申 平

(山西西山蓝焰煤层气有限责任公司， 山西 太原 030200)

我国煤层气资源虽然丰富，但是面临赋存地质条件差，煤层渗透率低；煤层气勘探开发技术不够完善等问题。随着煤矿井下开采揭露以及气井前期的过度排采导致储层供给能力下降，破坏了煤层气临界解析压力平衡，并伴随出现裂缝闭合、堵塞等现象，导致煤层中瓦斯无法继续解析，出现产能下降的趋势，甚至影响气井服务年限。

常规聚能弹射孔是目前国内外煤层气开发使用最广泛的一种射孔方法。聚能弹射孔工艺存在聚能弹对产层的伤害，成孔过程中射孔弹通过储层对储层有压实(裂隙减小)作用，使渗透率大大降低，影响产能；聚能弹压密的煤层后续压裂也会消耗一定的能量，致使压裂半径减小。

目前国内优质煤层气资源区块面积有限，为了保证国家清洁能源可持续发展，需要开采利用低渗透、薄储层煤层气资源。为此，本文通过探索新的工艺技术以实现煤层气单井储层改造增产，同时实现低渗透、薄储层煤层气资源开发利用技术的突破。

1 水力喷砂射孔压裂

1.1 工艺发展

水力喷砂射孔压裂工艺于90年代末试验成功并已经在低渗透油田开发增产中得到应用。目前，水力喷砂射孔压裂已经开始在煤层气井开发建设中进行实验，有望成为煤层气井增产的一种新技术措施。

1.2 工艺原理

水力喷砂射孔压裂是水力喷砂射孔及水力压裂组合的一种油气开采、储层增产工艺。水力喷砂射孔(磨料射流)工艺是通过泵车给管柱内液体提供压力，目的层位置液体通过喷射器喷射孔转化为高速流体，高速流体不断冲击套管、水泥环和地层。在形成高速流体后加入一定比例的石英砂增加摩阻从而压开目的层位置套管、水泥环。

水力喷砂射孔施工管柱组合由下而上依次为：倒锥丝堵、加厚短节、防砂水力锚、封隔器、固定喷枪、油管、扶正器、安全接头、油管短节、外加厚油管至井口(根据井况可以对管柱进行调整)。

2 两种射孔压裂技术的对比

2.1 施工程序

施工常规聚能弹射孔前先对井深进行校验，同时保证井筒内充满射孔液，最后下入电缆或靠压力传输起爆聚能弹完成作业，1 000 m以内的煤层气井，大约2 h以内完成作业，操作相对简单。施工目的储层厚度按3 m计算，普通102射孔枪(24孔/m)施工一层价格在1.8万元左右，成本相对较低。

水力喷砂射孔施工程序相对复杂，射孔前需要下一趟施工管柱，形成射孔液的通道，同时备好施工所需的液体及石英砂，通常1 000 m以内的煤层气井施工(包含下放及提升管柱的时间)在4 h以上，作业费相对较高，施工一层费用一般在4万元以上。

2.2 射孔效果

常规聚能弹射孔是一种能量的瞬间释放，受枪身、井筒空间、套管强度、水泥环厚度影响较为严重。近年来在煤层气井钻进过程中发现，煤系地层中靠近煤层的区域，岩性变化较大，钻进中容易发生井斜，在纠斜过程中不可避免地导致井径扩大率增加，致使后期固井水泥环厚度过大，出现聚能弹无法穿透水泥环的情况，严重影响射孔效果。同时，聚能弹在释放过程中还会造成近井地带储层污染，产生压实作用，影响后期气井产能。聚能弹射孔示意图见图1.

图1 聚能弹射孔示意图

水力喷砂射孔通过高压射流对套管、水泥环、地层持续进行作用形成稳定通道，套管强度、井筒空间、水泥环厚度等因素对射孔效果影响相对较小。通过地面观测作业参数变化数据可以实时分析出射孔效果，及时调整射孔压力、排量等参数，能够保证射孔质量。由于水力喷砂射孔通常采用清水加石英砂进行施工，同时在作业过程中不断对地层冲击形成裂缝，避免了压实效应，对储层污染和伤害较小。从工艺效果分析，水力喷砂射孔更适用于煤层气井施工。

3 水力喷砂射孔压裂应用

选择古交矿区屯兰矿XST-134(老井)井对压裂改造前后效果进行分析对比。XST-134井于2013年6月对8#、9#煤层进行常规聚能弹射孔压裂，初期投产后最高产气量为200 m3/d，未能达到设计产能；2020年9月分别对8#、9#煤层进行水力喷砂射孔压裂，以期对老井储层进行技术改造，达到提升产能的目的。

通过视电阻率、体积密度、自然伽马3种测井方法对XST-134井钻遇煤层埋深、层厚及顶底板岩性、层段进行解释(表1),可以正确判断施工目的层地质条件以及确定射孔压裂时工具下放位置。

表1 XST-134测井解释表

3.1 射孔技术参数

该井8#、9#煤层采用喷砂射孔，安装0.8 m的喷枪，8个d6.3 mm的喷嘴，60°相位组合(图2).

图2 喷枪设计示意图

0.8 m射孔喷枪在煤层段对应的安装位置，施工备液量及施工射孔喷砂参数见表2.

表2 射孔参数表

3.2 射孔泵注程序

油管正替、喷砂射孔、循环3个施工程序相应的排量、液量、时间、支撑剂参数等射孔泵注技术参数见表3.

表3 射孔泵注程序表

3.3 压裂技术参数

8#、9#煤层对应压裂设计排量、支撑剂参数及压裂液量、压裂方式等压裂参数见表4.

表4 压裂参数表

4 压裂效果分析

4.1 后期排采方案

该次压裂施工完井投运后遵循“连续、缓慢、稳定、长期”的原则，针对该井设置合理的套压、产水量、液面等排采参数，进行定压排采。

在连续降液面阶段，保证液面以2～3 m/d的速度下降，以能满足液面降速要求的最小冲次启抽，稳定液面排采。

在稳产阶段，以平稳提产和降液面为主要控制方式，根据排采中套压液面动态交替情况，控制套压平缓并气，保证井底流压缓慢稳定降低，防止压裂支撑剂、煤粉受到流压波动涌向井筒及近井地带，造成煤储层裂缝重新闭合或者煤粉卡泵增加修井次数，从而降低产能。

4.2 压裂效果分析

XST-134井于2013年对8#、9#煤层进行常规聚能弹射孔压裂投运，2020年9月19日完成对8#、9#煤层的水力喷砂射孔压裂改造投运。压裂改造前后流量、套压对比见图3.

图3 压裂改造前后流量、套压对比图

图3中，流量为瞬时流量，数据选自2019年1月—2021年3月，每个月选取月初、月中、月末3组数据作为分析依据。可以看出，常规聚能弹射孔压裂投运后产气效果并没有达到预期目标。

2020年9月对该井进行压裂改造，采用水力喷砂射孔压裂后产能有显著提升，瞬流基本稳定在38 m3/h，套压0.6 MPa左右，达到了增产稳产目的。前后施工除射孔工艺外，其他工艺流程相同，基本能够判断影响该井产能的最主要因素是射孔质量。究其原因是由于钻井质量影响井斜角、井径扩大率，导致水泥环过厚，8#、9#煤层部分井段常规聚能弹射孔效果不好，影响了压裂质量。而水力喷砂射孔工艺则克服了水泥环过厚等因素，达到了预期射孔压裂效果。

5 结 论

本文分别从工艺原理、施工程序、射孔效果3个方面阐述了常规聚能弹射孔与水力喷砂射孔优劣点，并通过XST-134井射孔压裂参数及改造前后数据分析得到以下结论：

1) 水力喷砂射孔压裂技术可作为煤层气井增产及压裂改造的一项新技术措施。2) 喷砂射孔对于低渗储层可以达到射孔和解堵双重目的。3) 可以根据不同的井身结构、储层条件实时设计喷射压裂过程的施工排量，优化施工质量。4) 水力喷砂射孔没有常规聚能弹射孔造成的压实破碎带，从而降低储层施工破裂压力。5) 水力喷砂射孔一定程度上解决了钻井过程中井径扩大率增加导致的水泥环过厚而影响射孔质量的问题。