神府区块SM1-6-2D井本1段深部煤层压裂完井参数优化

杨国通，张 超，金 鑫，黎石松

(中海油能源发展股份有限公司 山西分公司，山西 晋中 030600)

神府区块位于鄂尔多斯盆地，具有良好的勘探开发前景，本溪组的非常规煤层气更是近几年开发的热点。但由于深部煤层具有低孔低渗的特征，需要经过压裂提高储层的动用程度。杨兆中等[1]认为深部煤层气藏处于高温、高压、高地应力的地质环境中，这在一定程度上增大了压裂完井的难度；袁照永[2]等提出井深、井斜较大的井在压裂完井作业中管柱下入及压裂施工较为困难；杜黎航[3]等认为在压裂完井作业过程中，根据目的层的实际地质情况进行压裂完井参数的优化至关重要。针对以上实际情况，本文以神府区块SM1-6-2D井为例，以本1段深部煤层为压裂层段，在射孔设计及压裂管柱的设计、纳米清洁压裂液体系的优选、支撑剂的优选、裂缝参数的优化、压裂参数优化的基础上进行了压裂完井作业，这对类似神府区块深部煤层其他井的压裂完井作业的开展具有重要的指导意义。

1 区域地质概况

神府区块位于鄂尔多斯盆地东缘陕北斜坡及晋西挠褶带北段，属于黄土丘陵地区，地势东高西低，起伏变化强烈(见图1)[4]。区块上古生界地层自下而上发育石炭系本溪组、二叠系太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组，勘探结果显示,研究区具有良好的致密砂岩气、煤层气和页岩气资源前景[5]。研究区的SM1-6-2D井构造位置位于陕北斜坡，神木平缓背斜构造带翼部，为一口开发评价井。该井完钻井深为2 521 m，垂深为2 252.03 m，最大井斜为34.32°，完钻层位于马家沟组，且钻遇的煤层厚度大、裂缝发育、煤层气含量适中、顶底板封闭性好。在完井的过程中压裂射孔目的层为本1段煤层，地层压力为22.71 MPa，含气量平均7.2 m3/t，孔隙度平均6.4%，渗透率平均0.11 mD，属于低孔低渗储层。本1段8+9号煤层测井解释斜厚为15.9 m，因目的层为深部煤层，储层整体厚度较大，在压裂过程中缝高难以控制，压裂完井施工较为困难。

2 压裂完井设计与优化

2.1 射孔及压裂管柱设计

射孔压裂位置充分考虑致密砂岩砂体、物性、含气含水等特征，有效改造储层，达到产能、效益的最优化。射孔管柱采用正压射孔管柱，满足射孔求产后可直接生产要求。压裂目的层地层温度为57.6 ℃，根据本井的储层温度、套管组合及对储层保护和射孔方式的要求，本井射孔设计采用区块已成熟的射孔参数，具体见表1。射孔前通过自然伽玛和磁定位曲线，校正射孔深度，确保深度误差小于0.2 m。完井液配方为0.5%防水锁剂+1.5%KCl+0.1%黏土稳定剂。

表1 SM1-6-2D井射孔参数表

预计本1段地层压力系数为1.05，在此基础上附加0.07～0.15 g/cm3。现场应备足KCl压井材料，根据实际压井情况调整完井液密度。SM1-6-2D井本1段采用光套管压裂管柱，压裂施工井口限压43.00 MPa，计算套管抗内压强度安全系数为1.71。

2.2 纳米清洁压裂液体系优选

根据压裂层段地层温度、气层特性、黏土含量等参数，结合施工要求，使用纳米清洁压裂液体系，并参照行业标准对压裂液体系进行了优选实验。优选实验表明，1%(质量分数，下同)的纳米溶解液剂(合层扩喉剂)A、1.1%的纳米压裂液(纳米清洁压裂液)B、1%的纳米溶解剂(破胶剂)C及2%～5%的氯化钾溶液组成的纳米清洁压裂液体系悬砂能力强、抗剪切性能好、储层保护性能好，且防膨率达到91.5%。前置液使煤岩、砂岩、煤页岩合层压裂降压明显，通过溶解、络合、沉淀变为纳米粒级，再加液氮助排，压裂液更易高效返排。综合以上特性，选择纳米清洁压裂液配方如表2所示。其中0.5%的合层纳米溶解扩喉剂A有效作用距离为30%～100%，可以在煤层、砂层、煤页岩合层时同时进行压裂。在成本不变的情况下，前置液用量可以增加一倍，解吸体积也增加一倍。合层纳米溶解扩喉剂A可以使聚合物破胶，可以部分或完全解除钻完井或压裂中聚合物堵塞。

表2 压裂液配方表

2.3 裂缝参数及压裂施工参数优化

根据区块设计经验，同时结合产能模拟结果，本1段煤层裂缝半长120 m，导流能力150 mD·m，能达到该井的产能要求(见图2)。本1段压裂井段为2 419.5～2 435.4 m、射孔井段为2 421.5～2 424.5 m、2 428.0～2 431.0 m。分别模拟加砂量为40 m3、50 m3、60 m3，施工排量为4.0 m3/min、5.0 m3/min、6.0 m3/min对裂缝形态的影响(见表3)。根据模拟结果可知，在排量为4.0～6.0 m3/min 时均能达到较好的造缝效果，且在同一排量下，当加砂量为50 m3及60 m3时裂缝半缝长、缝高及铺砂浓度无明显变化，同时结合施工压力、施工风险及成本费用，最终选定施工排量为4.0～6.0 m3/min，加砂量为50 m3(见图3)。

表3 不同排量及加砂量下裂缝参数表

3 压裂完井施工

根据以上优选的压裂完井施工参数对神府区块SM1-6-2D井本1段深部煤层实施压裂完井作业。施工累计注入净液量630.1 m3，为减小储层伤害，加速返排，并伴随注有液氮14.6 m3。施工排量在4.0～6.0 m3/min，加砂量为50 m3(见图4)。

4 结论与建议

1)优选的纳米清洁压裂液配方为1%的纳米溶解液剂(合层扩喉剂)A、1.1%的纳米压裂液(纳米清洁压裂液)B、1%的纳米溶解剂(破胶剂)C及2%～5%的氯化钾溶液，悬砂能力强、抗剪切性能好、储层保护性能好，且防膨率达到91.5%。2)本1段煤层裂缝半长120 m，导流能力150 mD·m，能达到该井的产能要求，最终选定施工排量为4.0～6.0 m3/min，加砂量为50 m3，取得了较好的压裂完井效果。3)SM1-6-2D井目的层为煤层，煤体结构差，发育5层夹矸，天然裂缝发育，储层整体厚度较大，缝高难以控制，裂缝延伸存在困难，施工过程中应控制加砂规模，为降低滤失影响，减少施工风险，同时适当提高施工排量。在加砂困难时，可多打隔离液，提排量、降砂比施工。