QK-中国煤层气井压裂技术发展现状及趋势

关 词 煤 气压 书现 趋 健 层 珠技 冬 铆
１前 言
煤层压裂改造可有效地将井孔与煤层天然裂隙连通起来， 从而在排水采气时， 更合理 地分配井孔周围的 压降， 增加产能和气体解吸速率， 提高采收率， 因此， 压裂改造作为一 种重要的 强化增产措施， 在煤层气开采中 得到普遍应用。中国 ０ 从２ 世纪８ 年代开始进行 ０ 煤层气的勘探开发， 在工艺技术方面已 经取得了 许多重要进展， 积累了 不少经验， 尤其在 煤层气井压裂改造方面，已 形成了一套比 较完善、配套的工艺技术， 现场应用取得了 较好 效果。 然而，由 于中国 煤层气勘探开发起步晚， 外先进技术相比 与国 还存在一定差距，因 此， 需要针对中国 煤层气的特点， 力量进行科技攻关和现场试验， 集中 争取早日 工业性开 发中国的 煤层气资源。
２ 煤层气井压裂工艺技术发展现状
２１ 压裂设计软件 ． 压裂设计是压裂施工的指导性文件， 而压裂设计主要依靠压裂设计软件模拟确定。中 国 煤层气井压裂设计所用的 软件大多是油气井压裂设计软件， 不适宜煤层气井使用。中 原 油田 井下特种作业处与西南石油学院联合研制开发的 煤层气井二维、 拟三维压裂优化设计
软 现 应 结 表明 有 定实 价 从 件， 场 用 果 具 一 用 值。 美国ＲＳ Ｅ公司引 进的Ｐ ？ 拟 压 ｒ － 三维 裂 －
设计软件具备煤层气井压裂设计功能， 经应用取得一定效果。 从国 外引进的 其他压裂设计 软件， 在煤层气井应用后， 效果也不太理想。 这主要是因为中国 煤层类型多样， 储层物性 差异大， 压裂形成的裂缝比 较复杂， 难以建立准确的数学模型。 ２２ 压裂施工技术 ． 中国 煤层气井压裂设备主要是７ 型、１ ０ ０ ０ ０ 型、１ ０ ０ ４ 型整套压裂机组及其配套车辆、 ０ 设备， 性能较好， 可满足常规压裂施工需要。 （）对多煤层井， １ 为了便于分层压裂改造， 采用套管射孔完井方式， 并运用深穿透射 孔弹， 增大炮眼直径和穿透深度， 提高射孔完善程度，以 减小压裂施工摩阻。
４ 结束语
中国 煤层类型多样， 储层物性差异大， 有别于其他国家， 此， 因 必须根据中国 煤层气 的 特点， 借鉴、 吸收国 外先进研究成果和丰富经验， 结合实际， 力量， 集中 研究适合中国 煤层气特点的压裂工艺配套技术， 指导中国煤层气开发。
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一 １２ 一 ６
（）注人方式常采用光套管注人压裂，以 ２ 减小摩阻， 降低施工泵压； 为了 监侧井底压 力， 采用油套环空注人、油管监测压力； 部分井采用封隔 器分层、 油管注人压裂。 （） ３ 若压裂液用清水或活性水， 必须保证泵注排量满足造逢和携砂要求， 有时还在前 置液中加人少量粒级为 １ 石英砂以减少压裂液滤失。 ０ ０目 （）对薄煤层或煤层附近有水层的 ４ 煤层气井， 要优化射孔方案和压裂施工参数，以控 制裂缝方位和延伸高度。 （）为了确保裂缝人口 ５ 的高导流能力， 在加砂末期加人粒径较大的支撑剂， 并适当增 大加砂浓度。 （）如果施工排量大于８３ ｉ 安装两条 ３ ６ ｍ／ ｎ ｍ， ＂ 高压泵注管线。 （） ７ 采用测井温、大地电位法监测压裂裂缝， 以优选压裂施工方案， 指导压裂施工。 （）根据需要， ８ 加砂压裂之前进行一次小型 测试压裂，以 优化加砂压裂施工程序。 （） ９ 压裂施工前， 用清水、 活性水或酸液作为预处理液， 对射孔炮眼进行投球清孔处 理， 疏通炮眼， 以 降低压裂施工压力。 ２ 压裂液 ． ３ 压裂液性能的好坏直接影响压裂施工能否顺利完成， 影响压裂施工规模， 影响压后增 产效果， 因此， 压裂液质量是压裂施工中的重要影响因素之一。目 前，中国常用的压裂液 有四 种： 清水、 活性水、 线性胶和冻胶压裂液， 具体见表 ｔ ｏ
表面张力小于３． ／ ０Ｎｍ
界面张力小于 ２ Ｎｍ ．／
压裂液效率高、 造逢和挽砂性能 成本高、配Ｉ复杂、对煤 强、用 液 量 少、 层损害较大
卑阻低
在低沮 井６ １ 即 放喷 下关 一０ 可 排液 ｈ
１３ ６
２４ 支撑剂 ．
由于煤层气井一般较浅， 煤层闭合应力较小， 压裂时常选用石英砂作为支撑剂， 一般 选用２ 一０目 １一０ 优质天然石英砂。 ０ ４ 或 ２ ２目 但是，由 于石英砂圆球度差、 分选性差、 破 碎率高、 导流能力低， 从而影响压裂增产效果。 ２ 裂缝监测技术 ． ５ 煤层压裂裂缝方位和几何尺寸， 是指导制定压裂方案的重要依据， 是评价压裂效果的 重要手段， 对优化井网 布置具有重要意义。 我国 采用的监测手段有： 测量压裂前后井温曲 线， 根据井温异常情况确定裂缝高度； 监测压裂前正常场大地电位差和压裂后异常场大地 电位差， 经过数据处理， 判断裂缝形态， 确定裂缝方位及延伸长度； 或者根据压裂施工数 据和压降数据计算、推断动态裂缝几何尺寸和支撑裂缝几何尺寸； 或者用试井方法计算裂 缝延伸长度。 然而， 这些监测手段多用于定性或半定量分析， 监测结果与实际情况有一定
ｍ ） 加砂速度快 （ ｉ、 ｎ 大于６ ０ ／ｉ ０ ｋ ｍ ）的混砂车， ０ｇ ｎ 满足大排量、高 砂比 （ 大于６ 磅／ １ 加
仑） 压裂施工需要； 在高压泵注管线上安装单流阀、 安全阀、 截止阀、 泄压管线以 及在压 裂泵上安装堵塞阀、 隔离阀， 配备备用的高压密度计、 高压流量计， 改进压裂监测系统， 正确校正监测仪表， 增大压裂液储存罐的 容积等。 ３６ 裂缝监测技术 ． 运用示踪剂裂缝诊断 技术，即 通过测量水力裂缝内 标记有放射性同位素的压裂材料放 出的 伽马射线密度， 结合压前测井数据， 确定水力裂缝的方位。 对于下有套管的 井， 也可 采用微地震监测技术， 它通过在压裂施工井或临井放置一个或多个地震波传感器， 监测水 力裂缝诱生的地震波， 绘制出 水力裂缝场， 从而真实诊断出裂缝长度和宽度。
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３ 压裂设备 ． ５ 随着压裂工艺的 不断发展和改进， 压裂设备也需不断改进配套， 并进一步完善安全措 施。 如配备液氮罐车、高压液氮泵车， 满足泡沫压裂施工需要； 配备排量大 （ １ ３ 大于 ０ ／ ｍ
表１ 中 谋 井 用 液 对比 国 层气 常 压裂 性能 表
压裂液
名 称
主要成分
主要技术指标
优 点Hale Waihona Puke Baidu
缺
点
清 水
水、杀菌剂
水质化验台格， 与地层水配伍
成本低、对煤 层化学伤害小
压裂液效率低、施工要求 排ｆ高、用液ｉ多、 ｆ 章阻高、 泵压高、对煤层冲刷严重
活性水
水、杀菌剂、 密 ． １ 岁 度１ 一 ． 时 ０ １
表面活性剂
表面张力小于３． ／ ０ Ｎ．
成本低、对煤 压裂液效率低、施工要求 层化 学 伤 害小、 排ｆ高、 用液ｆ多、 卑阻高、 返排率高 泵压高、 煤层冲 对 刷严重
水、杀菌剂、
线性胶 表面活性剂、 增稠荆、 破胶剂
粘度 （． 大于２ ０ ％） ３ ＂ ． ＇ ｗ ０
破胶水化 液粘度小于２ ｅ Ａ ｆ＂
中国 煤层气井 压裂工艺技术发展现状及趋势
李玉魅 刘长延 黄圣祥 谢振甫
（ 原石油勘探局井下特种作业处， 中 河南省璞阳市， ５０１ ４７６）
摘 要 从压裂设计软件、压裂施工技术、压裂液、支撑剂、裂缝监测技术等五 个方面简 要的 介绍了中国 煤层气井 压裂工艺 技术的 发展现状， 对谋层气井压裂工 艺技术的发展趋势作出了 预测，并提出了一些建议。
的差距 。
３ 煤层气井压裂工艺技术发展趋势
总的 来说，中国 煤层气井压裂工艺技术比 较落后， 大多是沿袭中国油气井压裂工艺技 术， 稍有改进。 针对煤层气井的特点， 其压裂工艺技术仍需作大量的 研究、 引进及现场试
验。
３１ 压裂设计软件 ． 借鉴国 外煤层气井压裂设计先进成果与 施工经验， 研制一套适宜中国煤层气特点的拟 三维压裂优化设计软件， 能够应用于不同 类型的 煤层，以 提高压裂设计的 科学性、 合理性 和施工效果， 并能够对压裂施工参数进行数学分析， 评价压裂效果， 指导压后生产。 该软 件应在 Ｗｎｏｓ ｉ ｗ 环境下开发， ｄ 模块化设计， 适用于 Ｉ ４６ Ｂ ８ 以上微机及兼容机， Ｍ 用户界面 友好， 可操作性强， 设计符合率大于８％ｏ ５ ３２ 压裂施工技术 ． 中国 煤的 变质程度较高， 气量较大。因此， 吸附 应增大加砂压裂改造规模，以 增大支 撑裂缝导流能力， 使煤层的裂隙系统相互连通， 从而提高煤层气产量和最终采收率。 然 而，由 于压裂所形成的 裂缝形态比 较复杂， 而且滤失量大， 使施工难度加大，因 此， 应抓 紧研究、 改进施工技术， 提高压裂施工成功率和有效率。 ３３ 压裂液 ． 优选配方和材料， 改进现有的 压裂液系列， 降低煤层损害， 有利于安全施工。重点研 究氮气 （ 或二氧化碳） 泡沫压裂液配方，因为泡沫压裂液粘度高， 携砂性能强， 滤失少， 对煤层损害小， 用液量少， 而且气体的固 有能量改善了 压裂液的 返排情况， 是煤层气井压 裂施工比 较理想的 压裂液。 ３４ 支撑剂 ． 陶粒的 物理性能比 石英砂好的 多， 针对煤层裂缝闭合应力小的特点， 可考虑使用中国 生产的低密度中 强度陶 粒， 增大支撑裂缝导流能力， 以 提高压裂增产效果， 延长有效期。 也可考虑在压裂施工加砂末期， 加人一定量的 树脂徐层砂，因为树脂涂层砂铺置在裂缝中 以 后， 能将砂子粘合在一起， 这种就地固 结作用常能阻止支撑剂倒流和随之而引起的产能 下降及生产设备的损害， 而且树脂涂层砂能分散点载荷， 从而减缓了 支撑剂脆性破裂。
表面张力小于２ａＵ ５ｄ ｍ ＇ 界面张力小于２ Ｖ ａ／ ｌ ｉｍ 在低温下关井４ 队即可放喷排液 一
液 体粘度较高、
造逢和挽砂性能 较强、 康阻低
成本较高、 对煤层有一定
损害
水、杀菌剂、 粘度 （ ％） ０５ 大于６Ｍａｅ ５Ｐ＂
表面活性剂 、 破胶水化液粘 度小于２Ｐ二 ６． １ 冻 胶 增稠剂、 交联荆、 破胶剂