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u型煤层气u型水平井水力喷射分段压裂工艺研究 煤层是一种非常有效的清洁高效天然气。它以甲烷为主要成分，在煤层中储存。中国拥有丰富的煤层气资源,但煤储层具有低渗、低压和低饱和度的“三低”特点,给煤层气开发带来很大困难。近年来为增加煤层的采气面积提高煤层气井采收率,U型井在煤层气开采中得到应用,该复杂结构井由一口水平井和直井组成。通常对水平井实施压裂改造,直井进行排水采气,提高煤层气体的解吸、扩散和运移速度,这种新型煤层气开采模式可为我国煤层气开发生产提供参考和借鉴。笔者对一口U型煤层气井优化压裂工艺,采用水力喷射分段压裂工艺成功实施多段压裂改造,并成功进行了现场试验。 一、 mm套管+1333mm筛管完井 YP1井组是鄂尔多斯盆地东缘延川南区块东部的一口U型井,该井组由一口水平井YP1和一口直井YP1V组成。YP1井深1 732 m,水平段长588 m,采用?114.3 mm套管+?114.3 mm筛管完井,该井水平段穿越煤层气区块的2号煤层。直井YP1V在2号煤层采用洞穴完井以实现YP1井在该处对接,如图1所示。 水平井YP1穿越的2号煤层孔隙度平均值为3.3%,临井注入/压降测试获取渗透率在(0.032～0.173 5)×10-3μm2之间,煤层压力系数0.4～0.45,该井具有低孔、低渗和低压力的特点,为此YP1井储层段采用筛管完井用于提高煤层采气面积,并对水平段实施4段压裂改造,压裂后期依靠直井排水降压,实现U型井组开采煤层气目的。 二、 在水井喷药段，压力损失孔的参数和工艺优化 1. 管道与套管空间尺寸 该U型井完井井筒尺寸为?114.3 mm,井筒内径?101.6 mm,针对该井筒尺寸,尽量增加油管与套管环形空间尺寸,同时考虑油管空间对摩阻的响应,施工管柱采用?73.0 mm油管+?60.3 mm油管。综合考虑井筒尺寸、喷射距离及磨损程度,采用外径为?88 mm的水力喷射压裂工具,如图2所示。 2. 喷嘴压降与喷射速度关系 图3为?6 mm喷嘴(?6 mm×4、?6 mm×6和?6 mm×8三种喷嘴组合方式)在不同排量下喷嘴压降及喷射速度关系曲线。结果表明,相同排量下,随着喷嘴数量增加,施工压力及喷射速度响应减小;喷嘴数量不变,施工压力及速度与施工排量成正比关系。压裂油管施工排量2 m3/min,此时?6 mm×6喷嘴压降为25 MPa,喷射速度240 m/s,该喷射速度能够将套管射穿,同时井口施工压力不会超压。 3. 水力喷射射孔管柱和地面井段 YP1井水平井段长,且完井管柱组合为:?114.3 mm套管+?114.3 mm筛管,压裂目的层段为小直径筛管完井,对水力喷射分段压裂施工而言,此完井方式具有较高的砂卡风险。为降低该风险并减少施工周期,采用以下措施: (1)在水力喷砂射孔工艺过程中,喷砂射孔完的混砂液体不通过YP1井的环空上返至地面,而经YP1V井井筒排出地面,从而防止了射孔石英砂与施工管柱环空的接触。 (2)水力喷射射孔工艺结束,油管与套管同时注入液体,进一步冲洗水平井段沉砂,冲洗后液体通过YP1V井井筒排除地面。 (3)采用水力喷射分段压裂工艺为:拖动管柱+投球打滑套工艺。将第一级不带滑套喷枪与3个带滑套喷枪依次安装在相邻位置,第一段压裂完成后上提管柱,使第二级喷枪对准第二段压裂位置,投球打滑套,喷射压裂施工,依次上提管柱压裂后续层段。 三、 在施瓦姆施瓦姆分段进行压力损失试验的情况下 1. 水力喷射压裂阶段 依据录井显示和测井解释结果,同时综合考虑裂缝间的干扰和避开筛管接箍位置,对YP1井实施4段压裂,喷射点位置为:1 680.0 m、1 480.0 m、1 285.0 m和1 175.0 m,施工曲线如图4所示。 水力喷砂射孔过程中,油管排量1.8 ～2.0 m3/min,油管压力55～63 MPa,采用20/40目石英砂作为磨料,砂浓度保持在100 kg/m3,每段用量2 m3。射孔结束后,油管排量降低至1.0 m3/min,套管排量提高至0.8 m3/min,共同进行冲砂洗井18～25 min防止井筒沉砂造成砂卡管柱。 水力喷射压裂阶段,油管排量1.8～2.0 m3/min,油管压力60～65 MPa,套管排量0～1.0 m3/min,套管压力在27～33 MPa之间。压裂初期采用40/70目粉陶降低储层滤失,砂浓度100 kg/m3,用量1 m3。支撑剂采用20/40目石英砂,施工砂浓度依次为133～150～167～200～233～250 kg/m3。采用拖动式水力喷射分段压裂工艺,压完一层,顺利上提管柱,投球打开第二级喷枪滑套,依次压裂并上提管柱,顺利实施四个层段压裂改造,共计加入支撑剂83 m3,完成U井的压裂施工。 2. 层段压裂改造 YP1井组对接后采用直井排采,井组动液面逐渐降至6