本期简介：
以大砂量、大液量为特点的储层改造技术推动深层煤层气开发取得突破，煤层气增储上产保持着良好势头。本推文主要介绍了针对延川南煤层气田深部煤储层开展的低效老井多次中等规模压裂、新井多次大规模压裂、新井单次超大规模压裂3项矿场试验，旨在让读者了解不同压裂参数下监测到的裂缝扩展形态及深部煤层气缝网延伸规律。
1 工程概况
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延川南煤层气田位于鄂尔多斯盆地东南缘，处于陕北斜坡、渭北隆起和晋西挠褶带的过渡地带，整体是一个北西倾向的单斜构造，中部的西掌断裂带将气田分为谭坪和万宝山2个次级构造单元。该区储层平均埋深超过1000m，是国内成功实现商业开发的深部煤层气田之一(图1)。二叠系山西组2号煤层和石炭系太原组 10号煤层是气田的主要试采气层。其中山西组2号煤层为主要可采煤层，厚度大、连续性好。
图1 鄂尔多斯盆地延川南煤层气田2号煤层埋深等值线
深部煤层气田延川南气田自2013年启动产能建设，主力开发层为二叠系山西组2号煤层；截至2022年底，日产气量在 110x104m3以上，累计产气量 23.3x108m3，采出程度为 14.9%。常规压裂下，储层改造范围有限，有效动 用的储量规模不足是导致气井稳产期短、递减率高 的主要原因。
2 低效老井多次中等规模压裂
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2019年，气田开展低效井治理探索，多次常规压裂后气井产气效果良好。为此，在低效老井中，进一步开展了提升规模的多次压裂试验(试验参数见表1施工曲线见图2)，同步开展裂缝监测(图3)。设计施工排量 12 m3/min，单次加入支撑剂量150m3，单次加砂强度 29.4 m3/m，施工时长4h。该井第四次施工最高压力 39.2 MPa，达到停止条件，结束施工。
对比4次施工曲线：施工压力在第一次总体比较平稳，此时裂缝沿着排采形成的压降空间延伸，充满后继续破裂生成北西向单翼新缝；第二次则呈现初始平稳，加砂后快速上涨并维持高位运行的特点，原有裂缝除继续延伸外，还在南南东向和北北东向形成新的裂缝；第三次呈现平稳下降的特点，裂缝形态差别不大，已形成的裂缝继续向远端延伸；第四次呈现平稳上升的特点，裂缝形态趋于稳定，改造面积增加有限，基本达到当前技术水平下的缝网延伸长度极限。监测结果显示缝网呈现主裂缝充分延伸、次裂缝多向发育的“玫瑰花”型。
表1 不同规模压裂试验参数
图2 低效老井4次中等规模压裂施工曲线
图3 低效老井4次压裂裂缝形态监测结果
3 新井多次大规模压裂
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2021年在新井中开展多次有效支撑压裂(试验参数见表1，施工曲线见图4)，同步开展裂缝监测试验(图5)。设计施工排量为 18 m3/min，单次加人支撑剂量为500 m3，单次加砂强度达96.2 m3/m，施工时长为4 h。对比5次压裂施工，除第一次因设备故障，高砂比情况下，施工压力陡升外，总体呈现平稳下降的趋势，表明裂缝延伸性较好，监测结果亦显示缝网近似呈“长椭圆”型，形态较简单。
图1 不同温度条件下吸附气含量(空气干燥基) 随储层压力变化曲线
图2 最大吸附气含量(空气干燥基)随温度的变化曲线
4 新井单次超大规模压裂
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在上述2种压裂方式均取得较好产气效果后，在2022年新井中进一步开展单次超大规模压裂（试验参数见表1，施工曲线见图6）；同步开展裂缝监测试验（图7）。设计施工排量为18m3/min，单次加入支撑剂量为1000 m3，加砂强度达212.8 m3/m，施工时长为7 h。观察压裂施工曲线，达到施工排量后，施工压力平稳上升，裂缝持续向远端延伸，同时支撑剂得到较好铺置。监测到的裂缝形态近似呈“长椭圆”型。
图6 新井单次超大规模压裂施工曲线
图7 新井单次超大规模压裂裂缝形态监测结果
5 不同压裂规模下缝网形态对比
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对比3种规模下裂缝监测结果，发现不同施工类型均能有效延伸缝长、扩大储层改造范围，但裂缝形态又显现出不同的特征。低效老井在多次中等规模压裂下，除生成75°~255°的主裂缝外，还生成了150°~330°、30°~210°的2条次裂缝，总体呈“玫瑰花”型；其他2种类型压裂生成的裂缝均近似为“长椭圆”型。一般情况下，应力状态决定了缝网的延伸形态。第一次水力压裂过程中产生了初始诱导应力排采过程改变了储层的孔隙水压力，诱导应力也重新分布，并对最大、最小主应力进行不同程度的改造，导致储层应力状态发生改变，应力差异系数变小，缝网复杂程度增加。而新井压裂时，在原始应力状态下，应力差异系数也是裂缝形态的主要影响因素，但随着压裂规模的增加，在延伸主裂缝的同时，次裂缝也得到较好的延伸。
结语
3种不同压裂规模的矿场试验均能有效延伸裂缝长度、扩大改造面积；随施工次数的增加，单次新增的裂缝长度和改造面积存在边际递减效应。排采后的低效老井受诱导应力影响，多次中等规模压裂形成的裂缝初始延伸半径长，易多方向起裂，呈“玫瑰花”型；在新井中开展的2种类型压裂均形成主裂缝充分延伸，次要裂缝较好发展的“长椭圆”型缝网，但单次超大规模压裂的成缝效率高于多次大规模压裂。
