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焦坪矿区煤层气井压裂裂缝扩展规律研究_图文

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矿区 煤层 气井 裂缝 扩展 规律 研究 图文
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第46卷第7期 2014年第7期 煤炭工程 6, ,2014 0.11799/坪矿区煤层气井压裂裂缝扩展规律研究 祁满意 (中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710054) 摘要:介绍了井温测试、地面微地震法和动态导体充电法监测煤层水力压裂裂缝的基本原 理,并通过采用上述3种方法对焦坪矿区煤层气井压裂裂缝进行监测,初步获取了煤层压裂裂缝的 形态参数,通过分析发现:焦坪矿区煤层压裂空间展布显现出不等长垂直缝,压裂裂缝上下扩展明 显,均穿越了煤层的顶底板,主裂缝延伸方位为北东向,建议生产井在长度方向上延主裂缝方向进 行布置,井间距在400宽度方向上在140关键词:焦坪矿区;裂缝扩展;井温测试;地面微地震法;动态导体充电法 中图分类号:1 文献标识码:A 文章编号:1671—0959(2014)0743091aw I Xi i 10054,he a of to of to of of in he in of he of he be in be 00m of be 40 of 储层与常规天然气储层相比,煤储层具有双重孔隙介 质、渗透率较低、孔隙比表面积较大、吸附能力极强、储气 能力大等特点…。水力压裂是煤层气增产的重要手段和必要 手段,目前大部分煤层气井都需要经过水力压裂改造后才能 获得理想的产气效果,压裂后形成的裂缝长度、宽度和高 度、渗透率和导流能力是影响压后产气效果最直接和最重要 的因素 J。因此,通过实测方法获得正确的煤层压裂方位和 几何尺寸,了解裂缝扩展的规律,将有助于确定合理的井 距,指导煤层气井压裂设计和开发方案的制定 。 1矿区概况 焦坪矿区属于黄陇侏罗纪煤田,位于鄂尔多斯地台向 斜南部的渭北隆起单斜背景 上发育了一系列的褶皱构造,无大的断裂构造显示。构造 线的方向主要有者互相交织,对煤层 的沉积起着严格的控制作用。总体而言该区构造简单,断 收稿日期:2013—08—02 基金项目:国家自然科学基金项目(41030422);国家油气重大专项资助项目(201103);中煤科工集团西安研 究院青年创新基金(2012作者简介:祁满意(1979一),男,陕西富平人,工程师,主要从事煤矿区地面瓦斯抽采方面的科研和工程技术工作, E—引用格式:祁满意.焦坪矿区煤层气井压裂裂缝扩展规律研究[J].煤炭工程,2014,46(7):919】 煤炭工程 2014年第7期 层较少,地层平缓,构造线以为 焦坪矿区主采煤层为局部可采3号煤和全区4—2号 煤,两层煤均属于低变质长焰煤,煤层厚度大,总厚度在 10—20体结构以原生结构为主,主裂隙不发育 到极发育,裂隙被碳酸盐矿物或土黄色砂质物质充填,连 通性差一中等。 2煤层裂缝监测原理 裂缝监测包括裂缝高度的监测和裂缝方位及长度的监 测。针对煤储层的特点,考虑国内的实际情况及技术的可 行性,利用井温测试、地面微地震法或动态导体充电法测 定裂缝的高度,利用地面微地震法或动态导体充电法监测 裂缝方位和长度,从而确定裂缝的基本几何形态 J。 2.1 井温测井监测原理 井温测井的监测原理是通过在压裂前测一次井温基线, 压裂以后进行一次或多次测井,根据压裂所注入的液体或 压后人为注入的液体所造成的低温异常确定井筒附近裂缝 的高度。 压裂前井内液体与地层有着充分的热交换,因此压裂 前所测得的井温曲线一般与当地的地温梯度和地层的岩石 热性质有关。而压裂后,由于注入的液体温度往往会低于 地层温度,因此注入后的井温曲线在吸液井段将出现低温 异常。通过异常井段反映了压裂裂缝的存在和高度情况 J。 2.2微地震监测原理 根据最小周向应力理论、摩尔一库仑理论、断裂力学 准则等,分析岩层破裂形成机理,无论压裂还是注水都会 诱发微地震。水力压裂时,在射孔位置,当迅速升高的井 筒压力超过岩石强度,岩石遭到破坏,形成裂缝,裂缝扩 展时,必将产生一系列向四周传播的微震波,微震波被布 置在被监测井周围的A、B、C、D……等监测分站接收到, 根据各分站微震波的到时差,会形成一系列的方程组,反 解这一系列方程组,就可确定微震震源位置,由微震震源 的空问分布可以描述裂缝实时轮廓,进而给出裂缝的方位、 长度、高度、产状及地应力方向等地层参数 。与传统技 术相比,微地震定位技术具有远距离、动态、三维、实时 监测的特点…。 2.3动态导体充电法监测原理 动态导体充电法是针对上述油田开发或煤层气开发过 程中存在的问题而开发的一种新型的注水井注水推进方位 监测技术。该技术是以传导类电法勘探的基本理论为依据, 通过测量注入到压裂层位(或注水层位)内的高电离能量的 工作液所引起的地面电位梯度的变化来达到解释推断目的 层段有关参数的目的。 在压裂施工中,如果所用的压裂液相对于地层为一个 良导体,即液体电阻率与地层介质的电阻率相比差异较大, 利用被测井套管向地层供以高稳定度的电流时,这部分压 裂液在地层中即可看作为一个场源,由于它的存在将使原 电场(未进行压裂施工前的地面电场)的分布形态发生变化, 即大部分电流集中到低阻体带,这样势必造成地面的电流 密度减小,地面电流密度减小相应的地面电位也会发生较 大的变化。鉴于此,若在被测压裂井周围环形布置多组测 点,采用高精度的电位梯度观测系统,实时监测压裂施工 过程中地面电位的变化,并通过一定的数据处理,就可以 达到了解煤层压裂裂缝方位等有关参数的目的 J。 3裂缝扩展监测结果分析 3.1 裂缝高度 本次对井和,对煤同时进行了地面微地震法和动态导体充 电法监测,监测结果见表1。 表1压裂裂缝高度监测结果表 通过井温测井监测,分析井温曲线可以发现,压后2h 和4井温异 常段基本相同,除了部分煤层因压裂后煤层被砂埋无法判 断裂缝高度外,其它煤层均表现出因压裂液侵入所造成的 低温异常段,压裂裂缝上下扩展明显,均穿越了煤层的顶 底板,解释的压裂裂缝高度与射孔厚度之比3煤层在1.36 92 左右,4—2煤层在1.49—1.59之间,3煤层压裂裂缝高度 大致为7.40—2煤层压裂裂缝高度大致为0 ~16.50对比三种裂缝高度监测方法可以看出:井温测井监测、 地面微地震法所测结果比较接近,裂缝高度都在15而动态导体充电法所测裂缝高度偏高,达到37.00m。 2014年第7期 煤炭工程 3.2裂缝方位及长度 号煤层共压裂2次,第一次压裂时出现高压 砂堵现象后停止压裂,洗井后进行第二次压裂。位、长度如图1所示,从图1两次压裂监测的原始微震 点可以看出,两次主裂缝方向变化极小,说明压裂产生了 一条北东向主裂缝。同时可以看出,在北西方向也可能产 生了次裂缝。 0。北 l l l l l I I I 、 I j l l f 『 ● j l ● 1 1 ● 。· 『 f ●·-. l l i l I ● f ● j l l l l I 0。北 · _4 200 400 00 0 200 400 (a)第一次压裂 (b)第二次压裂 图1 度示意图(m) 煤层裂缝实时监测解释结果见表2,由表2 可知,第一次压裂时裂缝总长度为202.缝向西翼 延伸稍多,裂缝影响宽度范围为70.二次压裂时裂 缝总长度为221.缝向西翼延伸较多,裂缝影响宽 度范围为71.以看出,第二次压裂时裂缝东翼长度 变化不大,裂缝主要向西翼延伸,裂缝影响宽度变化不大。 同时,对测结果 见表2,推测4—2煤层压裂裂缝的主要分布方向为37.5。和 195。,认为在压裂施工中形成了一组两翼方向略有夹角的 不等长垂直裂缝。经数值模拟计算:37.5。方向裂缝长度为 148m、195。方向裂缝长度为89m,裂缝高度为37m,裂缝 影响宽度范围为72m,煤层压裂裂缝监测成果如 图2所示。 表2 煤层裂缝实时监测解释结果表 监测项目 根据裂缝监测的结果,主裂缝长度在200议 生产井在长度方向上延主裂缝方向进行布置,井间距在 400缝影响宽度范围为70议生产 井在宽度方向上间距在140综上所述,对比不同监测方法的解释结果可以看出: 对于压裂裂缝高度,采用动态导体充电法解释结果明显偏 大,而井温测井监测和地面微地震法所测结果比较接近, 33 / 图2 m) 可信度更高;对于裂缝缝长和方位监测,地面微地震法和 动态导体充电法两种方法解释的结果较接近,但也存在一 定差异。 4结论与建议 1)井温测井监测、地面微地震法和动态导体充电法均 可以确定裂缝高度,其中井温测井监测、地面微地震法所 测结果比较接近,4—2煤层裂缝高度都在15动 态导体充电法所测4—2煤层裂缝高度偏高,达到37m,因 此动态导体充电法确定裂缝高度的准确性有待商榷。 2)根据裂缝监测的结果,主裂缝长度在200建议生产井在长度方向上延主裂缝方向进行布置,井间距 在400缝影响宽度范围为70议 生产井在宽度方向上间距在1403)地面微地震法易受地面各种干扰的影响,为提高解 释的准确性,建议下一步尝试采用井下微地震法进行监测。 参考文献: [1] 贺天才,秦勇.煤层气勘探与开发利用技术[M].徐 州:中国矿业大学出版社,2007. [2] 李雪,赵志红,荣军委.水力压裂裂缝微地震监测测试 技术与应用[J].油气井测试,2012,21(3):43—45. [3] 单学军,张士诚,张遂安,等.华北地区煤层气井压裂裂 缝监测及其扩展规律【J].煤田地质与勘探,2005,33 (5):25—28. [4] 王香增.井一地电位法在煤层气井压裂裂缝监测中的应用 [J].煤炭工程,2006(5):36—37. [5] 李玉魁,张遂安.井温测井监测技术在煤层压裂裂缝监测 中的应用[J].中国煤层气,2005,2(2):6. [6] 汪华君,姜福兴,成云海,等.覆岩导水裂隙带高度的微 地震(测研究[J].煤炭工程,2006(3):74—76. [7] 李景山,刘玉洲,左秋玲.超厚煤层放顶煤开采的岩体破 裂监测技术[J].煤炭工程,2007(10):127—129. [8] 张金成,王爱国,王小剑,等.动态法测定煤层气井压裂 裂缝方位技术[C]//叶建平,傅小康.2011年煤层气学 术研讨会论文集.北京:地质出版社,2011. (责任编辑张宝优) 93
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