煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力的伤害与控制

Controlling the damage of conductivity of hydraulic factures during the process of drainage in coalbed methane well
(1 . School of Energy Science and Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454000,China;2 . Department of Mining Engineering,Jincheng Institute of Technology,Jincheng 048026,China)
实验材料选用晋煤集团寺河矿 3 号煤和该煤层
进、出口流体压力达到平稳流动比较困难, 实验结果 101． 325 kPa,导流室进、出口的压差不会超过 5 kPa, 相对于加载的闭合压力( 最小为 6． 9 MPa) ,可以忽略 不计,即闭合压力约等于排采过程中裂缝壁面及支撑 剂的有效应力,故在下文中统一用有效应力描述实验 闭合压力。 分别为 2． 5,5． 0 和 10． 0 mL / min 条件下,模拟在 6． 9, 处裂缝导流能力的大小变化,实验结果如图 2 所示。 由图 2 可以看出,在不同的铺砂浓度和流量条件 实验采用 5 和 10 kg / m2 两种铺砂浓度, 在流量 反而 可 靠 性 差。 因 此, 在 实 验 中, 设 定 出 口 压 力 为
第1 期
张双斌等:煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力的伤害与控制
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Key words:conductivity;hydraulic factures;coalbed methane well;drainage;closure pressure 煤层气井排采过程中煤储层压裂裂缝导流能力 的变化,对排采的效果起重要作用, 排采时裂缝的导 流能力由始至终时刻都在变化。 合理的排采制度能 维持煤层气在储层解吸、 运移和产出的通道畅通, 而 不合理的排采制度却易诱发应力敏感或流速敏感,导 致压裂裂 缝 闭 合 或 堵 塞, 造 成 产 气 量 低, 开 发 效 果 差 [1-4] 。 通过实验定量研究排采过程中有效应力、 排 采降液速率等对裂缝导流能力的影响,对确定合理排 采制度有重要意义。 目前相关的实验研究主要集中 6302—2009《 压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推 荐方法》 ,研究压裂裂缝的短期或长期导流能力及其 影响因素,有利于水力压裂中压裂液和支撑剂的优选 和施工 参 数 的 优 化, 进 而 提 高 压 裂 裂 缝 的 导 流 能 力 [5-6] ;二是以岩芯渗透率测试仪为测试平台, 根据 SY / T 5358—2010《 储层敏感性流动实验评价方法 》 研究流体流动对岩芯渗透率的伤害 [7-8] 。 然而, 排采 过程中煤储层压裂裂缝导流能力动态变化规律及其 控制因素的研究涉足者甚少。 笔者旨在通过实验室 物理模拟实验对煤储层压裂裂缝导流能力的变化规 律进行系统探讨,以求对煤层气井排采有所指导。 在两个方面: 一是以导流仪为试验平台, 根据 SY / T
收稿日期:2013 - 01 - 24 责任编辑:韩晋平 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40972109,41002047) 作者简介:张双斌(1977—) ,男,山西夏县人,博士研究生。 Tel:0391-3987981,E-mail:kygcxjs@ 163. com
第 39 卷第 1 期 2014 年 1月
JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
煤 炭 学 报
Vol. 39 No. 1 Jan. 2014
13225 / j. cnki. jccs. 2013. 0123
张双斌,苏现波,郭红玉,等. 煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力的伤害与控制[ J] . 煤炭学报,2014,39(1) :124-128. doi:10. Zhang Shuangbin,Su Xianbo,Guo Hongyu,et al. Controlling the damage of conductivity of hydraulic factures during the process of drainage in coalbed methane well[ J] . Journal of China Coal Society,2014,39(1) :124-128. doi:10. 13225 / j. cnki. jccs. 2013. 0123
ZHANG Shuang-bin1,2 ,SU Xian-bo1 ,GUO Hong-yu1 ,LIN Xiao-ying1
Abstract:During the process of drainage to coalbed methane( CBM) well,the change of conductivity of hydraulic fractures directly affects the extending range of pressure drop funnel,which can further influence the gas production level. The change regular pattern of fractures conductivity in coal reservoir during the process of drainage was simulated physically in the laboratory by means of the FCES -100 fracture long-term flow conductometer,and by using coal samples made by No. 3 coal of Sihe Mine in Jincheng Anthracite Mining Group and Lanzhou sand as the proppant. According to the analysis of the experiment,the conductivity of hydraulic fractures has a fairly strong stress sensitivity during the process of drainage,which controls the reservoir pressure dropping slowly and ensures that before the pressure drop funnel is fully extended,the stress sensitivity does less damage to the conductivity. Increasing sand ratio is considered its break in deep well. Instability and intermittent drainage is another important reason for the rapid decreasing of fracture conductivity,and only by adhering to draining continuously,slowly and stably can the damage of stress sensitivity
Fig． 1 Schematic plot of the experimental apparatus 图 1 实验装置
achieved.
Байду номын сангаас
煤片装好后,将导流室安装到压力机试验台上, 手动 调整压力机使闭合压力达到 0 ~ 1． 0 MPa。 连接好管 线后,按实验方案在计算机中输入实验参数并由计算 机控制实验进行。 左右,确保导流室中没有空气以保障流体压差准确稳 定。 试验过程中,每一个闭合压力点处应稳定半小时 以上再测其导流能力, 每分钟采集 1 个值, 当连续 3 力和流量下的导流能力。 个测量值的流量误差小于 10% 时, 确定为该闭合压 (2) 导流能力测试。 先由真空泵抽真空半小时
由于采用水作为实验流体, 控制实验中导流室
价仪,主要由导流室、平流泵、补偿泵、压力试验机、真 空泵、回压阀、预热器、天平 ( 计量流量 ) 、 压力传感器 该仪器可以模拟地层条件,对不同类型支撑剂进行短 期或长期导流能力进行评价。 该仪器按照 API 标准 1． 3 实验过程 设计,最高实验温度 180 ℃ ,最大闭合压力 150 MPa。 (1) 实验准备。 先将制备的一块煤片放入导流 计、温度传感器、位移传感器和计算机等组成 ( 图 1) 。
煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力的伤害与控制
张双斌1 ,2 ,苏现波1 ,郭红玉1 ,林晓英1
(1. 河南理工大学 能源科学与工程学院,河南 焦作 454000;2. 晋城职业技术学院 矿业工程系,山西 晋城 048026)
摘 要:煤层气井排采过程中,压裂裂缝导流能力大小变化,直接影响压降漏斗扩展范围,进而影响 煤层气井产气量的高低。 以晋煤集团寺河矿 3 号煤制作煤片,以兰州石英砂为支撑剂,运用 FCES 100 裂缝长期导流能力评价仪, 在实验室物理模拟了排采过程中煤储层压裂裂缝的导流能力变化 规律。 实验结果认为:煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力具有较强的应力敏感性,如果控制排 采降压连续缓慢稳定进行,可以使压降漏斗充分扩展前应力敏感对导流能力的伤害较小;在水力压 裂施工中可以通过增加砂比来减小支撑剂嵌入的影响,对于深井选用更高强度支撑剂可以克服支 撑剂破碎引起的伤害;不稳定和断续排采可造成压裂裂缝导流能力快速下降,只有坚持排采降压的 “ 连续、缓慢、稳定” 进行,才能避免应力敏感和流速敏感带来的储层伤害, 确保煤层气井开发取得 好的效果。 关键词:导流能力;压裂裂缝;煤层气井;排采;闭合压力 中图分类号:P618. 11 文献标志码:A 文章编号:0253 -9993 ( 2014 ) 01 -0124 -05
10． 0,13． 8,18． 0,23． 0,27． 6 MPa 共 6 个有效应力点
室,接着将称好的支撑剂均匀平铺在煤样上, 然后放 入另一块煤片。 装入煤片时必须保持支撑剂层位与 导流室管线孔眼在同一水平, 否则实验结果会偏小。
下,裂缝导流能力总是随着有效应力的增大而减小。 有效应力从 6． 9 MPa 增大到 13． 8 MPa, 导流能力下 27． 6 MPa,导流能力下降 8． 2% ~ 19． 9% 。 降 57． 9% ~ 75． 3% ; 有 效 应 力 从 13． 8 MPa 增 大 到
to decrease the effect of proppant embedment and selecting higher-strength proppant aims to overcome the damage of and drainage velocity sensitivity be avoided and ensure coalbed methane wells development with good results
1 实 验
1． 1 实验材料及制样
2 实验结果与分析
2． 1 应力敏感性实验
的产出水。 首先将煤样加工成平板状圆角矩形试件, 尺寸为 177 mm × 38 mm × 10 mm; 支撑剂选用产自甘 肃省兰州皋兰地区的 20 ~ 40 目(0． 45 ~ 0． 90 mm) 石 1． 2 实验仪器 英砂,铺砂浓度为 5 ~ 10 kg / m2 。 实验仪器采用 FCES - 100 裂缝长期导流能力评
张双斌山西夏县人博士研究生keywords煤层气井排采过程中煤储层压裂裂缝导流能力的变化对排采的效果起重要作用流能力由始至终时刻都在变化合理的排采制度能维持煤层气在储层解吸运移和产出的通道畅通采降液速率等对裂缝导流能力的影响对确定合理排采制度有重要意义目前相关的实验研究主要集中在两个方面一是以导流仪为试验平台压裂支撑剂充填层短期导流能力评价推荐方法研究压裂裂缝的短期或长期导流能力及其影响因素有利于水力压裂中压裂液和支撑剂的优选和施工二是以岩芯渗透率测试仪为测试平台根据储层敏感性研究流体流动对岩芯渗透率的伤害然而过程中煤储层压裂裂缝导流能力动态变化规律及其控制因素的研究涉足者甚少笔者旨在通过实验室物理模拟实验对煤储层压裂裂缝导流能力的变化规律进行系统探讨以求对煤层气井排采有所指导实验材料及制样实验材料选用晋煤集团寺河矿号煤和该煤层的产出水首先将煤样加工成平板状圆角矩形试件尺寸为支撑剂选用产自甘肃省兰州皋兰地区的实验仪器实验仪器采用裂缝长期导流能力评主要由导流室平流泵补偿泵压力试验机预热器天平计量流量压力传感器温度传感器位移传感器和计算机等组成仪器可以模拟地层条件对不同类型支撑剂进行短或长期导流能力进行评价该仪器按照标准最高实验温度最大闭合压力实验过程实验准备先将制备的一块煤片放入导流接着将称好的支撑剂均匀平铺在煤样上然后放入另一块煤片装入煤片时必须保持支撑剂层位与导流室管线孔眼在同一水平否则实验结果会偏小实验装置煤片装好后将导流室安装到压力机试验台上手动调整压力机使闭合压力达到连接好管按实验方案在计算机中输入实验参数并由计算机控制实验进行导流能力测试先由真空泵抽真空半小时左右确保导流室中没有空气以保障流体压差准确稳试验过程中每一个闭合压力点处应稳定半小时以上再测其导流能力每分钟采集当连续个测量值的流量误差小于确定为该闭合压力和流量下的导流能力应力敏感性实验由于采用水作为实验流体控制实验中导流室出口流体压力达到平稳流动比较困难实验结果反而导流室进出口的压差不会超过相对于加载的闭合压力最小为可以忽略不计即闭合压力约等于排采过程中裂缝壁面及支撑剂的有效应力故在下文中统一用有效应力描述实验闭合压力实验采用两种铺砂浓度在流量分别为条件下模拟在个有效应力点处裂缝导流能力的大小变化实验结果如图所示可以看出在不同的铺砂浓度和流量条件裂缝导流能力总是随着有效应力的增大而减小有效应力从增大到导流能力下有效应力与导流能力的关系曲线实验结