度、高度及方位,认识了动态压裂过程中压裂裂缝的扩展规律,建立了煤层气井的压裂裂缝三维形态,对后续压裂设计和施工参数优化起到了一定的指导作用。     

沁水盆地南部3号煤压裂曲线特征及施工建议

由于煤岩的非均质性强,储层物性差异大,其压裂施工曲线形态各异。通过对沁水盆地南部3号煤层200多口井的压裂施工曲线分析,总结出前置液阶段分为下降型、下降波动型、稳定型和下降稳定型,携砂液阶段分为下降型、下降稳定型、上升型、稳定型和波动型,测压降阶段分为压力下降较陡型和压力下降较缓型。同时,阐述了每种类型产生的原因。最后给出压裂施工相关建议。      

丰城矿区煤层气开发前景及试验的效果与思考

江西丰城矿区是江南煤层气试验开发最佳区段之一,具有良好的资源条件、市场条件和投资环境,并有了工作基础。开发该区煤层气具有重大的社会意义和好的经济效益。通过2口井的试验,效果明显提高,含气量、储层渗透率和储层压力及热值均处于高指标,产气量稳定接近工业气流。采用压裂改造储层工艺技术,寻找次要煤层和砂岩层中的煤层气意义重大。首次创造采用抽油机配合真空泵间隔排采法,取得了小水煤层稳产、增产煤层气的经验。存在的主要问题是储层被油汲水污染伤害。试验证明丰城矿区煤层气试验开发具良好前景,并提出加快试验开发、改进工艺,防止对煤储层污染伤害的建议。     

中国煤储层渗透率主控因素和煤层气开发对策

我国煤储层渗透率比美国煤储层渗透率低1~2个数量级,低渗透率是制约我国煤层气勘探开发的主要因素之一,本文系统分析了我国煤储层渗透率的主控因素。研究表明,煤储层的渗透率主要受煤体结构、宏观裂隙以及割理/裂隙系统充填状况和现今地应力等因素的控制,适度构造变形产生的碎裂煤中因宏观裂隙发育导致其渗透率高于原生结构煤的渗透率,但强烈构造变形形成的碎粒煤和糜棱煤则使渗透率降低;割理/裂隙系统矿物充填和高应力不利于渗透率保存。在不同地区,控制煤储层渗透率的关键因素不同,针对性对策是煤层气开发的关键:针对复杂煤体结构,在压裂井层优选时要在煤体结构测井解释的基础上考虑避开糜棱煤;针对我国华北地区石炭—二叠系煤层割理/裂隙普遍以方解石充填为主的煤储层低渗透成因,建议探索和开发酸化压裂一体化储层增透技术;针对高应力和地应力类型在垂向上的转换,在压前搞清应力强度和类型的基础上,控制水力压裂隙高度以避免沟通煤层围岩含水层;针对煤储层的应力敏感性和高应力状态,建议采用逐级降压制度,以提高单井的累计产气量。     

煤层气井低产伤害诊断方法及应用

煤储层不同于常规油气藏,储层易受到伤害且伤害因素复杂。通过大量文献调研发现,前人对煤储层伤害机理研究较多,而对储层伤害类型及相应的措施研究较少。从地质、工程及排采角度出发,研究影响沁水盆地某区块的煤层产气、产水的各种因素,建立典型生产曲线模型并提出判断低产井伤害类型方法,确立增产潜力大的低产井选择标准,并进行二次改造。研究结果表明:地质、工程、排采因素对储层产能影响不可忽略,其中陷落柱、压裂液浸泡时间、压裂施工异常、排采时间间隔、生产时效、降液速率等因素对储层伤害程度较大;煤层伤害主控因素的确定及典型曲线的建立为低产井的储层诊断提供了参考依据,也对低产低效井的二次选井选层改造具有重要指导意义。      

页岩水平井体积压裂设计的一种新方法

页岩水平井常采用体积压裂技术获得产能,压裂形成的缝网体积、渗透率是影响压裂效果的关键因素。目前页岩体积压裂设计借用产能预测模型优化缝网参数,此模型较复杂,不便于现场应用。根据等效渗流原理,将页岩储层压裂后形成的缝网系统等效为一个高渗透带,建立了体积压裂缝网参数与施工规模关系模型,提出了体积压裂设计的3个步骤:体积压裂可行性研究、数值模拟优化缝网参数和施工参数优化。根据QY2页岩油水平井特征,进行了体积压裂设计和现场实施。结果表明:压裂形成的高渗透带对产能的贡献最大;高渗透带数量、体积和渗透率增加,压裂后的累积产量和采出程度逐渐增加,存在最优的高渗透带参数。现场应用表明这种设计方法方便实用,可以推广。     

各向异性低渗透油藏菱形反九点井网压裂裂缝优化

在低渗透油藏开发中普遍采用菱形反九点井网,但采油井等缝长压裂将导致非均匀驱替,当油藏物性各向异性时,非均匀驱替现象更加明显。以往针对菱形反九点井网的研究主要基于等缝长压裂,未考虑利用不等缝长设计改善开发效果。根据某各向异性低渗透油藏基本参数建立数值模型,进行不等缝长设计,分析油藏渗透性各向异性及油水井压裂情况对菱形反九点井网水驱效果的影响。随着储层Kx∶Ky的增加,角井裂缝优化穿透比减小,而边井裂缝优化穿透比增大。在相等Kx∶Ky条件下,注水井是否压裂对角井裂缝优化穿透比影响较小,对边井裂缝优化穿透比影响较大。数值模拟结果表明,在各向异性低渗透油藏中进行不等缝长优化设计,能有效改善菱形反九点井网的开发效果,优化结果对于各向异性低渗透油藏的水力压裂设计以及井网布置具有一定的指导意义。     

川西致密砂岩气藏试井曲线特征分析

川西致密砂岩气藏属于典型的致密低渗复式气藏，气藏类型及其压力恢复曲线形态复杂，其解释模型也各不相同，这给试井解释工作带来了极大的困难。结合静动态资料、压裂作业、测试工艺，应用4种储层模型、3种井模型及边界模型组合的试井解释模型，对川西致密砂岩气藏200多井层压力恢复资料进行了，并根据试井曲线特征对曲线类型进行了分类，为今后的试井解释工作提供了一种可资借鉴的解释方法和工作思路。     

焦作煤田恩村井田煤层气赋存特征与开发利用前景

根据煤田地质勘查和煤层气参数井资料,对焦作煤田恩村井田煤层气赋存的地质条件和煤层气储层特征进行了分析,认为井田内煤层气含量与煤层厚度、煤层埋深、煤层割理发育程度、围岩气密性呈正相关,且明显受构造控制。以F5断层为界将井田分为北块段和南墙向斜主体块段两个富集区。初步预测井田内二1煤层气总资源量160亿m3,有较大开发潜力,由于该区煤层渗透率、储层温度较低,煤破裂压力与闭合压力差值小,不利于通过压裂产生有效延伸长度和导流能力的裂缝,建议设计施工水平井或多分支水平井,以增加煤层气产能。     

煤层气直井氮气泡沫压裂参数分析及产能评价

压裂参数是决定压裂效果、影响裂缝特征与煤层气产能的重要参数，深入认识压裂参数对产能的影响规律，对于优化压裂工艺和提高煤层气井产能至关重要。以潞安矿区45口氮气泡沫压裂井为对象，分析压裂施工曲线的类型及其对产能的影响，探讨各阶段压裂液用量与产能之间的关系，并对比评价氮气泡沫与水力压裂井产能的差异性。结果表明:氮气泡沫压裂施工曲线可分为稳定型、波动型、上升型和下降型4类9型，下降型和稳定型压裂曲线对应的产能要高于波动型，上升型曲线对应的产能最差；总压裂液用量以800 m3为宜，前置液和顶替液用量分别为450 m3和8 m3，氮气注入量在5万m3左右最佳，而携砂液用量越大产能越高，氮气泡沫压裂液良好的携砂、造缝、沉降支撑性能是有助于提高产能的优势所在；整体上，就潞安矿区而言，氮气泡沫压裂井的产能明显高于水力压裂井，主要体现在高产井、中高产井的比例远大于水力压裂井，约61%的氮气泡沫压裂井具有较高产能，而水力压裂井为23%。氮气泡沫压裂技术在潞安矿区展示出的可观潜力，可为国内其他具有类似储层特征矿区的煤层气开发提供技术借鉴。      

沁水盆地郑庄区块北部煤层气直井低产原因及高效开发技术

为了实现沁水盆地郑庄区块北部深部煤层气高效开发,通过深入分析煤储层地质条件和开发资料,并对比浅部煤层气开发数据,以含气量评价资源为基础,综合储层渗透性、地解压差,煤体结构和地应力状态等评价煤层气采出难易程度,明确郑庄区块北部煤层气井低产原因,并提出高效开发的适应技术。结果表明,郑庄北部煤层含气量整体较高,在20 m3/t以上;郑庄北部绝大部分地区裂隙发育指数均小于140,渗透率极低;绝大部分地区地解压差大于6 MPa,导致煤层气井有效解吸范围小,宏观解吸效率低;绝大部分地区煤层中碎煤比例在0.7以上,导致水力压裂裂缝较短;垂向应力大于水平应力,为大地静力场形地应力,水力压裂易形成垂直裂缝,裂缝延伸较短。极低的渗透率、相对较高的地解压差、高碎煤占比和大地静力场形地应力状态耦合导致郑庄北部煤层气开发效果较差。仿树形水平井采用人工井眼实现煤层密切割,缩短了煤层气、水渗流距离,利于实现协同降压增产,有力克服了高地解压差的不利影响;同时采用人工井眼代替压裂裂缝,解决研究区水力压裂造缝短的难题,取得了产量突破,但存在不利于排水降压和井眼易垮塌的风险,且其成本高、收效低。L形水平井密切割分段压裂技术克服了仿树形水平井不利因素。与直井相比,L形水平井成本增加2倍,但煤层气产量增加近100倍;且L形水平井与仿树形水平井产量相当,但其成本仅是后者的 40%。由此可知,L形水平井可以实现郑庄北部深部煤层气的高效开发。      

Prediction and analysis of the stimulated reservoir volume for shale gas reservoirs based on rock failure mechanism

The ultra-low-permeability shale gas reservoir has a lot of well-developed natural fractures. It has been proven that hydraulic fracture growth pattern is usually a complex network fracture rather than conventional single planar fractures by micro-seismic monitoring, which can be explained as the shear and tensile failure of natural fractures or creation of new cracks due to the increase in reservoir pore pressure caused by fluid injection during the process of hydraulic fracturing. In order to simulate the network fracture growth, a mathematical model was established based on full tensor permeability, continuum method and fluid mass conservation equation. Firstly, the governing equation of fluid diffusivity based on permeability tensor was solved to obtain the reservoir pressure distribution. Then Mohr–Coulomb shear failure criterion and tensile failure criterion were used to decide whether the rock failed or not in any block on the basis of the calculated reservoir pressure. The grid-block permeability was modified according to the change of fracture aperture once any type of rock failure criterion was met within a grid block. Finally, the stimulated reservoir volume (SRV) zone was represented by an enhancement permeability zone. After calibrating the numerical solution of the model with the field micro-seismic information, a sensitivity study was performed to analyze the effects of some factors including initial reservoir pressure, injection fluid volume, natural fracture azimuth angle and horizontal stress difference on the SRV (shape, size, bandwidth and length). The results show that the SRV size increases with the increasing initial pore reservoir and injection fluid volume, but decreases with the increase in the horizontal principal stress difference and natural fracture azimuth angle. The SRV shape is always similar for different initial pore reservoir and injection fluid volume. The SRV is observed to become shorter in length and wider in bandwidth with the decrease in natural fracture azimuth angle and horizontal principal stress difference.