煤层气井顶板控底重复压裂工艺研究与工程应用

于 吉，吕文铎，苏 楠，付 强

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）

摘  要：针对开发中后期煤层气田老井产量递减问题，提出并系统研究“顶板控底”重复压裂工艺，旨在通过纵向挖潜上部未动用煤层实现产能恢复。首先分析重复压裂裂缝转向扩展的控制机理，指出排采引起的孔隙弹性效应是诱导新裂缝避开原“应力阴影区”向上扩展的关键因素，并探讨旧裂缝力学封闭与热弹性效应的协同作用。在此基础上，构建以低排量-低黏度压裂液体系、远场一近井筒复合暂堵转向及桥塞封隔-上部补孔井筒改造为核心的关键工艺体系，并优化工艺参数。通过在A-1井开展现场试验，微地震监测显示裂缝高度被有效控制在目标层段，压后日产气量由480m2/d提升至2150m2/d，增幅达347.9%。研究结果表明，该技术可精准改造上部未动用煤层，恢复老井产能，具备良好推广应用前景。

关键词：煤层气；重复压裂；顶板控底；裂缝转向

煤层气作为一种重要的清洁能源，其规模化开发对于优化我国能源结构、保障国家能源安全具有重要的战略意义。经过20余年的发展，我国主要煤层气田已相继进人开发中后期，面临着与常规油气田类似的挑战，即老井产量递减问题日益突出。大量早期投产的煤层气井，由于初次压裂改造不充分、生产排采导致储层物性变化或仅动用了多套叠置煤层中的部分层段，其产能已大幅下降，甚至沦为低效井或停产井，造成了巨大的资源浪费和资产闲置。因此，如何经济有效地对这些老井进行二次改造，挖掘剩余储量潜力，已成为当前煤层气领域亟待解决的关键技术难题。重复压裂作为提高采收率的传统技术，在常规油气藏中已得到广泛应用。然而，将其直接应用于煤层气井，特别是针对纵向叠置煤层的改造，面临着独特的挑战。煤储层具有高地应力、低渗透、天然裂隙发育和强应力敏感性等特点，初次压裂和长期排采会极大地改变井周储层的应力状态和渗流特征。传统的重复压裂技术往往倾向于使压裂液重新进人原有的高导流裂缝通道，难以形成新的有效裂缝网络，改造效果甚微，甚至可能导致下部出水层段水窜加剧，造成负面改造效果。鉴于此，本文以实现对老井上覆未动用煤层的精准、高效改造为目标，提出并系统研究“顶板控底”重复压裂新工艺，旨在提升煤层气田整体开发效益和延长气田开采寿命。

1 重复压裂裂缝转向扩展控制机理

煤层气井重复压裂的核心目标并非简单地对原有裂缝进行重复改造，而是在已改造储层体积之外开辟新的有效渗流通道，沟通未动用或动用程度低的煤层储量，其成功的关键在于有效控制新裂缝的起裂与扩展路径，实现裂缝的转向扩展。这一过程的控制机理本质上是多场耦合作用下，井周及近缝区域应力场时空演化的必然结果。初次压裂后，随着煤层气的长期排采，原始地应力场会发生显著的改变，这是诱导新裂缝转向扩展的根本驱动力”。该机理主要体现在以下3个方面。

（1）孔隙弹性效应（PoroelasticEffect）是主导因素。初次压裂缝网波及区域内的煤层经过排采，孔隙压力大幅度降低，根据有效应力原理（有效应力=总应力-孔隙压力），该区域的有效应力，特别是最小水平主应力显著增大，形成一个“应力增高区”或“应力阴影区”（StressShadow）。当进行重复压裂时，新的水力裂缝倾向于避开这个高应力区域，转而向孔隙压力相对较高、即有效应力较低的未动用储层区域起裂和扩展。这种由排采诱导的非均质应力场分布，为新裂缝“另辟蹊径”创造了先决条件，甚至在特定条件下能够引发主应力方向发生局部偏转乃至反转，从而使新裂缝与老裂缝大角度相交。

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