CN114021353A - 一种提高煤层压裂改造体积的煤层顶板水平井射孔位置选择方法 - Google Patents

一种提高煤层压裂改造体积的煤层顶板水平井射孔位置选择方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种压裂射孔位置选择方法，属于一种煤层气水平井开发技术领域，具体是涉及一种煤层顶板水平井压裂射孔位置选择方法。本发明为煤层顶板水平井优选射孔位置提供新的方法和思路，可减少储层改造过程中出现泵压过高、加砂困难的问题，提高煤层的改造效率。

Description

一种提高煤层压裂改造体积的煤层顶板水平井射孔位置选择 方法
技术领域
本发明涉及一种压裂射孔位置选择方法，属于一种煤层气水平井开发技术领域，具体是涉及一种煤层顶板水平井压裂射孔位置选择方法。
背景技术
我国煤盆地经历了多期次构造作用，使煤层结构发生了强烈的改造，碎软煤层广泛发育，水平井钻井成孔率低、压裂改造效果差，严重影响煤层气开发效果。为了提高碎软煤层水平井的成孔率和煤体改造率，2012年中煤科工集团西安研究院有限公司针对芦岭井田8号煤层煤体松软破碎的特性，提出了煤层顶板水平井煤层气开发工艺，储层改造后，水平井组日最高产气量10358m3，产气取得良好效果。截至2021年，全国碎软低渗煤层顶板水平井共施工完成约10口，开发技术处于不断完善的阶段，如何提高顶板水平井的抽采效率，完善煤层气抽采技术，是亟需解决的理论技术难题。煤层气水平井压裂前，需利用射孔弹对生产套管和地层进行沟通，建立压裂液进入地层的通道，而水平井射孔位置的不同直接关系到后续水压裂缝的延伸方向和距离，以往煤层顶板水平井射孔位置通过水平段井眼轨迹与煤层的相对位置、水平段固井质量、均匀射孔的原则进行选取，实际生产过程中，由于射孔位置选取不当，受泥岩高弹性模量、低泊松比的力学特性和黏土矿物遇水膨胀的影响，会导致压裂施工出现泵压增高、加砂困难等现象，影响水平井的改造效果。基于此，笔者以煤层顶板水平井水平段与煤层的相对距离数据、水平段各点泥质含量数据、水平段固井质量资料、射孔位置距离生产套管接箍数据为基础，建立煤层顶板水平井压裂射孔位置综合评价指数曲线，解决煤层顶板水平井射孔位置选取理论依据不充分的问题。通过本发明，提高了煤层顶板水平井压裂改造的体积，提高了煤层气的采收率，为煤层顶板水平井射孔位置选取提供一种新的方法。
发明内容
为解决现有技术中存在煤层顶板水平井压裂射孔位置优选理论依据不完善的问题。本发明提供了一种煤层顶板水平井压裂改造前选择射孔位置的方法，该方法利用水平井水平段与煤层的相对距离数据、水平段泥质含量数据、固井质量数据、射孔位置距离套管接箍数据，建立一个煤层顶板水平井压裂射孔位置综合评价指数预测模型，根据射孔位置综合评价指数曲线，结合压裂段数，设计水平井压裂射孔位置。
为解决上述问题，本发明的方案是：
一种提高煤层压裂改造体积的煤层顶板水平井射孔位置选择方法，该方法包括：
步骤1，收集煤层顶板水平井水平段随钻测井数据和固井质量测井资料；
步骤2，收集煤层顶板水平井周围钻孔(距离水平井小于500m的井)的测井数据，以及煤层深度数据；
步骤3，利用煤层顶板水平井随钻自然伽马数据，与水平井附近煤层气井目标煤层及顶、底板自然伽马曲线进行对比，进一步结合目标煤层底板等值线图和钻井岩屑鉴定资料来确定顶板水平井井眼轨迹与目标煤层的相对距离，并进行归一化处理；
步骤4，利用煤层顶板水平井随钻自然伽马数据，计算水平段各点泥质含量大小，并进行归一化处理；
步骤5，根据煤层顶板水平井固井质量检测结果，对水平段固井质量解释结果进行赋值处理。
步骤6，查看煤层顶板水平井测井解释资料中的磁定位数据，依据煤层顶板水平井水平段生产套管接箍数据，对水平段各点压裂改造时，距离生产套管接箍的安全程度进行赋值。
步骤7，依据煤层顶板水平井压裂射孔综合评价指数预测模型，计算顶板水平井水平段各点射孔位置综合评价指数；
步骤8，通过计算的煤层顶板水平井水平段压裂射孔位置综合评价指数，绘制水平井井深与射孔位置综合评价指数的曲线；
步骤9，通过绘制的射孔位置综合评价指数曲线，结合水平井压裂段数，设计煤层顶板水平井各压裂段射孔位置。
其中，步骤4中，由于水平井钻井过程中，每根钻杆长度约10m左右，实际施工中，井身方位和井斜都是每根钻杆打完后进行调整，为了便于后续数据计算和应用，对于射孔位置综合评价指数曲线的数据预测点间距设置为10m；求取泥质含量的理想公式如下：
SH＝(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin) (1)
Vsh＝(2GCUR·SH-1)/(2GCUR-1)×100％ (2)
式中：GR为自然伽马曲线的响应值，API；GRmin为目标煤层附近纯砂岩处的自然伽马测井响应值，API；GRmax为目标煤层附近纯泥岩处的自然伽马测井响应值，API；SH为自然伽马曲线的相对值，无量纲；Vsh为地层泥质含量，％；GCUR为经验系数，无量纲。
步骤5中，C代表煤层顶板水平井射孔段附近固井质量的好、坏程度，水平井水平段射孔位置左、右两边20m范围内，固井质量存在不及格时，赋值0，固井质量全部及格时，赋值1。
步骤6中，D为煤层顶板水平井射孔位置距离套管接箍的安全程度，煤层顶板水平井射孔位置距离生产套管接箍小于1m时，赋值0，射孔位置距离生产套管接箍大于1m时，赋值1。
步骤7中，煤层顶板水平井压裂射孔位置综合评价指数预测模型综合考虑以下四个方面，(1)水平井射孔段泥质含量：泥岩高弹性模量、低泊松比的力学特性和黏土矿物遇水膨胀的影响，在泥岩段进行压裂改造，会导致泵压增高和加砂困难；(2)井眼轨迹距离煤层的距离：由于若射孔位置距离煤层较远，水压裂缝不易从顶板向下扩展至煤层；(3)固井质量的好、坏程度：射孔段附近固井质量差时，水压裂缝易于从套管与环空之间的通道进行延伸，增加压裂段与段之间的窜通风险，影响水平井改造效果；(4)射孔段距离生产套管接箍的距离：若射孔段距离生产套管接箍小于1m，压裂过程中，由于套管接箍附近力学强度较其他地方薄弱，易变形，发生破坏，影响井筒后续的稳定性；构建的水平井压裂射孔位置综合评价指数计算公式如下：
Y＝A+B+C+D (3)
其中，
Figure BDA0003342519120000041
式中：d为煤层顶板水平井水平段井眼轨迹距离煤层的距离，m；dmin为煤层顶板水平井水平段井眼轨迹距离煤层的最小距离，m；dmax为煤层顶板水平井水平段井眼轨迹距离煤层的最大距离，m。
Figure BDA0003342519120000051
式中：Vsh为地层泥质含量，％；Vshmin为煤层顶板水平井水平段井眼轨迹附近地层泥质含量最小值，％；Vshmax为煤层顶板水平井水平段井眼轨迹附近地层泥质含量最大值，％。
步骤9，根据煤层顶板水平井水平段均匀射孔压裂的原则，结合步骤8绘制的射孔位置综合评价指数曲线，选择水平井水平段射孔位置，射孔位置选取遵循
Figure BDA0003342519120000052
n为绘制煤层顶板水平井井深与射孔位置综合评价指数曲线的数据点数；Y为煤层顶板水平井压裂射孔位置综合评价指数，Yn表示数据点数为n时的煤层顶板水平井压裂射孔位置综合评价指数。
因此，相对于现有技术，本发明具备以下优点：本发明为煤层顶板水平井优选压裂射孔位置提供新的方法和思路，可减少储层改造过程中出现泵压过高、加砂困难的问题，提高煤层的改造效率。
附图说明
图1是本发明的工作流程图
图2是煤层顶板水平井井身结构示意图
图3是X-05H水平井附近(500m范围内)煤层气井测井解释剖面图
图4是X-05H水平井水平段压裂射孔位置综合评价指数曲线
图5是X-05H水平井第1段压裂施工曲线图
图6是X-05H水平井第2段压裂施工曲线图
图7是X-05H水平井第3段压裂施工曲线图
图8是X-05H水平井第4段压裂施工曲线图
图9是X-05H水平井第5段压裂施工曲线图
图10是X-05H水平井第6段压裂施工曲线图
图11是X-05H水平井第7段压裂施工曲线图
图12是X-05H水平井第8段压裂施工曲线图
图13是X-05水平井组产气量示意图
图14是Y-01水平井组产气量示意图
具体实施方式
下面结合实施例，进一步对本发明进行详细说明。
山西X井田3号煤层，通过煤层气水平井抽采，压裂改造过程中，运用常规的射孔选取的方法，经常出现加砂困难的现象，导致后期产气效果差，需要通过新的技术方法提高压裂改造的效率。具体过程如下：
步骤1，收集X-05H水平井水平段随钻测井数据和固井质量测井资料；
步骤2，收集煤层气水平井周围钻孔的测井数据(距离水平井小于500m的井)，以及煤层深度数据；
步骤3，利用X-05H水平井随钻自然伽马数据，与水平井附近煤层气井3号煤层及顶底板自然伽马曲线进行对比(图3)，进一步结合3号煤层底板等值线图和钻井岩屑鉴定资料来确定水平井井眼轨迹与3号煤层的相对距离(表1)，其中，X-05H水平井水平段井眼轨迹距离3号煤层的最小距离为0.01m，水平段井眼轨迹距离3号煤层的最大距离为1.53m，对X-05H水平井水平段井眼轨迹距离3号煤层的距离进行归一化处理，数据见表2。
表1 X-05H水平井水平段与煤层的相对距离预测表
Figure BDA0003342519120000061
Figure BDA0003342519120000071
表2 X-05H水平井水平段与煤层的相对距离归一化处理表
Figure BDA0003342519120000072
步骤4，依据X-05H水平井水平段自然伽马数据，确定GRmin为50API，GRmax为140API，水平井钻遇地层年代为中生界，GCUR赋值2，采用公式1和公式2对X-05H水平井水平段泥质含量进行求取(表3)，其中，X-05H水平井水平段井眼轨迹附近地层泥质含量最小值为1％，水平段井眼轨迹附近地层泥质含量最大值为88％，对X-05H水平井水平段各点的泥质含量进行归一化处理，数据见表4。
表3 X-05H水平井水平段各点泥质含量预测表
Figure BDA0003342519120000081
表4 X-05H水平井水平段各点泥质含量归一化处理表
Figure BDA0003342519120000082
步骤5，查看X-05H水平井固井质量检测报告，依据水平井水平段各预测点左、右20m范围内的固井质量解释结果，对预测点的固井质量进行赋值(表5)。
表5 X-05H水平井水平段各点固井质量赋值表
Figure BDA0003342519120000083
Figure BDA0003342519120000091
步骤6，查看X-05H测井解释报告中的磁定位数据，依据水平井水平段各预测点附近生产套管的接箍数据，对X-05H水平段各预测点距离生产套管接箍的安全程度进行赋值(表6)。
表6 X-05H水平井水平段各点距离生产套管的安全程度赋值表
Figure BDA0003342519120000092
步骤7，通过X-05H水平井水平段与煤层的相对距离归一化数据(表2)、水平段各点泥质含量归一化数据(表4)、水平段各点固井质量赋值数据(表5)、水平段各点距离套管接箍安全程度数据(表6)，依据公式3对X-05H水平井水平段各点压裂射孔位置综合评价指数进行预测(表7)。
表7 X-05H水平井水平段各点射孔位置选择综合评价指数预测表
Figure BDA0003342519120000101
步骤8，通过计算的X-05H水平井水平段各点压裂射孔位置综合评价指数，绘制X-05H水平井水平段井深对应的压裂射孔位置综合评价指数曲线(图4)；
步骤9，依据各预测点数据(表7)计算的射孔位置选择综合评价指数平均值为2.56，因此，X-05H水平井水平段优选压裂射孔位置时，对于综合评价指数的选取应遵循2＜Y＜2.56，参考绘制的X-05H水平井水平段压裂射孔位置综合评价指数曲线，结合X-05H水平井8个压裂段均匀射孔的原则，设计X-05H水平井各压裂段射孔位置(图4)。
有益效果：
2013年，山西X井田布署了1组水平井(X-01)，X-01水平井组稳产期3000-4000m3/d，2014年-2016井田重新布署了3组煤层气水平井X-02、X-03和X-04，日最高产气量1500-2000m3/d，产气量衰减快，产气半年后停产。2017年在井田北部布署了一组水平井(X-05)，X-05水平井组储层压裂改造时，利用本专利示范的煤层顶板水平井射孔位置选择方法，选取了8个压裂段的射孔位置(图4)，压裂施工加砂顺利(图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12)，施工压力维持在22-27MPa之间，平均砂比12％，加砂完成率达110％，水平井组日产气突破10000m3(图13)。并且此项技术在安徽Y井田Y-01水平井组也进行了应用，取得不错的产气效果(图14)。

Claims (6)

1.一种提高煤层压裂改造体积的煤层顶板水平井射孔位置选择方法，其特征在于，包括:
煤层距离确定步骤：基于水平井水平段随钻测井数据以及周围煤层气井测井数据，确定顶板水平井井眼轨迹与目标煤层的相对距离；
泥质含量计算步骤：利用煤层顶板水平井随钻自然伽马数据，计算水平井水平段各点泥质含量大小；
评价指数确定步骤：依据煤层顶板水平井射孔综合评价指数预测模型，计算顶板水平井水平段各点射孔位置综合评价指数；
评价曲线绘制步骤：基于所述水平井水平段各点射孔位置综合评价指数，绘制水平井井深与射孔位置综合评价指数曲线；
射孔位置确定步骤：基于所述水平井井深与射孔位置综合评价指数曲线和水平井压裂段数设计煤层顶板水平井各压裂段射孔位置。
2.根据权利要求1所述的一种提高煤层压裂改造体积的煤层顶板水平井射孔位置选择方法，其特征在于，
所述煤层距离确定步骤中，收集煤层顶板水平井水平段随钻测井数据和固井质量测井资料，以及收集煤层顶板水平井周围钻孔的测井数据，以及煤层深度数据；利用煤层顶板水平井随钻自然伽马数据，与水平井附近煤层气井目标煤层及顶、底板自然伽马曲线进行对比，进一步结合目标煤层底板等值线图和钻井岩屑鉴定资料来确定顶板水平井井眼轨迹与目标煤层的相对距离，并进行归一化处理。
3.根据权利要求1所述的一种提高煤层压裂改造体积的煤层顶板水平井射孔位置选择方法，其特征在于，
所述泥质含量计算步骤中，基于下式求取泥质含量，并进行归一化处理：
SH＝(GR-GRmin)/(GRmax-GRmin) (1)
Vsh＝(2GCUR·SH-1)/(2GCUR-1)×100％ (2)
式中：GR为自然伽马曲线的响应值，API；GRmin为目标煤层附近纯砂岩处的自然伽马测井响应值，API；GRmax为目标煤层附近纯泥岩处的自然伽马测井响应值，API；SH为自然伽马曲线的相对值，无量纲；Vsh为地层泥质含量，％；GCUR为经验系数，无量纲。
4.根据权利要求1所述的一种提高煤层压裂改造体积的煤层顶板水平井射孔位置选择方法，其特征在于，
所述评价指数确定步骤中，根据煤层顶板水平井固井质量检测结果，对水平段固井质量解释结果进行赋值处理；
查看煤层顶板水平井测井解释资料中的磁定位数据，依据煤层顶板水平井水平段生产套管接箍数据，对水平段各点压裂改造时，距离生产套管接箍的安全程度进行赋值。
5.根据权利要求1所述的一种提高煤层压裂改造体积的煤层顶板水平井射孔位置选择方法，其特征在于，
所述评价指数确定步骤中，基于下式构建煤层顶板水平井压裂射孔位置综合评价指数：
Y＝A+B+C+D (3)
其中：
Figure FDA0003342519110000021
Figure FDA0003342519110000031
式中，d为煤层顶板水平井水平段井眼轨迹距离煤层的距离，m；dmin为煤层顶板水平井水平段井眼轨迹距离煤层的最小距离，m；dmax为煤层顶板水平井水平段井眼轨迹距离煤层的最大距离，m；
Vsh为地层泥质含量，％；Vshmin为煤层顶板水平井水平段井眼轨迹附近地层泥质含量最小值，％；Vshmax为煤层顶板水平井水平段井眼轨迹附近地层泥质含量最大值，％；
C代表煤层顶板水平井射孔段附近固井质量的好、坏程度，水平井水平段射孔位置左、右两边20m范围内，固井质量存在不及格时，赋值0，固井质量全部及格时，赋值1；
D为煤层顶板水平井射孔位置距离套管接箍的安全程度，煤层顶板水平井射孔位置距离生产套管接箍小于1m时，赋值0，射孔位置距离生产套管接箍大于1m时，赋值1。
6.根据权利要求1所述的一种提高煤层压裂改造体积的煤层顶板水平井射孔位置选择方法，其特征在于，
所述射孔位置确定步骤中，射孔位置选取遵循
Figure FDA0003342519110000032
n为绘制煤层顶板水平井井深与射孔位置综合评价指数曲线的数据点数；Y为煤层顶板水平井压裂射孔位置综合评价指数，Yn表示数据点数为n时的煤层顶板水平井压裂射孔位置综合评价指数。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114970935A (zh) * 2022-03-01 2022-08-30 山西蓝焰煤层气工程研究有限责任公司 一种基于Resform的煤层气水平井压裂层段优选方法

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