煤层气井压裂技术研究与应用

煤层气井压裂技术研究与应用

李振国

新疆煤田地质局一五六煤田地质勘探队  新疆乌鲁木齐市  830000

摘要：煤层气的高效开发不仅是我国新能源开发利用的必然趋势，也是保护大气环境、安全开采煤炭、缓解能源供需矛盾、改善能源供给结构的客观需要。煤岩的孔隙度小，渗透率极低，这使得煤层气开发较困难，需要通过压裂改造来实现其高效开发。由于我国煤储层的渗透率比美国低，国外获得重大成功的常规煤层气开发技术不一定适用于我国。

关键词：煤层；气井；压裂技术；应用

1影响煤层气井压裂效果的因素

1.1压裂液的影响

煤层气井的内部多由煤岩组成，它是一种由有机大分子构成的岩体，其分子表面具有很强的吸附能力。如果压裂液的选择不合理的话，就会严重导致煤岩的气体渗透性能降低，影响煤层气的开采工作。我们以泡沫压裂液为例，这是一种活性很高的液体材料，在进行泵压的过程中始终处于运动状态，会造成压裂液被煤岩分子大量吸附，煤岩整体体积发生膨胀，堵塞裂缝，造成裂缝空隙变小。除此之外，气井内部的粘土材料还有气井内部的温度都会对压裂液的正常使用造成影响。

1.2支撑剂的影响

支撑剂的主要作用是对裂缝进行加固，保证裂缝经过泵压之后形状稳定，提升裂缝的气体渗透能力。但是由于某些地区的煤岩质地较为疏松，在进行压裂工作时就会导致岩体破碎，形成大量碎渣。而支撑剂在对该地区进行加固的时候会导致支撑剂材料与岩体结合，形成一种内部松散、表面致密的岩体结构，不但减少了裂缝的整体张开面积，而且影响了煤层气的正常流出。同时支撑剂嵌入到岩体之中，还会造成煤岩表面碎裂，出现大量煤粉，而煤粉在压裂过程中会进行移动，将支撑剂的缝隙进一步填满。而支撑剂形成的岩体表面一般较为致密，应力较高，会将原本的天然裂缝进一步压缩。

1.3施工工艺的影响

施工工艺的影响主要体现在两方面。一是压裂液量的影响，为了保证压裂造缝的效果较好，施工团队一般会采用大液量造缝的方法，来保证裂缝在长度、深度以及高度上都能充分的进行延伸。但是煤层与上下的围岩距离较近时，过大的排量会导致裂缝突破煤层，造成围岩结构的损伤。二是混合液中含砂比例，如果含砂量较低的话，会导致支撑剂不能有效的贴合在裂缝内部，如果含砂量过大时，又会导致裂缝被砂石堵塞。

2提高煤层气井压裂效果的技术对策

2.1选用合适的压裂液

上述已经对压裂液以及影响压裂效果的因素进行了简单的介绍，可以知道，要提高煤层气井的压裂效果，首先要选用合适的压裂液，具体压裂液的选择要根据当地的地质环境、煤层气的埋藏位置还有压裂液的特性来进行分析研究。在尽量减少对底层的伤害基础上，完成对煤层气井的压裂工作。

2.2改进支撑剂技术

改进支撑剂技术主要体现在两方面。首先是对支撑及施工技术的改进，具体的方法是将不同颗粒大小的支撑剂进行分批次注入。先进行小颗粒支撑剂的注入，将细小的裂缝进行固定，之后注入的支撑剂颗粒逐步加大，这是为了避免大颗粒支撑剂对细小裂缝造成堵塞。其次是研究新式材料，为了保证支撑剂的使用性能，必须要对支撑剂的密度以及颗粒度进行降低，目前国际上关于支撑剂技术的研发主要集中在超低密度和自悬浮两方面。

2.3选用合适的气井压裂技术

之前我们对煤层气井的压裂技术进行了简单的介绍，可以看出，根据煤层气井所处的地质环境还有煤层气所处位置的不同，相应的气井压裂技术也要进行相应的调整，例如之前提到的大排量二氧化碳压裂技术，使用煤层分层较多区域的小型煤层气井之中，会造成煤层之间细层的垮塌现象，直接导致煤层气的开采工作被迫中止。在实际进行气井压裂技术的选择时，不但要对当前施工环境进行详细的分析，而且要结合技术的适用范围以及技术特点进行具体的研究。

3压裂具体方案及现场施工技术分析

3.1压裂方案

活性水压裂液配方为清水+1.0%KCl+0.05%杀菌剂+0.1%表面活性剂。支撑剂选用天然石英砂，最大限度地将支撑剂输送到更远的裂缝，提高支撑程度。由于煤的特殊性，其裂缝支撑半长一般在70～160m。从周边井区的压裂裂缝监测结果来看，压裂裂缝一般是不对称的2条裂缝，两翼长度也有差异，最小半长为56m，最大半长达到了227m。根据施工规模优化结果及活性水施工滤失大的特点，本区采用打砂段塞和活性水隔离的方法施工，即阶段式加砂。大排量时加砂，小排量时打隔离液，由此形成裂缝的房柱式支撑。这种支撑方式是近期的热点，所形成裂缝的导流能力远远大于全支撑裂缝导流能力，裂缝半长为120～160m，确定施工液量为800m3，加砂量为50m3。施工控制及参数选择，借鉴周边井田余吾压裂井的经验，影响压裂效果的主导因素有液量、排量、支撑剂组合、砂量、注入方式、施工过程控制等。为了避免压裂工艺对煤层顶板造成破坏，在压裂工艺参数选择时，尽量控制施工排量，避免压穿煤层。为了减小施工摩阻，最大限度地利用注水功率，给煤层施加最大压力，套管注入是最合适的压裂方式。

3.2裂缝监测

在压裂过程中进行投球，封堵部分流速快的射孔，起到压裂均衡、体积改造彻底的作用。对最先施工井进行压裂测试，以便获取压裂参数，及时修改泵注程序。同时要采用微震定位监测方法对整个压裂过程进行实时监测，获得压裂井产生裂缝的方位（方向）、长度、高度（范围）和产状，以及地下主应力方向等资料，评价人工造缝效果，指导压裂工艺的确定和实施，为地面瓦斯抽采井提供科学依据。与往常的裂缝监测相比，运用微震定位监测能实现高精度、远距离、动态、三维、实时监测，并且依据震源的情况确定破裂尺度和性质，另外微震定位监测最大的优点是可以给出煤（岩）体破坏的时间、位置并进行定量分析。

3.3压裂施工

通过变排量施工，诱导地应力场改变，从而形成多级多类型裂缝，同时又可实现裂缝的自我支撑。严格按单井压裂设计泵注程序施工，井口限压一般为35MPa。施工中要有压裂施工动态曲线及裂缝监测曲线、压后压力降落曲线记录，施工结束后提供全套施工记录。压裂施工停泵后，利用压裂仪表车监测压力降落曲线。施工现场成立施工领导小组，施工中一旦出现特殊情况，应由领导小组成员及时协商解决。配液用水必须清洁。配液及施工用罐、车、泵及管线清洁，无酸、碱、铁锈及其他机械杂质。配液车或配液泵排量达到配液要求，保证充分循环，充分溶解。

结束语：综上所述，煤层气勘探开发是我国绿色低碳发展道路重要一环，是实现煤矿安全开采的重要措施。基于我国煤层气低产现状，开采技术进步与创新是主要原动力，煤层气井压裂技术是公认的促进煤层气井产量提高的有效技术手段，且积累了不少成功经验，水力压裂逐渐发展为主流技术。为保证煤层气井的高效生产，我国还需研究分析压裂技术，针对多煤层、深煤层煤层气开发落实技术改进，获得更好的增产增效效果。

参考文献：

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