低密度支撐劑在煤層氣壓裂中的使用

超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用匯報人：侯風崗北京奧陶科技2021年1月11日1匯報提綱一.前言二.煤層氣水力壓裂的裂痕及支撐劑分析三.研討超低密度壓裂支撐劑的意義四.研討方法和技術(shù)特點五.針對韓城區(qū)塊的運用建議六.經(jīng)濟效益分析2我國煤層氣研討起于上世紀八十年代；九十年代初，引進美國的地面抽采技術(shù)和國內(nèi)天然氣開采技術(shù)獲得突破。九十年代中后期，以壓裂改造為中心技術(shù)的煤層氣勘探獲得較快開展。煤層氣勘探開發(fā)研討獲得一批艱苦科研成果。本世紀初，以晉煤集團和中聯(lián)公司為代表的煤層氣開發(fā)在沁南地域獲得宏大勝利，極大地推進了我國煤層氣產(chǎn)業(yè)的快速開展。同時，多分支程度井技術(shù)也獲得了勝利，更加促進了該區(qū)煤層氣地面抽采的開展。目前，沁南地域累計完成各類煤層氣地面抽采井3000余口，煤層氣年產(chǎn)才干超越20億m3，實踐產(chǎn)量曾經(jīng)到達10億m3/年。繼沁南煤層氣地面抽采勝利后，山西柳林、臨興、保德，寧武、陽泉、鄉(xiāng)寧，遼寧鐵法、阜新，安徽淮南、淮北，陜西韓城、銅川、吳堡，四川古藺等地域煤層氣勘探相繼獲得突破，部分地域曾經(jīng)進入商業(yè)性開發(fā)。我國煤層氣產(chǎn)業(yè)的開展正迎來一個朝氣蓬勃的春天。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用前言1.1煤層氣產(chǎn)業(yè)——朝氣蓬勃380%產(chǎn)能不理想：自從美國在煤層氣、頁巖氣有所突破后，我國也積極呼應，煤層氣的勘探和開發(fā)研討也進展了20年，打了將近上萬口井，外表看好似我們已完全掌握了煤層氣的開采技術(shù)，但80%的井產(chǎn)出的氣不具備工業(yè)產(chǎn)能，直接影響了我國煤層氣事業(yè)的開展。存在技術(shù)瓶頸：一個關(guān)鍵技術(shù)的突破有能夠直接會改動一個區(qū)塊能否具有經(jīng)濟開發(fā)價值，甚至會改動一個行業(yè)的開展前景。壓裂是關(guān)鍵：從地質(zhì)勘探、儲量評價，以及鉆井、測井、錄井、完井等工藝自創(chuàng)石油行業(yè)的成果已根本掌握，但我們以為在壓裂的認識中仍存在問題。攻堅克難：1.思想不夠開放；2.低密度支撐劑技術(shù)沒有掌握，沒有得到大膽運用，所以直接呵斥許多井產(chǎn)量低下甚至不出氣的情況。本文不對其他方面討論，只針對煤層氣的特點，如何運用超低密度支撐劑進展討論和研討。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用前言1.2煤層氣產(chǎn)能——存在瓶頸4匯報提綱一.前言二.煤層氣水力壓裂的裂痕及支撐劑分析三.研討超低密度壓裂支撐劑的意義四.研討方法和技術(shù)特點五.針對韓城區(qū)塊的運用建議六.經(jīng)濟效益分析5

S1S2S3水力壓裂典型施工曲線a—致密巖石b—微裂痕高滲巖石pF—破裂壓力pE—延伸壓力pC—閉合壓力pS—地層壓力pH—停泵壓力超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用2.1壓裂簡介6

超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用2.2煤層壓裂裂痕構(gòu)成的控制要素1〕煤巖本身的巖石力學性質(zhì)2〕地應力，不同構(gòu)造部位煤層與褶皺中和面的位置關(guān)系〔部分構(gòu)造地應力〕3〕割理、孔隙系統(tǒng)，先存裂隙4〕煤層埋深5〕溫度,在深井中也會對破裂壓力呵斥影響6〕壓裂施任務業(yè)參數(shù)，如施工規(guī)模和施工排量等，也可以在一定程度上改動裂痕外形。7〕控縫高壓裂技術(shù)，經(jīng)過上浮式和下沉式導向劑在裂痕的頂部和底部構(gòu)成人工遮擋層，阻止裂痕中的壓力向上下傳播，繼而到達控制裂痕在高度方向上進一步延伸的目的。人工裂痕方位：裂痕面垂直于最小主應力方向δz最小時→程度裂痕δy或δx﹥δz時→垂直裂痕7

裂痕形狀主要包括裂痕的長度、寬度、高度及走向長度：隨著裂痕寬度的添加，裂痕長度將遭到限制。寬度：壓裂裂痕的寬度與其彈性模量成反比。方位：同一盆地沒有明顯的方向性，但是存在著在某一方向裂痕出現(xiàn)機率相對較大的景象。裂痕形狀4種類型：程度縫、垂直縫、先程度縫后垂直縫、兩翼不對稱縫(一翼為垂直縫，一冀為程度縫)。形狀復雜的例如“T〞、“工〞，‘爪’型裂痕。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用2.3.1煤層裂痕形狀及擴展規(guī)律8普通首先在井筒附近產(chǎn)生不規(guī)那么程度縫，然后隨著裂痕的進一步延伸，有的井產(chǎn)生程度縫，有的井產(chǎn)生垂直縫。裂痕的高度超越壓裂層厚度的4倍，最高到達6倍，普通在2~4倍。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用2.3.2煤層裂痕形狀及擴展規(guī)律9壓裂用支撐劑可大致分為天然的與人造的兩大類。前者以石英砂為代表，后者那么是通常稱之為陶粒的支撐劑。在油氣增產(chǎn)市場上廣泛運用六種價錢不同的規(guī)范支撐劑，它們是天然石英砂、人造的中等強度低密度的硅酸鋁支撐劑〔陶粒砂〕、人造的中等強度高密度的氧化鋁和硅酸鹽支撐劑、高強度的鋁礬土和高強度的硅酸鋯支撐劑、以及涂敷預固化涂層、可固化涂層樹脂的天然砂或人造支撐劑和超低密度支撐劑。目前在煤層氣壓裂中主要是運用石英砂。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用2.4支撐劑的分類10優(yōu)點a〕適用于低閉合壓力的各類儲層；b〕相對密度低，便于施工泵送。施工中減少泵和設備以及施工管線、管柱在井口內(nèi)和井口部位磨蝕；c〕圓、球度較好的石英砂破碎后成少小碎塊狀，但仍可堅持一定的導流才干；d〕價錢廉價，資源豐富。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用2.5石英砂的優(yōu)缺陷缺陷a〕石英砂抗壓強度低，開場破碎壓力約為20MPa，不適宜在中、高閉合壓力的壓裂層中運用；b〕石英砂抗壓強度低，破碎后的碎屑呵斥微粒運移、堵塞、嵌入、壓裂液的損傷〔濾餅和殘渣〕及非達西流動、時間等要素的影響，大大降低導流才干，甚至降低到原來的1/10或更低一些。111〕煤層的楊氏模量低，波松比大，壓裂時構(gòu)成短、寬裂痕，影響壓裂效果。且井眼的坍塌和大量煤粉的產(chǎn)生都給壓裂和排采呵斥不利的影響。2〕煤層氣儲層普通呈低壓、低溫形狀，會給壓裂液的破膠和返排呵斥特殊困難。3)煤層氣賦存機理不同于天然氣，其中90%吸附在煤層中，開采前需求降壓解吸過程。4)因煤層比較軟，容易發(fā)生支撐劑嵌入景象，以及近井地帶出現(xiàn)嚴重的脫砂。5)煤層中有天然裂痕存在，且壓裂時會產(chǎn)生多裂痕和復合裂痕，易呵斥壓裂液嚴重濾失，引起煤層空隙的堵塞和基質(zhì)的膨脹進而降低煤層的浸透率，影響造縫效果。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用2.6煤層氣井壓裂的難點12匯報提綱一.前言二.煤層氣水力壓裂的裂痕及支撐劑分析三.研討超低密度壓裂支撐劑的意義四.研討方法和技術(shù)特點五.針對韓城區(qū)塊的運用建議六.經(jīng)濟效益分析13不論壓裂液的缺陷還是石英砂在煤層氣壓裂中的缺乏，假設用超低密度支撐劑，一切問題都迎刃而解?？墒牵瓉硪磺械难杏懚技性趬毫岩汉蛪毫压に嚨母牧忌?，但都沒有真正意義上的突破，很少針對煤層氣的壓裂支撐劑進展深化研討。一方面是大家一致有個慣性思想，以為超低密度支撐劑消費工藝復雜，難以在技術(shù)上有所突破，〔國內(nèi)消費密度低于1.25的根本上沒有〕。另一方面，以為價錢太高〔殼牌在中國煤層氣行業(yè)用過，每噸18000元〕，不適宜煤層氣低本錢戰(zhàn)略。鑒于此，我們結(jié)合西南石油大學、中國礦業(yè)大學、北京能源科技股份進展結(jié)合攻關(guān)，針對煤層氣的特點和壓裂出現(xiàn)的問題，吸收國外的技術(shù)和閱歷，開發(fā)了OT-1和OT-2型超低密度支撐劑，為中國煤層氣的開發(fā)技術(shù)產(chǎn)生了革命性的突破。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用三研討超低密度壓裂支撐劑對煤層氣壓裂的意義14匯報提綱一.前言二.煤層氣水力壓裂的裂痕及支撐劑分析三.研討超低密度壓裂支撐劑的意義四.研討方法和技術(shù)特點五.針對韓城區(qū)塊的運用建議六.經(jīng)濟效益分析15超低密度壓裂支撐劑在國內(nèi)外都處于開展階段，BJServices公司曾經(jīng)有相關(guān)報道和商業(yè)產(chǎn)品，但是其運用還處于推行階段，國內(nèi)無商業(yè)產(chǎn)品且相關(guān)研討極少。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用4.1超低密度壓裂支撐劑的研討方向和方法研討方向：超低密度支撐劑的研制首先在骨料選擇，一定要有一定的強度且比重較輕。研討方法：我們在大量的實驗根底上，針對煤層儲層的特點，以及壓裂裂痕不同的充填部位，選用了兩種骨料：多孔陶粒：選用特殊的鋁礬土添加一些添加劑，經(jīng)過高溫燒結(jié)添加它的強度而成。堅果殼顆粒：選用優(yōu)質(zhì)堅果，經(jīng)過粉磨、挑選而成。16多孔陶粒測試參數(shù)超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用4.2超低密度壓裂支撐劑的研制17堅果殼具有較高的強度：堅果殼顆粒由于多孔疏松纖維資料,而利用硬度較高的高分子資料填充其疏松纖維孔隙，能添加資料的密實性并賦予資料較高的強度。堅果殼的主要化學組分：纖維素，多戊糖，木素等，這些組分中的酚型單元、醛基構(gòu)造以及醇羥基均可以與醛類、酚類、異氰酸酯類等發(fā)生縮合反響。酚醛樹脂在受熱或酸性條件下，羥甲基之間、羥甲基與苯酚或取代苯酚的鄰位、對位可發(fā)生縮聚，交聯(lián)成硬度高的體型高聚物。堅果殼與樹脂的相容性：酚醛樹脂又能與堅果殼中存在的反響型基團發(fā)生反響，使堅果殼與樹脂間的相容性變好，且樹脂內(nèi)的苯環(huán)又賦予復合資料更高的剛度。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用4.2超低密度壓裂支撐劑的研制18處置過的多空陶粒和堅果殼顆粒參數(shù)：OT-1型〔堅果殼顆?！吵兔芏葔毫阎蝿┰诿簩託饩畨毫阎械倪\用4.2超低密度壓裂支撐劑的研制19處置過的多空陶粒和堅果殼顆粒參數(shù)：OT-2型〔多孔陶?！吵兔芏葔毫阎蝿┰诿簩託饩畨毫阎械倪\用4.2超低密度壓裂支撐劑的研制20從以上測試結(jié)果看，在滿足煤層氣壓裂條件下，密度大大降低。新型支撐劑有“低密高強高浸透防砂防嵌防返吐〞的特點，詳細如下：1.外表的高韌高強資料，可將原來顆粒點與點接觸，變成小面積的接觸，分散了作用于顆粒上的負荷，從而使顆?？蛊扑椴鸥商岣摺３兔芏葔毫阎蝿┰诿簩託饩畨毫阎械倪\用4.3超低密度壓裂支撐劑的特點212.堅果殼可以因其含有大量的親水基團，如羥基、醚鍵，極易吸水而膨脹，且易水解。包敷環(huán)氧樹脂后，減少了空隙和低分子物質(zhì)，使其耐水性大大加強。浸漬酚醛樹脂的堅果殼48小時后吸水才干由包敷前的30.45%降到6,58%。3.由于在支撐劑外表包敷了一層高強度樹脂，這樣即使壓碎了包敷在內(nèi)的支撐劑，外邊的樹脂層仍可以將碎塊、顆粒包裹在一同，而不遷移堵塞支撐帶的空隙，使裂痕有較高的導流才干。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用4.3超低密度壓裂支撐劑的特點224.根據(jù)地層溫度，可有選擇性匹配調(diào)整覆膜的樹脂性能參數(shù)，這個樹脂膜比較薄，以致于在裂痕中的接觸壓力下就能使它粘合在一同，構(gòu)成一個寬度較大的充填層。這種支撐劑可以說是獨一不嵌入地層的支撐劑。加上一定的施工工藝，同時可以有效地防止壓裂液的濾失，也可以處理煤層氣排采時最頭疼的煤粉問題，有效阻止煤粉進入裂痕，在近井地帶，同樣可以防止支撐劑的返吐。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用4.3超低密度壓裂支撐劑的特點235.超低密度壓裂支撐劑因是真正的低密度，在活性水的保送下幾乎是全部懸浮的。保送間隔遠：可以到達裂痕的最遠端；充填縫隙多：裂痕的上半部分可以全部充填，防止了石英砂只沉淀到裂痕下部的缺陷，增大了裂痕支撐體積；支撐裂痕長：根據(jù)Stoke定律，尺寸大小同樣為20/40目條件下，密度為1.25g/cm3的支撐劑在液體中的最終沉降速度比石英砂低4倍,計算機模擬和運用實例都闡明,低密度支撐劑產(chǎn)層覆蓋性好,運用低密度支撐劑進展水力壓裂的支撐裂痕更長。消費周期長：因裂痕的最遠端得到支撐劑的支撐，使煤層氣井的消費周期得到延伸，使原來的3-5年提高到5-10年,最終獲得幾倍的效益。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用4.3超低密度壓裂支撐劑的特點246.超低密度壓裂支撐劑外面包敷的樹脂膜耐酸、耐堿，適宜一切煤層氣層。7.由于覆膜后，該支撐劑憎水，煤粉不粘結(jié)，對煤層氣、設備摩阻降低，自然提高支撐劑的導流才干。一口煤層氣井投資200多萬，假設這口井由于壓裂效果不佳變成低產(chǎn)井，那將呵斥宏大的損失；進一步對這個區(qū)塊的評價呵斥負面要素，直至放棄。假設對這些低產(chǎn)井進展改造，運用超低密度支撐劑反復壓裂，救活低產(chǎn)井，使它具有工業(yè)氣流，那么對煤層氣行業(yè)的開展將起到不可估量的作用。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用4.3超低密度壓裂支撐劑的特點25匯報提綱一.前言二.煤層氣水力壓裂的裂痕及支撐劑分析三.研討超低密度壓裂支撐劑的意義四.研討方法和技術(shù)特點五.針對韓城區(qū)塊的運用建議六.經(jīng)濟效益分析265.1韓城區(qū)塊的特點5.1.1孔隙度低韓城地域煤層氣吸附量大但孔隙度低，普遍<7%，區(qū)塊煤孔隙度介于0.4-0.67%，孔隙度演化未能隨構(gòu)造變形程度添加而加大，韓城地域因低空隙要素，不利于煤層氣的解吸與開采，因此，必需在壓裂技術(shù)上選擇有針對性的技術(shù)和工藝方案。5.1.2浸透率高韓城地域煤儲層浸透率介于0.05-0.5*10-15um2之間，平均浸透率<2.0*10-15um2，據(jù)韓試1#井的試井資料，3#、11#煤層的浸透率分別為1.876md、3.054md，略高于國內(nèi)其他煤層氣田的浸透率。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用針對韓城區(qū)塊運用超低密度支撐劑的建議275.1.3儲層壓力高韓城地域煤層氣的賦存條件與國內(nèi)其他地域相比較，最明顯的差別是煤層的儲層壓力。儲層壓力時影響韓城地域煤層氣產(chǎn)率的分析關(guān)鍵是對儲層壓力的分析。儲層壓力越高，儲層流體流動潛勢越強。相對于國內(nèi)其他地域而言，韓城地域煤儲層呈現(xiàn)出高壓異常形狀。5.1.4儲層溫度適宜韓城地域的溫度梯度為2.89℃/100m，屬正常地溫系統(tǒng)。11#煤層的儲層溫度為32.78℃，5#號煤層儲層溫度平均為29.85℃。實驗證明，當煤層溫度在23℃到39℃之間時，溫度每添加3℃，煤層氣解吸率將添加4.5%。因此韓城地域各煤儲層溫度均到達以上規(guī)范，因此有助于提高煤層氣的解吸速度。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用針對韓城區(qū)塊運用超低密度支撐劑的建議28

超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用針對韓城區(qū)塊運用超低密度支撐劑的建議29超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用針對韓城區(qū)塊運用超低密度支撐劑的建議305.2建議針對韓城地域煤層氣的特點，建議在條件具備的情況下，選擇有代表性的一些井壓裂運用超低密度支撐劑，并不斷完善優(yōu)化壓裂方案。詳細建議如下：5.2.1低產(chǎn)井反復壓裂：對沒有構(gòu)成工業(yè)氣流的煤層氣井進展反復壓裂，運用超低密度支撐劑。當然，這口井的地質(zhì)條件必需到達出氣、高產(chǎn)的條件。5.2.2新投井對比壓裂：最好是選擇兩口地質(zhì)條件根本類似的煤層氣井，一口按常規(guī)壓裂，選擇石英砂作為支撐劑，一口選擇超低密度支撐劑，以便壓裂后進展效果分析。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用針對韓城區(qū)塊運用超低密度支撐劑的建議315.2.3在支撐劑壓裂組合上優(yōu)化對比方案一：前置液可以先打10-20%的OT-1型超低密度支撐劑，攜沙液打70-80%的OT-2型超低密度支撐劑。方案二：全部打OT-1型超低密度支撐劑。方案三：前置液可以先打10-20%的OT-1型超低密度支撐劑，攜砂液全部打OT-0型超低密度支撐劑。方案四：前置液先打10-20%的OT-2型超低密度支撐劑，攜沙液全部打OT-0型超低密度支撐劑。方案五：前置液可以先打10-20%的OT-1型超低密度支撐劑，中間打50%的OT-2型超低密度支撐劑，最后打40%左右的石英砂。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用針對韓城區(qū)塊運用超低密度支撐劑的建議32匯報提綱一.前言二.煤層氣水力壓裂的裂痕及支撐劑分析三.研討超低密度壓裂支撐劑的意義四.研討方法和技術(shù)特點五.針對韓城區(qū)塊的運用建議六.經(jīng)濟效益分析336.1美國運用超低密度壓裂支撐劑的案例美國本納特煤層氣田，130口井運用超低密度支撐劑后，產(chǎn)量是不運用超低密度支撐劑的3-5倍，單井產(chǎn)量從300-2500m3提高到1500-8500m3，個別井甚至超越10000m3。美國在煤層氣壓裂中運用超低密度支撐劑的比例是25%。隨著對超低密度支撐劑的不斷認識和實施工藝的不斷優(yōu)化，在煤層氣壓裂中采用超低密度支撐劑的比例將會越來越高。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用運用超低密度支撐劑的經(jīng)濟效益分析346.2兩個例子A：X井目前產(chǎn)能只需300m3/天，那么這口井根本上處于報廢，投資的200多萬根本上是全部損失。假設進展反復壓裂，運用超低密度支撐劑，再添加投資40萬元〔包括壓裂費用〕，產(chǎn)能按保守點說提高到1500m3/天，每天增產(chǎn)1200m3，按1.5元/m3計算，每天新產(chǎn)生的效益為：1200*1.5=1800元，投資回收期為：400000/1800=223天。也即7.5月收回投資。更重要的是挽回了先期投資的200多萬。假設加上延伸煤層氣井壽命3-5年，經(jīng)濟效益更加可觀。超低密度壓裂支撐劑在煤層氣井壓裂中的運用運用超低密度支撐劑的經(jīng)濟效益分析356.2兩個例子B：Y井為新井，假設一口和Y井同樣地質(zhì)條件的Z井運用石英砂，產(chǎn)能只需1000m