延川南煤层气复杂缝网整体压裂技术研究与应用

油气藏评价与开发第8卷第3期2018年6月RESERVOIR EVALUATION AND DEVELOPMENT收稿日期：2017-11-23。

第一作者简介：赖建林（1986—），男，工程师，非常规及低渗透储层改造研究。

延川南煤层气复杂缝网整体压裂技术研究与应用赖建林，房启龙，高应运，魏伟（中国石化华东油气分公司石油工程技术研究院，江苏南京210031）摘要：由于煤储层端割理和面割理发育的特点，压裂容易形成复杂的裂缝形态，常规双翼裂缝模型并不适用于煤层气压裂设计优化。

为了提高煤层气整体压裂开发效果，提出了煤层复杂裂缝等效渗流表征方法，将复杂的网络裂缝等效为高渗透带，通过优化高渗透带的大小和渗透率，获得最佳的整体压裂裂缝长度和导流能力。

同时采用三维裂缝模拟软件进行体积压裂施工参数优化，并开展3口井压裂施工和井下微地震裂缝监测试验。

结果表明，压裂裂缝波及范围较广，复杂程度较高，压后平均日产气量1376.7m 3，为实现煤层气田整体压裂开发提供了技术支撑。

关键词：煤层气；整体压裂；缝网压裂；体积压裂；参数优化中图分类号：TE357文献标识码：AResearch and application of integral network-fracturing of coal-bed methane of southern YanchuanLai Jianlin,Fang Qilong,Gao Yingyun and Wei Wei（Petroleum Engineering Technology Research Institute,East China Company,SINOPEC,Nanjing,Jiangsu 210031,China ）Abstract:Due to the well-developed end cleat and surface cleat,the complicated fracture morphology forms easily in the coal-bed fracturing,and the conventional double-wing fracture model is not suitable for the optimization of the coal-bed methane fracturing design.In order to improve the production of the coal-bed methane,we proposed a characterization method for the equivalent seep⁃age of the complex fracture,in which the complex network fracture was equivalent to the high permeability zone.By optimizing the size and permeability of the high permeability zone,we got the best overall fracturing fracture length and fracture conductivity.Meanwhile,we also optimized the pumping parameters by using 3D fracturing simulation software,and carried out the fracturing op⁃eration and down-hole micro-seismic monitor tests of 3wells.The results showed that the fracture length covers a wide field and the complexity after fracturing is high,and the average post-fracturing daily production is 1376.7m 3/d.It provides a technical sup⁃port to the integral fracturing development of coal-bed methane.Key words:coal-bed methane,integral fracturing,network fracturing,SRV fracturing,parameter optimization由于我国煤层低饱和、低渗透、低压的特点，煤层气井产量普遍较低，故需要进行一定的增产改造，最常用的就是水力压裂技术[1]。

国内外煤层气开发井压裂施工普遍采用活性水压裂液造缝携砂，但压裂后的裂缝展布规律无法直接观测，分析与模拟的关键问题之一就是确定裂缝的几何形状及其动态延伸规律，常用的二维模型包括PKN 模型、KGD 模型[2]。

由于煤储层割理裂隙发育，压裂缝通常是复杂的网缝结构，采用均质二维模型进行压裂设计模拟优化存在不足。

因此，本文采用高渗透带等效煤层复杂裂缝，通过优化高渗透带大小和渗透率来确定煤层气压裂施工参数，形成了复杂缝网整体压裂设计优化方法，并在延川南煤层气田产能建设中进行了推广应用，为进一步提高煤层气田开发效果奠定基础。

油气藏评价与开发第8卷1煤储层特征延川南区块主力煤层为山西组2号煤层，埋深600~1500m ，厚度2.3~6.7m ，孔隙度3.0%~6.7%，渗透率（0.0123~0.1735）×10-3μm 2，属于低孔—低渗储层。

区块主要发育原生结构和碎裂煤，有利于煤层气的吸附，含气量5.5~20.5m 3/t ，含气性较好。

煤层气成分主要为甲烷，含量为95.71%~99.94%，重烃含量低，属于优质煤层气[3]。

2煤层整体压裂裂缝参数优化2.1等效高渗透带模型高渗透带系统的渗流能力无限大于储层基质的渗流能力，忽略储层基质向井筒中的渗流，取一高渗透带单元作如下假设：①缝网空间完全由支撑剂充填；②高渗透带向井筒中的渗流等效为高渗带的基质渗流和裂缝渗流；③高渗透带的渗流符合达西定律，近似为线性渗流。

延川南煤层气田2号煤层开发井网为350m×300m 矩形井网，4个裂缝网络系统等效为4个高渗透带，根据探井微地震裂缝监测结果，网络缝缝长是缝宽的4倍，高渗透带的大小和渗透率代表裂缝网络系统的大小和内部平均渗透率（图1）。

其中，高渗透带基质流向井筒中的流量，由达西定律：q m =K m A m (p e -p w )μL m =K m V m (p e -p w)μL m2（1）同理，高渗透带裂缝流向井筒中的流量：q f =K f A f (p e -p w )μL f =K f V f (p e -p w )μL f 2（2）高渗透带系统的流量为：q =K ˉA (p e -p w )μL =K ˉV (p e -p w )μL 2（3）由等效渗流原理知：q =q m +q f（4）由（1）—（4）式，假设L =L m =L f ，可得：Kˉ=K m V m V m +V f +K f V f V m +V f =K m V -V f V +K f V f V （5）由此可得支撑剂用量：V f =(K ˉ-K m )V K f -K m（6）式中：q m ，q f ，q 分别为高渗透带基质的流量、裂缝的流量、高渗透带系统的流量，m 3/d ；K m 、K f 、K ˉ分别为基质渗透率、支撑裂缝渗透率、高渗透带平均渗透率、10-3μm 2；A m 、A f 、A 分别为基质渗流截面积、支撑裂缝渗流截面积、高渗透带渗流截面积，m 2；L m 、L f 、L 分别为基质体长度、支撑裂缝长度、高渗透带长度，m ；V m 、V f 、V 分别为基质体积、支撑裂缝体积（砂量）、高渗透带体积，m 3；μ为气体黏度，mPa·s ；p e 、p w 分别为泄油边界压力、井底流动压力，MPa 。

（6）式即建立了单个高渗带系统渗透率、基质渗透率、支撑裂缝渗透率与高渗透带体积、支撑裂缝体积（砂量）之间的关系，通过式（6）即可确定支撑剂用量。

2.2煤层气压裂产能数值模拟油藏数模软件eclipse 中的CBM 选项是专门用于模拟煤层气双重介质的模块，建立煤层整体压裂优化地质模型（图2）。

经过研究，煤对甲烷的吸附服从Langmuir 方程[4]。

由于吸附是解吸的逆过程，等温吸附曲线可以表征煤层气的解吸特征。

Langmuir 方程：V E =V Lm P P +P L （7）式中：V Lm 为Langmuir 体积（吸附气的最大体积），m 3/t ；V E 为吸附量，m 3/t ；P L 为Langmuir 压力（吸附量达到最图1复杂裂缝网络等效为高渗透带示意图Fig.1Sketch map showing complex fracture networks equalto high permeability zone 图2Eclipse 煤层整体压裂优化地质模型Fig.2Optimization geologic model of coal seam overallfracturing,by Eclipse80第3期赖建林，等.延川南煤层气复杂缝网整体压裂技术研究与应用大吸附量的50%的压力），MPa 。

2.3模拟结果与分析从模拟结果来看，10年累计产量随高渗带大小增加而增加，但增幅逐渐变小。

高渗带面积增加到14400m 2（裂缝半长120m ）后，增幅变小，最优高渗带大小为14400~16900m 2（裂缝半长120~130m ）（图3）。

另外，从压后10年累计产气量与高渗透带渗透率关系来看，渗透率增加到15×10-3μm 2后，累计产气量增幅变缓，综合来看最优高渗带渗透率为（15~20）×10-3μm 2（图4）。

3煤层体积压裂工艺参数优化开展施工排量、液量、砂比等参数优化：以缝网半长120~130m （对应宽度30~32.5m ）为目标，采用三维缝网扩展软件Meyer 模拟该裂缝形态下对应的压裂施工参数。

3.1缝长与液量、排量关系模拟排量5~10m 3/min ，液量600~1000m 3条件下，随着排量的提高，缝长有所增加，但增长的幅度并不明显，而液量对缝长增加的贡献较大。

在120~130m 缝长范围内，排量主要在8~9m 3/min ，最低液量在800m 3。

3.2缝高与液量、排量关系随排量增加，缝高增长明显，但受顶底板均为泥岩的影响，缝高未出现失控的趋势。