我国煤层气储层压裂现状及其展望

目前压裂形成的裂缝主要有单一的主裂缝、复 合的 T 型裂缝或“工”字型裂缝及近些年发展起来 的网络裂缝 。 ［12］ 目前，体积压裂技术在特低渗储层 和页岩储层的改造中得到广泛应用，并取得良好效 果，压后在储层内形成复杂缝网，达到改造储层、提
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高渗透率的目的。实现扩大“解吸面积”向扩大“解吸 体积”的转变。可有效提高单井的产气量和资源动用 率，该技术为煤层气压裂起到了指导作用。 2010 年 华北油田煤层气分公司首次实施了煤层气体积压 裂， 在实践上证明了在煤层中实施体积压裂的可行 性。此外，同步压裂技术、高能气体压裂、水力波及压 裂、 合层水力压裂和 ThorFRAC 技术是今后煤层气 储层压裂的研究方向。
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第 14 卷 第 3 期
重庆科技学院学报（自然科学版）
2012 年 6 月
我国煤层气储层压裂现状及其展望
韩金轩 杨兆中 李小刚 路艳军 （西南石油大学， 成都 61050易造成压裂液的滤失，形成短而宽的压裂
缝，使压裂效果不理想。 对我国煤层气储层压裂存在的难点进行定性分析，提出相应对策。 同时，介绍现有的国内外
3 煤层气压裂发展展望
煤层气是常规能源最重要的替代能源， 预计到 2015 年 需 求 量 将 达 1 560 ×108m3， 缺 口 量 将 达 560×108m3；2020 年，需求量将达 2 100×108m3，缺口 量 将 达 900×108m3。 在 巨 大 的 天 然 气 需 求 下 ，国 家 政策的鼓励下， 我国煤层气的开发将会有着广阔 的前景。
（2）煤层气储层压裂，要选择低滤失、低污染、低 成本易返排的压裂液。 活性水压裂液是目前应用较 多的压裂液。
（3） 煤 层 气 储 层 压 裂 技 术 一 般 借 鉴 于 常 规 油 气 压裂，连续油管压裂、分段压裂和高能气体压裂。 但 针对煤层气储层压裂的工艺技术还有待进一步 发展。
（4） 近 年 来 缝 网 压 裂 和 体 积 压 裂 技 术 的 兴 起 为 煤层气储层压裂指引了方向，煤层气储层本身存在 着大量的天然裂缝，而这将对多裂缝的形成有一定 帮助。 但由于对裂缝网络的形成机理认识不足，故 多裂缝的形成在工艺上存在困难。 此外，煤层气压 裂实时监测、新型 CBM 压力液输送系统、特殊水泥 浆和新型射孔方法对煤层气储层压裂也起着重要 的作用。
1 我国煤层气压裂难点及对策
1.1 压裂难点 煤层气储层通过水力压裂后，可产生具有较强
导流能力的通道，有效地连通井筒和储层，以促进排 水降压，提高产气速度，同时还可以消除钻井过程中 泥浆液对储层的伤害。 但是，我国煤层气压裂面临 着一系列的难题，造成压裂效果不佳，压后单井产量 较低等问题。 因此，结合煤层气储层本身的特点，对 煤层气储层压裂进行了分析，其主要难点有 ： ［5-8］
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流和解吸的相关问题。 选择低伤害的降阻水作为压 裂液，进行大排量压裂，加大施工规模，最大限度的 沟通储层。
2 现有的压裂工艺分析
煤层气压裂目前使用的压裂液主要有活性水、 线性凝胶、冻胶、VES 压裂液、泡沫压裂液和 CO2 压 裂液 。 ［9-11］ 活性水压裂液从 20 世纪 90 年代开始应 用，由于其破胶困难，携砂能力弱，一般采用大排量 泵入，但这 样 很 容 易 压 穿 各 层 ， 造 成 出 水 ； 而 线 性 凝胶、冻胶压裂液虽然克服了活性水的易滤失，携 砂能力弱的特点，但是由于破胶困难，易产生固体 颗 粒 ， 造 成 储 层 污 染 ；VES 压 裂 液 具 有 摩 阻 低 、滤 失少的特点， 但对储层有表面活性剂吸附和黏土 膨胀的伤害，而且造成较高的压裂成本；泡沫压裂 液技术在煤层气储层压裂方面尚未成熟，实施成 本 相 对 较 高 ；CO2 泡 沫 压 裂 液 对 煤 层 的 伤 害 比 较 小，且具有返排能力强、滤失小、黏度高、携砂能 力强的特点， 尤其比较适合低压、 水敏性地层， 但 是 由 于 CO2 的 相 态 变 化 ， 决 定 了 该 压 裂 液 在 煤 层气井中的应用具有一定的局限性。 此外，将 N2、CO2 或 烟 道 气 注 入 煤 层 后 ， 注 入 气 会 向 煤 粒 中吸附扩散，容易打破原来的平衡和稳定，使煤 层中甲烷的吸附含量降低，导致解吸扩散速率增 大， 从而提高了甲烷的流动速率和抽放率。 然 而，目前煤层气储层压裂液的研究着重于解决提 高悬砂性能和降低储层伤害两个方面，还未能系统 全面地研究煤层压裂液降滤、增能、解吸和低伤害的 问题。
由于煤层气储层压裂有着常规压裂所没有的 问题， 要结合煤层气储层本身的特点发展与其相 对应的压裂技术， 故煤层气压裂裂缝起裂与延伸 和压后渗流问题是今后煤层气储层压裂研究的主 要方向。
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4结论
（1 ） 煤 层 气 储 层 压 裂 相 对 常 规 天 然 气 压 裂 有 着 自身的特点。 在压裂过程中形成短而宽的裂缝，压 裂液严重滤失，同时，由于煤层气储层相对较软，支 撑剂容易嵌入，造成压裂后导流能力低。
（1）煤 层 气 赋 存 机 理 不 同 于 常 规 天 然 气 ，其 中 90%以上吸附在煤层中，开采前需要降压解吸过程。
（2）煤层中有天然裂缝存在，且压裂时会产生多 裂缝和复合裂缝，易造成压裂液严重滤失，引起煤层 孔隙的堵塞和基质的膨胀，进而降低储层的渗透率，
影响造缝效果。 （3） 煤 层 气 储 层 的 杨 氏 模 量 低 、 柏 松 比 大 ， 压 裂
现有的压裂支撑剂主要为陶粒和石英砂两大 类，其中石英砂颗粒的相对密度在 2.65 左右，陶 粒 的相对密度在 2.7～3.6 之间。 由于压裂液要携带陶 粒和支撑剂在裂缝内达到有效的铺置，故需压裂液 有良好的携砂性能。 为此，低密度支撑剂的研发将 是煤层气压裂研究的一个重要方向。 若低密度支撑 剂能很好地解决携砂困难，则有助于形成具有强导 流能力的长支撑裂缝，这对提高煤层气单井产量有 重要的意义。
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水力压裂技术是煤层气开发中应用最为广泛的 也是最为重要的技术， 据统计国内煤层气日产量在 1 000m3 以 上 的 垂 直 井 绝 大 部 分 是 采 用 了 压 裂 技 术。 当然，要使煤层气水力压裂达到增产的效果，就 必须在煤层气储层内形成具有强导流能力的水力裂 缝网络，并最大化的增加储层的改造体积。 因此，在 煤层气压裂工艺上要选择合理的压裂支撑剂、 压裂 液和相应的配套工艺技术。然而，现在的支撑剂相对 密度都比较大， 这就对压裂液产生较高的要求。 但 是，在解决压裂液悬砂问题的同时，还要考虑到其对 储层的伤害程度和工艺成本。 这就需要形成系统全 面的煤层压裂工艺体系。
（4）控制煤粉的生成，采用必要的工艺将压后的 煤粉排出地面，以防止煤粉对压后裂缝造成堵塞。
（5）增大煤层气储层的改造体积，研究压裂后渗
收 稿 日 期 ：2012-01-13 基 金 项 目 ：“十 二 五 ”国 家 科 技 重 大 专 项 （2011ZX05042-002-001） 作者简介：韩金轩（1987- ），女，辽宁盘锦人，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为油气田开发。
煤层气储层在压裂过程中使用的压裂液、支撑剂和压裂工艺。
关键词：煤层气；水力压裂；压裂难点；压裂工艺；缝网压裂
中 图 分 类 号 ：TE317
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1673-1980（2012）03-0053-03
煤层气是吸附于煤层中的一种自生自储式的非 常规气藏，其开发利用不仅可直接获取经济效益，而 且对煤矿减灾、保护大气环境和改善能源消费结构 都具有重要意义。 我国煤层气资源丰富，新一轮资 源评价表明埋深 2 000 m 以上的煤层气地质资源量 为 36.81×1012 亿 m3， 超 过 了 天 然 气 的 地 质 资 源 量 （35×1012m3）［1］，居 世 界 第 三 位 ，开 发 利 用 前 景 广 阔 。 然而我国煤层气具有低压、低渗透、低饱和非均质性 强 等 特 点 ［2］，要 使 煤 层 气 开 发 达 到 工 业 开 采 ， 必 须 进 行增产措施，而水力压裂改造措施是国内外煤层气 井增产的主要手段 。 ［3-4］
参考文献 [1] 刘成林,朱杰,车长波,等.新一轮 全 国 煤 层 气 资 源 评 价 方 法
与 结 果 [J].天 然 气 工 业 ，2009，29(11):130-132. [2] 李景明,巢海燕,李小军,等.中 国 煤 层 气 资 源 特 点 及 开 发 对