煤层气压裂和排采技术
一.煤层压裂地质特征
基质渗透率普遍低,储层物性变化大
四 个 区 块 的
渗 透 率 分 布
受 所 取 煤 样 所 限 ,
室 内 实 验 结 果 可 能
不 完 全 具 有 代 表 性
汇 报 提 纲
一.煤层压裂地质特征
二.煤层压裂裂缝规律
三.煤层气采出机制
四.煤层压裂技术革命的发展方向
五.煤层压裂技术革命的实现途径
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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3:2
150
150
K=0.01mD
120
K=0.01mD K=0.1mD
120
K=0.1mD K=1mD K=10mD
流经的距离(米)
K=1mD K=10mD
流经的距离(米)
90
90
60
60
30
30
0 0 5 流动时间(年) 10 15
0 0 5 流动时间(年) 10 15
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
压降面积与支撑裂缝面积随生产时间的变化
面积 (m2) 支撑裂缝面积 5年 不压裂 0 压裂 7540 10年 不压裂 0 压裂 7540 15年 不压裂 0 压裂 7540
压降面积
8044
31480
12908
40586
15262
44699
条件:煤层均质且各向同性,渗透率为0.1mD,不因压裂和排采而变 10MPa压差稳定、连续生产 排采不影响支撑裂缝的规模和导流能力
300 长轴方向 250 短轴方向
动态裂缝半长(米)
200
150
120×60m
100
50
0 800 1800 压裂液用量(方) 2800 3800
258.3×136.9m
五.煤层压裂技术革命的实现途径
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
最重要和关键的途径:
长轴
短 轴
短轴 长轴
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
③ 微细裂缝,连接于次裂 缝,小割理或微裂隙 ① 主裂缝,从井筒向外, 沿最大主应力方向延伸 以井为中心,基本呈对称分布 ② 次裂缝,连接于主裂缝 开始延伸,大割理 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
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
水 平 缝
转 向 缝
复杂裂缝 裂
Tห้องสมุดไป่ตู้形 缝
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
煤层压裂裂缝模型
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
井号 韩3-5-077 煤层 11# 5# 3# 11# 11# 5# 3# 11# 11# 5# 5# 11# 11# 11# 裂缝方位 NE150 NE345 NE30 NW10 裂缝长轴/m 200 170 340 180 270 160 390 300 210 160 100 192 238 裂缝短轴/m 160 170 140 110 150 160 70 160 100 50 100
韩3-5-086
韩3-1-015 WL2-018向1 合试5 合试4 韩3-3-039 韩3-4-085 韩3-4-086
NE50 NE40 NE45 NE45
NE57 NE57 NE57
水力裂缝在长轴方向的动 态裂缝半长在85-195m 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
四.煤层压裂技术革命的发展方向
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
发展方向
四.煤层压裂技术革命的发展方向
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)
最重要和关键的途径:
压裂液粘度 施工排量 压裂液用量
五.煤层压裂技术革命的实现途径
扩张动态裂缝:①提高压裂液粘度是必然的选择,但压裂液 的高效能与低伤害、与低成本永远是矛盾
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3-6cp,最佳5cp
300
长轴方向
250
短轴方向
弹性模量
泊松比 弹性模量 泊松比 弹性模量 泊松比 弹性模量
2812.3
0.41 1576.5 0.32 1637.1 0.30 2865.1
MPa
无因次 MPa 无因次 MPa 无因次 MPa
大宁-吉 县区块
原煤电镜扫描结果
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
动态裂缝网络
支撑裂缝网络
汇 报 提 纲
一.煤层压裂地质特征
二.煤层压裂裂缝规律
三.煤层气采出机制
四.煤层压裂技术革命的发展方向
五.煤层压裂技术革命的实现途径
六.煤层压裂技术革命的可行方案
七.煤层压裂技术革命的配套措施 八.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
端割理
面割理
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
10
8
-3 渗透率(10 μ m2 )
B C E G
6
F H
4
2
0 0 2 4 6 8 10 12 14
净围压(MPa)
当围压增至12MPa时,煤芯剩余渗透率在1.78~5.14%,平均为3.86%
当回复至1MPa时,煤芯渗透率损失在55.12~78.48%,平均为63.91%
300 长轴方向 250 短轴方向
动态裂缝半长(米)
200
150
120×60m
100
50
0 7 10 13 施工排量(方/分钟) 16 19
176.2×93.4m
五.煤层压裂技术革命的实现途径
扩张动态裂缝:③众所周知,大规模
根据模拟结果,找拐点,压 裂液用量可选2800-3500 m3,最佳3000m3
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
五.煤层压裂技术革命的实现途径
有效支撑裂缝:①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:②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
流入支撑裂缝或井筒
气体从基质中解析
面割理 端割理
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
流入支撑裂缝或井筒
气体从基质中解析
面割理 端割理
200
动态裂缝半长(米)
150
120×60m
100
50
143.7×76.2m
1 4 压裂液粘度(厘泊) 7 10
0
五.煤层压裂技术革命的实现途径
扩张动态裂缝:②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
根据模拟结果,考虑设备能 力,施工排量可选15-20 m3/min,最佳16m3/min
汇 报 提 纲
一.煤层地质特征
二.煤层压裂裂缝规律
三.煤层气采出机制
四.煤层压裂技术革命的发展方向
五.煤层压裂技术革命的实现途径