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鄭X井重復(fù)壓裂非產(chǎn)水煤層絨囊流體暫堵轉(zhuǎn)向試驗

文檔作者：鄭力會1’2，崔金榜3，聶帥帥1，劉斌3，付毓偉1，李宗源3 ( 文檔來源： 1．中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院 2．油氣鉆井技術(shù)國家工程實驗室防漏堵漏技術(shù)研究室 3．中國石油華北油田分公司煤層氣勘探開發(fā)事業(yè)部		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年02月26日
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第33卷第5期
2016年9月
鉆井液與完井液
DRILLING FLUID&amp;amp;COMPLETION FLUID
V-01．33 No．5
Sept．2016
doi：10．3696／j．issn．1001-5620．2016．05．022
鄭X井重復(fù)壓裂非產(chǎn)水煤層絨囊流體暫堵轉(zhuǎn)向試驗
鄭力會1’2， 崔金榜3， 聶帥帥1， 劉斌3， 付毓偉1， 李宗源3
(1．中國石油大學(xué)(北京)石油工程學(xué)院，北京102249；2．油氣鉆井技術(shù)國家工程實驗室防漏堵漏技術(shù)研究室，武漢431000；
3．中國石油華北油田分公司煤層氣勘探開發(fā)事業(yè)部，山西長治046000)
鄭力會等．鄭x井重復(fù)壓裂非產(chǎn)水煤層絨囊流體暫堵轉(zhuǎn)向試驗[J]．鉆井液與完井液，2016，33(5)：103—108．
摘要鄭莊煤層氣田鄭x井欲實施絨囊暫堵流體重復(fù)壓裂轉(zhuǎn)向，既形成新裂縫又不影響原縫生產(chǎn)，增加供氣體積以達
到滿意產(chǎn)量。室內(nèi)先用絨囊流體暫堵直徑38 mill煤巖柱塞的中間人工剖縫，后用活性水測試絨囊流體暫堵剖縫承壓能力達
20 MPa，超過地層18 MPa的破裂壓力，滿足轉(zhuǎn)向要求；絨囊暫堵流體傷害鄭莊煤巖柱塞滲透率恢復(fù)值85％，滿足原縫繼
續(xù)生產(chǎn)要求；現(xiàn)場利用混砂車和水罐建立循環(huán)，通過剪切漏斗配制密度為0．94～O．98 e／cm3、表觀黏度為30～34 mPa‘S的
絨囊暫堵流體。先用活性水頂替檢測原縫是否存在后，用排量為3．0～3．5 m3／h注入絨囊暫堵流體60 m3，停泵30 min油壓
穩(wěn)定在12 MPa，表明絨囊封堵原縫成功。用活性水壓裂液壓裂，油管壓力上升至18 MPa時出現(xiàn)破裂。微地震監(jiān)測新縫方
位為N130 w，相對于原縫N42。E轉(zhuǎn)向55。。壓后間抽2 h產(chǎn)氣200 m3，是壓裂前產(chǎn)量的2倍以上。采用微地震監(jiān)測和對
比壓裂前后產(chǎn)量證明，絨囊可迫使壓裂液轉(zhuǎn)向壓開新縫，且不傷害原裂縫，適用于煤層氣老井重復(fù)壓裂恢復(fù)生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞煤層氣；重復(fù)壓裂；絨囊流體；轉(zhuǎn)向壓裂；儲層傷害；微地震；傷害指數(shù)
中圖分類號：TE357．12 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001—5620(2016)05-0103-06
Temporary Plugging Diverting Test with Fuzzy Ball Fluids in Non-Water Producing Coal Beds in
Re-fracturing W色11 Zheng-X
ZHENG Lihuil·2 CUI Jinban93，NIE Shuaishuail，LIU Bin3，F(xiàn)U Yuwei。，LI Zongyuan3
(1．College ofPetroleum Engineering,China University ofPetroleum，Beijing 1 02249；2．Research Team ofLost Circulation
Prevention and Control,Na60nal Key Oil and Gas Drilling Engineering，Wuhan，Hubei 43 1000；3．Division ofCBM
Exploration and Development,PetroChina Huabei 0dfield Company，Changzhi，Shanxi 046000)
Abstract Re．fracturing diverting has been planned in the well Zheng-X in Zbengzhuang CBM gas field with fuzzy ball temporary
plugging fluid．Thisjob Was to be done in all effort to increase the gas production by generating new fractures in the reservoir formations，
without disturbing the production of the existing fractures．In laboratory studies，a fuzzy ball fluid was used to temporarily plug the
artificial fractures on a 33 inln(diameter)coal plug，then all activated water was used to test the pressure bearing of the temporary
plugging；it was 20 MPa,exceeding the fracturing pressure ofthe formation，which is 1 8 MPa．The percent recovery ofthe permeability
of the coal plug previously flushed with the fuzzy ball fluid was 85％，satisfying the needs for the production of the existing fractures．
In field applications，a fracturing blender truck and a water tank were used for the circulation ofthe fracturing fluid．A fuzzy ball fluid，
with density between 0．94 egcm3 and 0．98 g，cm3，apparent viscosity between 30 mPa‘S and 34 mPa‘s，was prepared through a
shear funnel．After checking the existence offractures witll activated water,60 m3 offuzzy ball fluid was injected into the formafion at
3．0-3．5 m3／h．The tubing pressure Was stabilized at 12 MPawhile stopping pumping for 30 min，indicating that the plugging ofexisting
fractures with the fuzzy ball fluid Was successful．The formation was then fractured with activated water when the tubing pressure Was
increased to 18 MPa．The azimuth ofthe new fractures Was N130W：as measured with microseism，meaning that 550 ofdiverting was
realized compared with the N420E azimuth of the existing fi'actures．A gas production of 200 m3 in 2 h after fracturing Was achieved,
doubling the gas production rate before the fracturing job．Microseism monitoring and the gas production rates before and after the
基金項目：國家科技重大專項“煤層氣鉆完井及增產(chǎn)改造技術(shù)示范工程”(2016zx05064002)。
第一作者簡介：鄭力會，男，1968年生，博士生導(dǎo)師，楚天學(xué)者特聘教授，主要研究防漏堵漏和吸附氣儲層傷害防治。
電話(010)89732207；E—mail：zhenglihui@cup．edu．cn。
萬方數(shù)據(jù)
104 鉆井液與完井液2016年9月
fracturing job indicated that the fuzzy ball forced the fracturing fluid to divert to generate new fractures，while the production of the
existing fractures was not affected．This technology is suitable for the re-fracturing of old CBM wells to generate new fractures，while
the production of the existing fractures was not affected．This technology is suitable for the re-fracturing of old CBM wells．
Key words Coal bed methane；Re-fracturing；Fuzzy ball fluid；Diverting fracturing；Reservoir damage；Microseism；Formation damage
index fluid to divert
0 引言
鄭x井地處山西省沁水縣鄭莊鎮(zhèn)楊樹莊村北，
是沁水盆地南部晉城斜坡帶鄭莊區(qū)塊一口煤層氣開
發(fā)直井。完鉆井深為946．78 m，套管射孔完井。生
產(chǎn)層為山西組34煤層，厚度為4．0 ITI。頂板厚為3．2
m，含砂泥巖；底板厚度為1．2 m，泥巖。射孔段
為886．4～890．4 m。煤層解吸壓力為3．7 MPa，含
氣量為28 m3／t，孔隙度為4．0％。因此，儲層煤層
氣賦存條件良好，吸附／解吸能力較好，含氣量較
高，滲透率較低。在儲層改造效果較好的前提下，
鄭x井具有較好的產(chǎn)氣潛能。該井于2010年7月
14日用活性水壓裂射孔段，2010年9月1日投產(chǎn)
試采，至2015年5月16日排采l 718 d，產(chǎn)氣峰
值2 129 m3／d。停井復(fù)產(chǎn)后日產(chǎn)水不足l m3／d，日
產(chǎn)氣低于1 000 n13／d。2015年3月26日后不產(chǎn)氣，
不產(chǎn)水。
2008年鮮保安等Ⅲ發(fā)現(xiàn)，低套壓會造成環(huán)空
煤層氣流速過快，井底壓力激動，形成煤粉并隨煤
層氣流動，堵塞井筒附近煤層的微孑L、微裂縫，降
低產(chǎn)量。李金海等【21認為，過快的排采速度易造
成煤層應(yīng)力敏感，降低裂縫的導(dǎo)流能力和儲層滲透
率。鄭x井排采前期多次上調(diào)產(chǎn)氣量，最低套壓
O．04 MPa，增大了煤層氣流動速度，出現(xiàn)較強的應(yīng)
力敏感，產(chǎn)量非正常遞減迅速。李仰民等口1認為，
長時間停井致使氣液混相流體在微孔隙、微裂隙中
發(fā)生賈敏效應(yīng)，氣體流動阻力增大，影響煤層氣產(chǎn)
量；饒孟余等【41發(fā)現(xiàn)，非連續(xù)排采致使煤粉沉積
或吸附在井筒附近煤層微孔隙、微裂隙表面，降低
裂縫導(dǎo)流能力和滲透率，產(chǎn)量降低程度加劇。鄭x
井2011年5月27日至2012年7月12日停井412 d，
影響了鄭x井單井產(chǎn)量。
綜上發(fā)現(xiàn)，造成鄭x井產(chǎn)氣不理想的原因主
要有2個方面：一是排采速度過陜；二是停井時間
過長。因此，認為鄭x井煤層有煤層氣，但由于
排采制度不適合地層、流體特點造成煤層滲流通道
堵塞。所以認為，采取恢復(fù)或者擴大滲流通道可以
達到理想排采效果。目前，解除堵塞的重要手段之
一就是重復(fù)壓裂，適用水力壓裂老井、低產(chǎn)井解堵
性再增產(chǎn)[51。重復(fù)壓裂在沁水改造十余口井，成功
率很高吲，為鄭x井重復(fù)壓裂提供了依據(jù)。
1 重復(fù)壓裂技術(shù)難點與對策
鄭x井頂?shù)装搴穸容^薄，且區(qū)內(nèi)存在奧陶系、
石炭一二疊系和第四系3套主要含水層系【．71。為避
免重復(fù)壓裂，應(yīng)連通含水層，采用小排量低砂比的
施工模式。由于裂縫的重啟壓力小于天然裂縫擴張
壓力和煤巖的破裂壓力【8】，壓裂液易進入裂縫重啟
原縫。鄭x井應(yīng)力敏感嚴重，煤層微孔、微裂縫
閉合，僅僅重啟或延伸原縫并不能有效地增加供氣
體積。因此，為提高單井產(chǎn)量需要重復(fù)壓裂轉(zhuǎn)向壓
開新裂縫。為此，王永昌等【91提出暫堵重復(fù)壓裂
技術(shù)，即先壓開舊裂縫，隨后加入暫堵劑暫堵舊縫，
在未被暫堵的舊裂縫面壓啟新裂縫以重新構(gòu)建裂縫
泄油體系，認為是縫內(nèi)轉(zhuǎn)向。張旭東【l伽提出多次
轉(zhuǎn)向重復(fù)壓裂技術(shù)，即通過多次使用高強度暫堵劑
臨時暫堵前次裂縫，迫使流體轉(zhuǎn)向來壓開多條裂縫。
我們認為是縫外轉(zhuǎn)向。由此來看，轉(zhuǎn)向壓裂成功與
否的關(guān)鍵在于暫堵劑，技術(shù)難點主要有2個方面。
1)暫堵材料對原縫導(dǎo)流能力傷害低。壓裂后
需要恢復(fù)產(chǎn)氣，不可采用水泥、固化劑等堵漏材料
直接堵死原縫。采用固相暫堵劑返排困難，難免對
原縫產(chǎn)生損傷¨“。
2)暫堵材料對原縫暫堵強度高。為壓開新縫，
原縫暫堵強度應(yīng)大于天然裂縫擴張壓力，甚至高于
煤巖破裂壓力。采用聚合物類暫堵劑暫堵強度低，
難以迫使壓裂液轉(zhuǎn)向。能夠滿足既有強度，又能返
排的目的，目前看來絨囊是比較滿意的暫堵劑。
絨囊是模糊封堵理論指導(dǎo)下開發(fā)的一種油氣井
用無固相封堵材料，以分壓、耗壓或者撐壓封堵流
體流動通道，隨鉆封堵漏失地層【I 21。囊泡以堆積、
拉伸、堵塞等形式提高煤巖強度，提高漏塌地層承
萬方數(shù)據(jù)
第33卷第4期鄭力會等：鄭X井重復(fù)壓裂非產(chǎn)水煤層絨囊流體暫堵轉(zhuǎn)向試驗105
壓能力【131；絨囊與煤層配伍性良好，具有“低傷害”
的特點[141；作業(yè)后破膠返排即直接恢復(fù)生產(chǎn)【l 51。
目前，以絨囊暫堵流體為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)向酸化技術(shù)
已在GX．3井成功應(yīng)用[161，原縫無損傷重復(fù)壓裂技
術(shù)也在LHl油井中取得較好的應(yīng)用效果【I”。但絨
囊暫堵原縫后，重復(fù)壓裂是否轉(zhuǎn)向壓開新縫、新縫
與原縫的轉(zhuǎn)向角等問題，尚未證實；同時，也未從
礦場角度說明絨囊暫堵流體對原縫無損傷。微地震
技術(shù)通過監(jiān)測壓裂井在壓裂過程誘發(fā)的微地震波，
來描述裂縫的幾何形狀和空間展布，克服了傾斜測
量、建模法、井基測量等人工裂縫監(jiān)測技術(shù)不能完
全監(jiān)測裂縫形態(tài)和方位角的局限性【1引。為分析絨
囊重復(fù)壓裂是否轉(zhuǎn)向，在鄭x井重復(fù)壓裂中實施
微地震監(jiān)測。
同樣，為從礦場角度分析絨囊暫堵流體對原縫
的損害程度，定義作業(yè)后日產(chǎn)氣量與作業(yè)前的日產(chǎn)
量的比值為絨囊暫堵流體損害指數(shù)兒當(dāng)損l，≥2，
認為原縫和新縫都供氣，絨囊暫堵流體對原縫無損
傷；當(dāng)l≤J<2，認為絨囊暫堵流體對原縫損傷，
，越小，損害程度越大；當(dāng)‘，2。認為重復(fù)壓裂老縫和新縫均供氣，
絨囊暫堵流體未損害原裂縫的供氣能力，實現(xiàn)了原
縫無損傷重復(fù)壓裂。
5 結(jié)論
1．微地震監(jiān)測和生產(chǎn)數(shù)據(jù)證實，絨囊暫堵流體
暫堵后可以實現(xiàn)裂縫轉(zhuǎn)向，且原縫仍然能夠生產(chǎn)。
2．絨囊暫堵流體轉(zhuǎn)向壓裂是在沒有刻意選擇地
層的情況下進行的，但效果表明可以解決煤層氣開
發(fā)中的重復(fù)壓裂原裂縫再次開啟問題，說明原縫無
損傷技術(shù)具有較強的適用性。
3．同時可以看到，絨囊暫堵流體現(xiàn)場施工參數(shù)、
新縫轉(zhuǎn)向機理、轉(zhuǎn)向角度及長度預(yù)測等問題還有待
進一步研究。
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