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煤层气井水力压裂设计

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煤层 气井 水力 设计
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© 1994 , 张   军   (江 汉 石 油 学 院 石 油 工 程 系 , 湖 北 荆 州 434102)许 弟 龙 , 胡   东   (胜 利 油 田 分 公 司 孤 岛 采 油 厂 , 山 东 东 营 257000)张 保 国 , 唐   艳   (中 原 油 田 分 公 司 , 河 南 濮 阳 457001)[摘 要 ] 针 对 煤 层 气 井 储 层 特 性 和 压 裂 的 特 殊 性 , 选 择 了 拟 三 维 模 型 进 行 水 力 压 裂 设 计 。 针 对 一 口 具 体 井 的资 料 进 行 了 模 拟 计 算 , 计 算 结 果 合 理 。 同 时 就 地 面 注 液 排 量 、 压 裂 液 稠 度 系 数 和 地 应 力 差 值 对 裂 缝 几 何 形态 的 影 响 进 行 了 计 算 和 分 析 , 并 提 出 了 相 应 的 建 议 。[关 键 词 ] 煤 层 气 井 ; 水 力 压 裂 ; 设 计 ; 模 型 ; 效 果[中 图 分 类 号 ] T T 文 献 标 识 码 ] A     [文 章 编 号 ] 1000 9752 (2001) 02 0032 02a 气 是 一 种 非 常 规 天 然 气 资 源 。 煤 层 气 储 层 与 常 规 天 然 气 储 层 相 比 具 有 很 大 的 差 异 [1 ]。 煤 层 通 常 以多 个 煤 层 组 形 式 存 在 , 各 组 之 间 相 距 的 距 离 不 等 , 这 一 特 征 加 上 煤 岩 本 身 的 一 些 特 性 , 使 得 煤 层 压 裂 与常 规 储 层 压 裂 之 间 存 在 一 些 差 异 [1 ]。 一 般 情 况 下 , 对 煤 层 进 行 压 裂 时 , 压 裂 液 的 滤 失 现 象 相 当 严 重 。 其 副作 用 主 要 表 现 在 : 限 制 裂 缝 延 伸 ; 降 低 压 裂 效 率 ; 极 易 伤 害 产 层 ; 增 大 脱 砂 的 可 能 性 。煤 层 中 压 裂 裂 缝 的 生 成 与 扩 张 , 主 要 受 煤 岩 的 岩 石 特 性 和 地 层 应 力 场 分 布 等 因 素 的 影 响 , 它 们 同 时也 是 煤 层 压 裂 设 计 中 无 法 控 制 的 因 素 。 根 据 实 际 应 用 经 验 , 地 层 应 力 是 控 制 裂 缝 扩 张 的 主 要 因 素 , 通 常以 此 为 依 据 选 用 裂 缝 模 型 。 笔 者 选 择 拟 三 维 水 力 压 裂 模 型 (非 煤 层 气 ) [2~ 5 ]进 行 煤 层 气 井 水 力 压 裂 设 计 。1  拟 三 维 水 力 压 裂 模 型1) 基 本 假 设   ① 裂 缝 为 垂 直 裂 缝 , 以 井 筒 为 轴 心 对 称 分 布 , 裂 缝 剖 面 近 似 为 椭 圆 ; ② 生 产 层 与 遮 挡层 的 地 应 力 均 匀 分 布 , 且 上 下 遮 挡 层 的 地 应 力 相 等 ; ③ 流 体 沿 缝 长 方 向 一 维 流 动 ; ④ 油 层 岩 石 为 理 想 的线 弹 性 断 裂 体 , 裂 缝 在 垂 直 平 面 内 符 合 平 面 应 变 条 件 。2) 模 型 的 建 立  连 续 性 方 程Q t = V f (t) + V l (t)。式 中 ,Q 为 地 面 泵 注 排 量 ,m 3 m t 为 注 液 时 间 ,m V f (t) 为 注 液 t 时 的 裂 缝 体 积 ,m 3; V l (t) 为 注 液 t 时 压裂 液 滤 失 体 积 ,m 3。缝 中 流 体 流 动 压 降 方 程 - 32n + 1nn x )x )W 2n+ 10 (x )。式 中 ,W 0 (x ) 为 缝 中 x 处 的 最 大 缝 宽 ,m ; h (x ) 为 缝 中 x 处 的 高 度 ,m ; K 为 压 裂 液 的 稠 度 系 数 , n 为压 裂 液 的 流 态 指 数 , 无 因 次 ; q (x ) 为 缝 中 x 处 的 液 体 流 量 ,m 3 m P 为 压 裂 液 流 动 所 具 有 的 压 力 , 缝 宽 度 方 程W (x , G) = 4 (1 - T)G P (x ) l (x ) 1 - 2P $x ) 1 - s f 1 -   f 1 - 1 - f 21ßf 21 - G ln f 1 1 - G 1 - f 21ßf 21 - 23·江 汉 石 油 学 院 学 报   2001 年 6 月   第 23 卷   第 2 期 n V o N 作 者 简 介 ] 张 志 全 (1965 ) , 男 , 1987 年 大 学 毕 业 , 硕 士 , 讲 师 , 现 主 要 从 事 采 油 工 程 的 教 学 与 研 究 。[收 稿 日 期 ] 2000 02 26© 1994 , 中 x 处 的 无 因 次 高 度 ; l (x ) 为 缝 内 x 处 的 半 缝 高 ,m ; G 为 岩 石 的 剪 切 弹 性 模 量 , 石的 泊 松 比 , 无 因 次 ; $S 为 生 产 层 与 遮 挡 层 的 地 应 力 差 , P (x ) 为 缝 中 x 处 的 净 压 力 , f 1 为 缝 中 x 处的 无 因 次 厚 度 。裂 缝 高 度 方 程- 32n + 1x ) (x )W 2n+ 10 (x )K x )- 2$S f 1P 1 - f 21。式 中 , K 断 裂 韧 性 的 极 限 值 , 15。2  计 算 实 例 及 分 析表 1  地 面 注 液 排 量 对 裂 缝 几 何 形 态 的 影 响注 液 排 量m 3· m 裂 缝 长 度 宽 度 半 高 度251390  6 01011  8 51525  1415 2421187  5 01011  9 51861  6510 2571812  5 01012  0 61219  0515 2721460  9 01012  0 61558  1610 2861289  1 01012  0 61881  0615 2991394  5 01012  1 71189  5710 3111914  1 01012  1 71485  7715 3231867  2 01012  1 71770  5810 3351332  0 01012  2 81045  4815 3461367  2 01012  2 81311  2利 用 编 制 的 程 序 对 一 口 煤 层 气 井 在 压 裂 过 程 中 裂 缝 延 伸的 动 态 几 何 尺 寸 进 行 了 模 拟 计 算 。 其 结 果 为 : 井 筒 最 大 缝 宽01045  9 m ; 裂 缝 一 翼 缝 长 155195 m ; 井 筒 最 大 缝 高14197 m。 同 时 , 研 究 了 裂 缝 几 何 形 态 的 影 响 因 素 。1)地 面 注 液 排 量 对 裂 缝 几 何 形 态 的 影 响   随 注 液 排 量 的增 加 , 裂 缝 的 长 度 、 宽 度 和 高 度 均 随 之 增 加 , 但 裂 缝 的 长 度和 高 度 增 加 较 快 (表 1)。2)稠 度 系 数 对 裂 缝 几 何 形 态 的 影 响   在 其 他 条 件 不 变 的情 况 下 , 随 稠 度 系 数 的 增 加 , 裂 缝 的 高 度 逐 渐 增 加 (表 2)。3)地 应 力 差 值 对 裂 缝 几 何 形 态 的 影 响   随 着 地 应 力 差 的增 加 , 裂 缝 的 长 度 和 高 度 随 之 减 少 , 而 裂 缝 的 宽 度 却 随 之 增加 (表 3)。表 2  稠 度 系 数 对 裂 缝 几 何 形 态 的 影 响稠 度 系 数× 10- 7 长 度 宽 度 半 高 度111914  1 01012  1 71438  17125 3111914  1 01012  1 71444  07150 3111914  1 01012  1 71449  77175 3111914  1 01012  1 71455  78100 3111914  1 01012  1 71461  78125 3111914  1 01012  1 71467  78150 3111914  1 01012  1 71473  78175 3111914  1 01012  1 71479  79100 3111914  1 01012  1 71485  79125 3111914  1 01012  1 71491  7表 3  地 应 力 对 裂 缝 几 何 形 态 的 影 响地 应 力 差 长 度 宽 度 半 高 度019109 3181886  7 01011  0 81055  32  046129 3171460  9 01011  2 71937  82  073169 3161054  7 01011  4 71822  62  101130 3141668  0 01011  7 71709  52  129113 3131281  2 01011  9 71598  52  157117 3111914  1 01012  1 71489  52  185142 3101566  4 01012  3 71382  62  213190 3091238  3 01012  6 71277  72  242159 3071929  7 01012  8 71174  92  271151 3061621  1 01013  1 71083  8大 多 数 煤 层 气 藏 投 产 前 , 水 力 压 裂 是 一 项 必 须 进 行 的 增 产 措 施 。 在 进 行 煤 层 气 井 的 水 力 压 裂 设 计 时 ,要 先 进 行 地 层 评 价 , 优 选 设 计 模 型 及 参 数 , 以 获 得 较 好 的 经 济 效 益 。[参 考 文 献 ][ 1 ] 赵 庆 波 , 刘 兵 , 姚 超 1 世 界 煤 层 气 工 业 发 展 现 状 [M ] 1 北 京 : 地 质 出 版 社 , 19981[ 2 ] G, W o B, i S K, et fo r m J ] 1 1998, 13 (3) :200~ 2071[ 3 ] 万 人 傅 , 罗 英 俊 1 采 油 技 术 手 册 (修 订 本 ) (第 九 分 册 ) [M ] 1 北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 , 19981[ 4 ] 王 晓 泉 , 陈 作 , 姚 飞 1 水 力 压 裂 技 术 现 状 及 发 展 展 望 [J ] 1 钻 采 工 艺 , 1998, 21 (2) : 28~ 321[ 5 ] 江 汉 石 油 学 院 “ 石 油 工 程 专 业 改 革 与 建 设 ” 项 目 组 1 石 油 工 程 设 计 [M ] 1 北 京 : 石 油 工 业 出 版 社 , 19991[编 辑 ] 弘   文·33·第 23 卷 第 2 期 张 志 全 等 : 煤 层 气 井 水 力 压 裂 设 计  © 1994   A n is m in b w o as co w by u of p re bu in o he lt of s in o p of w in e bu t ex b n s se ex in , in w h is is is a b ig of ir p in ˚ ,in ¸ ex e of m w in p of s fo rm is ir is th is b is w p is h ir is is p ho w w ou ld to of o en   fo rm T in l ir a n , ua L a n, J (Z P P uy 57001)E s2 ir is a lt b o il en in to h w o il p w t s is r in in By u w ir p en u as w as en m a is t on ru m of o il u of po is en o il p en t is he lt ld be u fo r en t of o il   h w t o il o il po o um er l ir h n or ta f ia n 2 L I J a n  (J J z 34102) X I L I e 2w e n  (Z P P uy 57001)T he of s o il w in m u on p ho w u he in in s o il r is le du ir p he t in in t on ir w in of in w is by of in s o il in o u oa a sW h n, (J J z 34102) (S S P D 57000) a a n  (Z S P P uy 57001)In of ir of of a p D re is to u is rm ed w a w of w h lt is at e on of on en t in t of id of p m w if um p a a ia L I X ia i, a i, a (Z S P P uy 57001)In of h il en o a m w h is is p to h il by m s of il gu to he m fo r w is p p fo r of he is p to in h il w by of w w h il M um —   F J
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