本技术公开一种考虑多因素影响的深层煤岩气压后返排油嘴优化方法,属于煤岩气开采技术领域。针对深层煤岩气开发中返排液流速控制难题,该方法通过建立基质与裂缝内渗流、井筒内两相流动模型,综合考虑煤粉、支撑剂运移及煤层割理裂缝影响,优化井口油嘴尺寸,降低煤粉堵塞裂缝概率,提高裂缝导流能力。技术方案要点包括建立多段多簇压裂‑返排模型、油嘴井筒流动模型、裂缝内支撑剂与煤粉临界流动模型,并根据储层IPR曲线优化油嘴尺寸范围,以适应地层压力变化,相比于传统方法,本发明在提高压裂改造效率和煤岩气高效开采方面具有显著优势,为深层煤岩气的科学研究和工程应用提供了创新的解决方案。
背景技术
随着我国煤层气勘探、开采的不断深入,深层煤岩气开发己经成为中国天然气增储上产的战略接替资源;所以怎样高效、合理开采煤岩气是我们面临的新挑战;我国深部煤岩气储层在较高的压力和温度作用下,煤岩吸附能力达到极限,形成“高含气、高饱和、赋存游离气”的超饱和深层煤层气藏,受其储层特征影响,水力压裂技术在煤岩气的开发中得到了广泛应用。而煤层压裂施工后必须及时返排,从而降低压裂液在储层中的滞留时间,减少压裂液对煤层的伤害;此外,由于煤层本身的易碎性,在煤岩储层和开采过程中容易产生煤粉,这会堵塞裂缝内流动通道,降低裂缝导流能力,极大影响煤岩气的产能;因此考虑在煤岩气返排的过程中通过控制返排液流速,令储层基质内煤粉不流动,排出裂缝内煤粉,提高裂缝导流能力,是当前深层煤岩气高效开采的关键;在机理上,国内外针对煤粉产出及对储层伤害机理、两相流、压后压裂液返排及支撑剂回流开展了较多研究,但是目前尚未建立一个耦合油嘴、井筒、储层、支撑剂及煤粉运移的系统化模型,未给出耦合一体化的排液优化制度;工程上则主要是通过经验调节油嘴尺寸来控制压裂后液体的返排速度,从而控制支撑剂的沉降和铺置状态。
国内外学者对于压后返排过程中油嘴控制已经开展了一些研究;目前主要是针对页岩气、常规储层及浅层煤层气开展了压裂后油嘴的优化工作;针对煤层气,有学者考虑煤层气井压裂后支撑剂立即沉降、颗粒之间出现胶结的特点,建立了压裂液返排模型,并以支撑剂不回流为目的,来进行油嘴的控制与调节(张壮.煤层气井压后返排工艺[J].煤田地质与勘探,2017,45(5):70-74.);也有学者考虑煤层气吸附解吸特征、渗流机理,研究发现煤层气井排采过快、洗井修井、停抽关井、液面低于煤层顶面等情况易造成污染,致使气水产量锐减。基于伤害特点及伤害机理,结合多年的排采经验,确立了以定压排采、控制合理工作压差和控制煤粉适度产出等排采工作制度该公式只与孔隙半径、孔隙形态等有关,但并未考虑裂缝内支撑剂、煤粉的运移以及井筒、油嘴的流动,更未建立针对井口油嘴控制建立优化模型(张遂安,曹立虎,杜彩霞.煤层气井产气机理及排采控压控粉研究[J].煤炭学报,2014,39(9):1928-1931);除此之外,有学者分析了延川南与沁南煤层气地质条件差异,并结合延川南煤层气井现场排采参数,建立了相适应的排采制度;研究将延川南煤层气田深部煤层气藏排采制度划分为5个排采阶段,分别是:快速降压阶段、稳定降压阶段、上产阶段、产量波动阶段和稳产阶段,并根据每个阶段对应的井底压降,构建了精细化排采控制方法;但是由于井底压降较难监测与控制,且并未支撑剂、煤粉及储层的影响,因此该研究仍然具有较大缺陷(赵兴龙,汤达祯,张岩.延川南煤层气田深部煤层气藏排采制度的建立与优化[J].煤炭科学技术,2021,49(6):251-257);另外,有学者也考虑了支撑剂、煤粉在裂缝内的运移,构建了人工裂缝-井筒-油嘴流动系统,研究了煤粉启动和支撑剂回流控制理论,建立了计算煤层气井压后返排油嘴大小的数学模型;但该理论未考虑返排过程中液体相态的变化、裂缝闭合的影响以及真实储层的影响(赵启宏.煤层气井压后返排油嘴尺寸确定方法研究[D].成都:西南石油大学,2017)。
分析过往研究可以发现,大多数针对压后返排的优化都是考虑控制井底压降,但监测与控制井底压降是较为困难的过程,实施难度大;而针对油嘴控制的研究则大多考虑影响因素单一或者考虑因素不够全面;总体来看当前研究缺乏整体的系统构建,从而导致当前井口油嘴优化方法难以推广;由于目前针对深层煤岩气还未建立起一套完整的、充分考虑支撑剂、煤粉运移、多相流动与储层变化的压裂后井口油嘴尺寸优化方法,有必要构建一套新的优化系统与方法;为了达到此目的,我们根据渗流力学、弹性力学、流体力学、双重孔隙介质模型等,建立了深层煤系致密气基质与裂缝内渗流模型及井筒内两相稳态流动模型(如图1);考虑到压裂后地层压力变化,使得支撑剂受力差异,分别建立支撑剂的受力模型及压裂液返排支撑剂启动的最小临界流速模型,同时建立裂缝内煤粉启动的临界流速模型;从而构建一套完整的深层煤系致密气压后返排油嘴优化方法。
实现思路