沁水盆地煤層氣井壓裂效果評估研究

1、第4 5 卷第9 期2 0 1 7 年 9 月煤炭科學(xué)技術(shù)C o a lS c i e n c ea n d T e c h n o l o g yV 0 1 ．4 5 N o ．9S e p ．2 0 1 7沁水盆地煤層氣井壓裂效果評估研究陳崢嶸，劉書杰，馮桓楮，彭成勇( 中海油研究總院，北京1 0 0 0 2 8 )摘要：為了分析評估煤層氣井壓裂增產(chǎn)后的生產(chǎn)效果，以沁水盆地煤層氣井為實例，通過G 函數(shù)曲線、時間平方根曲線和雙對數(shù)函數(shù)

2、曲線預(yù)測煤層壓裂裂縫閉合壓力，并建立了煤層氣井的地應(yīng)力模型?；谠摰貞?yīng)力模型的結(jié)果，將注入摩阻及停泵裂縫凈壓力2 項指標(biāo)與煤層氣井壓裂前后產(chǎn)能進(jìn)行對比，并擬合了煤層氣井平均日產(chǎn)氣量與該2 項指標(biāo)之間的關(guān)系模型。結(jié)果表明：預(yù)測的煤層地應(yīng)力與測試結(jié)果的誤差僅為0 ．7 5M P a ；注入摩阻及停泵裂縫凈壓力與煤層氣產(chǎn)能存在較好的相關(guān)性，壓裂注入摩阻和停泵裂縫凈壓力越高，裂縫的復(fù)雜程度越高且延伸越困難，導(dǎo)致煤層氣井產(chǎn)能越低。該理論方法可為煤

3、層氣井的地應(yīng)力模型和壓裂后產(chǎn)能效果預(yù)測提供參考。關(guān)鍵詞：煤層氣井壓裂；閉合壓力；地應(yīng)力；壓降分析；注入摩阻；凈壓力中圖分類號：P 6 1 8 ．1 1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：0 2 5 3 - 2 3 3 6 ( 2 0 1 7 ) 0 9 —0 1 8 8 —0 6R e s e a r c ho nf r a c t u r i n gp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o no fc o

4、a l b e dm e t h a n e w e l l i nQ i n s h u iB a s i nC H E N Z h e n g r o n g ，L I US h u j i e ，F(xiàn) E N GH u a n z h i ，P E N GC h e n g y o n g( C N O O C R e s e a r c hI n s t i t u t e ，B e i n g 1 0 0 0 2 8 ，C h

5、i n a )A b s t r a c t ：I no r d e rt o e v a l u a t ep r o d u c t i v i t ya f t e rf r a c t u r i n go f c o a l —b e dm e t h a n e w e l l s ，c l o s u r es t r e s s o fc o a l b e df r a c t u r ew a s p r e d i

6、 c t e dw i t hF u n c t i o n C u r v e G ，s q u a r er o o t o ft i m ec u r v e ，d o u b l el o g a r i t h m i cf u n c t i o n c u r v ea n di n —s i t u s t r e s s m o d e l o f c o a lw a s e s t a b l i s h e db

7、 a s e d o nt h ec o a l b e dm e t h a n ew e l l so fQ i n s h u iB a s i n ．A c c o r d i n gt o i n —s i t us t r e s sm o d e l ，n e tp r e s s u r e ，f r a c t u r ef r i c t i o n a n dp r o d u c t i o nw e r ec

8、o n t r a s —t e d ．T h e n a m o d e l t o e v a l u a t et h ep r o d u c t i v i t ya f t e r f r a c t u r i n gw a s e s t a b l i s h e dw i t h f i t t i n gt h ec o r r e l a t i o n s b e t w e e n n e t p r e s

9、 s u r e ，f r a c t u r ef r i c t i o n w i t h p r o d u c t i v i t ) ’．T h er e s u l t ss h o w e d t h a t t h ee r r o ro ft h ep r e d i c t e d s t r e s sa n d w e l lt e s t i n gr e s u l t w a s 0 ．7 5M P a

10、．T h e r ew e r e g o o dr e l e v a n c eb e t w e e n t h ep r o d u c t i v i t yw i t hn e tp r e s s u r ea n df r i c t i o n ．T h eh i g h e rn e tp r e s s u r ea n df r a c t u r ef r i c t i o n w e r e ，t h em

11、 o r ec o m p l e x i t yt h ef r a c t u r e w o u l d b ea n d t h en l o r ed i f f i c u l t y t h ef r a c t u r ep r o p a g a t i o nw o u l d b e ．T h e nt h ep r o d u c t i v i t yo fc o a l b e dm e t h a n e

12、w e l l s w o u l d b el o w ，T h em e t h o d s c o u l dp r o v i d et h e r e f e r e n c e s t o i n —s i t u s t r e s s a n d p r o d u c t i o np r e d i c t i o n a f t e rf r a c t u r i n go fc o a l b e dm e t

13、 h a n e w e l l s ．K e yw o r d s ：f r a c t u r eo fc o a l b e c lm e t h a n ew e l l ；c l o s u r e p r e s s u r e ；i n - s i t us t r e s s ；p r e s s u r ed e c l i n e a n a l y s i s ；f r a c t u r ef r i c t i

14、 o n ；n e tp r e s s u r e0 引 言我國煤層氣儲層具有低壓、低滲和低飽和度的特性，自然產(chǎn)能較低，非均質(zhì)性較強?。煤層通常經(jīng)過水力壓裂增產(chǎn)措施改造后才能獲得工業(yè)的生產(chǎn)價值’} 。而煤儲層埋深較淺，地應(yīng)力相對較小，且微裂隙和割理發(fā)育豐富，使得煤層壓裂時裂縫更容易形成較為復(fù)雜的裂縫形態(tài)、3 。4 I ，并造成煤層氣壓裂預(yù)測及效果評估較為困難。煤層壓裂效果評估通常采用監(jiān)測技術(shù)或室內(nèi)試驗對裂縫形態(tài)進(jìn)行監(jiān)測模擬，并建立壓裂

15、模型以擬合監(jiān)測的結(jié)果，或者運用壓裂參數(shù)直接擬合施工后裂縫參數(shù)，建立裂縫參數(shù)與施工參數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，但該方法需要針對于煤層建立更加精確的壓裂擴展模型，并且煤層壓裂形成的復(fù)雜裂縫通過經(jīng)典壓裂模型難以進(jìn)行解釋和模擬。5 。1 ?。測試技術(shù)由于煤層特殊的結(jié)構(gòu)無法精確構(gòu)收稿日期：2 0 1 7 —0 1 —2 8 ；責(zé)任編輯：曾康生D o I ：1 0 ．1 3 1 9 9 ／j ．c n k i ．e s t ．2 0 1 7 0 7 ．0 3

16、1基金項目：中海石油( 中國) 有限公司資助項目( Y X K Y 一2 0 1 6 - Z Y 一0 8 ，F(xiàn) Q T F W Q Y Z L 一1 4 —0 7 1 )作者簡介：陳崢嶸( 1 9 8 8 一) ，男，江西南昌人，工程師，碩士。T e l ：1 5 9 0 1 0 9 7 4 1 9 ，E —m a i l ：z r e h e n l 2 3 4 5 @ 1 6 3 ．C O B引用格式：陳崢嶸，劉書杰，馮梔槽，等．

17、沁水盆地煤層氣井壓裂效果評估研究[ J ] ．煤炭科學(xué)技術(shù)，2 0 1 7 ，4 5 ( 9 ) ：1 8 8 —1 9 3 ．C H E NZ h e n g r o n g ，L I US h u j i e ，F(xiàn) E N GH u a n z h i ，e t a 1 ．R e s e a r c h o n f r a c t u r i n gp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n o

18、 fc o m b e dm e t h a n e w e l l i n Q i n s h u iB a s i n [ J ]C o a l S c i e m ·Pa n dT e f _ - h n o l o g y ，2 0 1 7 ，4 5 ( 9 ) ：1 8 8 —1 9 3 ．1 8 8萬方數(shù)據(jù)2 0 1 7 年第9 期 煤炭科學(xué)技術(shù) 第4 5 卷G ，：竺 ( 5 ) o b式中，P 為壓裂壓力，M

19、P a 。然而某些情況下導(dǎo)數(shù)曲線不能明確表示裂縫閉合點，因此可使用半對數(shù)導(dǎo)數(shù)D G 7 曲線確定裂縫的閉合點。D G ’曲線中間一段為直線，表示人工裂縫閉合過程，當(dāng)D G ’曲線偏離直線段時，表示人工裂縫閉合，因此曲線偏離直線段的點即為裂縫閉合點，對應(yīng)的壓力值即為閉合壓力。D G ’曲線對人工裂縫閉合更加敏感，更能清楚地指示出人工裂縫閉合點。r | pD G 7 = G 告 ( 6 )2 42 22 0爰1 8苫1 6屯1 41 21

20、08( ，f ，l雖2 C 王誓三j ? 墨j i ，] ≥壓力F i g ．2 D e t e r m i n ec l o s u r ep r e s s u r ew i t hF u n c t i o n G2 ) 時間平方根曲線。時間平方根曲線與G 函數(shù)曲線相類似，可以用時間平方根的壓力導(dǎo)數(shù)圖像，通過放大斜率的變化并增強識別斜度的變化。閉合壓力為時間平方根導(dǎo)數(shù)的最大值。即有r ，_ 竺 f 7 )姒同樣與G 函數(shù)相類似，某

21、些情況下導(dǎo)數(shù)曲線不能明確表示裂縫閉合點，因此可使用半對數(shù)導(dǎo)數(shù)曲線D T ’確定裂縫的閉合點。D T ’曲線中間一段為直線，表示人工裂縫閉合過程。當(dāng)D T ’曲線偏離直線段時，表示人工裂縫閉合，因此曲線偏離直線段的點即裂縫閉合點，對應(yīng)的壓力即閉合壓力。D T ，：萬一= d P ( 8 )a , ／t7 8 ￡6 至5 C，4 吾i 要0÷n圖3 時間平方根曲線確定閉合壓力F i g ．3 D e t e r m i n ec

22、l o s u r ep r e s s u r ew i t hs q u a r er o o t o ft i m e3 ) 雙對數(shù)函數(shù)曲線。雙對數(shù)函數(shù)常用于對G1 9 0函數(shù)曲線和時間平方根曲線求取的閉合壓力進(jìn)行驗證，通過停泵后壓力的變化△P 與時間的雙對數(shù)曲線表示。在雙對數(shù)坐標(biāo)中壓力降曲線與壓力降的半對數(shù)導(dǎo)數(shù)曲線的分離點表示裂縫的閉合。函4 雙崩奴函焱面線確定．戈占壓力F i g ．4 D e t e r m i n ec l

23、 o s u r ep r e s s u r ew i t hd o u b l el o g a r i t h m i c f u n c t i o n由于煤儲層割理和裂縫的發(fā)育，儲層厚度較薄等特點，使煤層閉合壓力求取較為困難。實際壓后評估過程中煤層閉合壓力需要通過以上3 種方法相結(jié)合確定，單獨某一種方法求取的閉合壓力一般會引起結(jié)果產(chǎn)生誤差。通過壓后壓降分析方法可得到沁水盆地A 區(qū)塊壓裂井的閉合壓力，見表2 。表2 沁水盆地A

24、區(qū)塊壓裂井的閉合壓力T a b l e 2 C l o s u r ep r e s s u r e i nB l o c kA ，Q i n s h u iB a s i n井號 閉合壓力／M P a7 ．7 26 ．9 38 ．9 01 0 ．1 99 ．9 57 ．7 91 ．3 水平地應(yīng)力評估目前預(yù)測水平地應(yīng)力的模型大部分建立在巖層均質(zhì)各向同性的基礎(chǔ)上。多數(shù)學(xué)者考慮了上覆巖層壓力和構(gòu)造應(yīng)力的影響，即在平面應(yīng)變的條件下，假設(shè)地下巖

25、層的地應(yīng)力主要由上覆巖層壓力與水平方向的構(gòu)造應(yīng)力產(chǎn)生，且水平方向的構(gòu)造應(yīng)力與上覆壓力成正比?；诰€彈性理論，結(jié)合孔隙壓力及構(gòu)造載荷的影響建立煤層氣水平地應(yīng)力模型。水平地應(yīng)力模型可以表示為㈦‘2 5 1嘰= } ( 盯，一a P ，) + 土s 。+ 墨s 。1 一肛 l —p l 一肛( 9 )式中：肛為泊松比；a 為有效應(yīng)力系數(shù)；E 為彈性模量，M P a ；P ，為巖層孔隙壓力，M P a ；s 。為水平最大M舵躬M= 2膈萬方數(shù)據(jù)