煤层气井水力压裂技术参考课件

施工排量：4.5—6 m3/min（冻胶）
5—10 m3/min（水）
加砂强度：5---9 m3/m
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一、煤层特征及压裂的特点
10、支撑剂嵌入影响裂缝导流能力
砂岩层支撑剂嵌入试验
煤层支撑剂嵌入试验
嵌入痕迹
嵌入痕迹
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一、煤层特征及压裂的特点
11、煤层对压裂液的吸附性污染
液体对砂岩（灰岩等）的伤害主要是残渣堵塞。 液体对煤层伤害：吸附性伤害和堵塞性伤害。 伤害的后果： 裂缝导流能力降低， 影响煤层吸 附气的解吸。 因此，压裂液的优化在煤层压裂技术中占有非常 重要的位置。
岩石强度低：抗压强度19.5～119MPa，大部分40～60MPa，抗 张强度0.06～2.34MPa，明显低于砂岩强度；
泊 松 比 高：泊松比在0.18～0.42之间，平均为0.33，高于砂岩； 压缩系数大：体积压缩系数1.80×10-4 ～ 202×10-3MPa，孔隙
压缩系数为0.12-0.96；
壁和页岩夹矸中裂缝的横剖面图
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一、煤层特征及压裂的特点
5、裂缝可能很复杂
A
B
C
A
C
澳大利亚波恩盆地ECC90井裂缝实地观察示意图(SPE24362)
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一、煤层特征及压裂的特点
6、近井地带更容易发生复杂裂缝
复杂裂缝
垂直裂缝 水平裂缝
单一垂直缝 单一水平缝 复杂缝
复杂裂缝
பைடு நூலகம்垂直裂缝 水平裂缝
垂直裂缝
单一垂直缝 单一水平缝 复杂缝
煤层气井水力压裂技术
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内容
一、煤层特征及压裂的特点 二、煤层水力压裂工艺技术
1、施工参数 2、压裂材料 3、裂缝诊断 4、压后管理 三、影响煤层压裂效果的因素
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一、煤层特征及压裂的特点
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一、煤层特征及压裂的特点
1、煤岩的结构煤层气储存方式
面割理
微 孔 隙 吸 附 储 气
端割理
煤岩
孔隙
油 气 储 存 空 间
4、容易形成较宽的裂缝
在水力压裂的数学模型中，介质材料在外力作用下形成裂 缝的宽度与杨氏模量成反比，即WF=f(1/E)。由于煤岩杨氏模量 要比普通砂岩低（一般3-10倍），因此煤层压裂裂缝宽度在 10mm左右甚至更宽。
澳大利亚波恩盆地ECC90井裂缝 实地观察示意图(SPE24362)
宾夕法尼亚格林县艾莫拉尔德煤矿匹兹堡煤层ER-8号井孔附近
井深（m）
1500
煤层压裂施工井深与破压梯度的关系图
★ 煤层埋藏越浅其裂隙扩展受应力影响越小！ 11
1 11 1
一常、规油煤气层田计特算征滤失及系数压：裂的= 特+点 +
C C1 C2 C3
8、式较中：大C1的= 0动.05态4((滤KΔ失PΦ)/μa)1/2 煤层压C2裂= 液0.的043滤Δ失P((：KCfΦ)/μ)1/2 C1 -C-3-（试压验裂得液出的粘造度壁控性制滤失的系滤数失) 系数
率低、易砂堵的原因之一。 12
一、煤层特征及压裂的特点
9、要求加大施工规模
单 位
华北地质局 沈煤公司
华北地质局 晋丹公司 中石油 美ARCO
美PHILIPS 美TEXACO
澳LOWELL 中石油 中联煤
东煤107队
地点 / 时间(年)
安阳/ 92-93 沈阳/1991 柳林/92-94 潘庄/94-大城/1998 三交/99-02 兴县/99-01 淮北/00-01
煤层割C3理-发-育- ，试受验高得压液出体的进造入后壁扩性张滤引失起动系态数滤失，附加滤失系数：
C2 --- 地层渗透率控制的滤失系数
C4=C04.=20.52R5(R(ΔΔPP//μμ))1/12/2-(R-—-动端割态理滤宽失度系之半数) 渗透率的变化 CC ==FF(C1(,CC21,,CC3, 2C,4)C3, C4) 动态滤失煤层压裂液滤失不可忽视的因素，这也是用于煤层的压裂液效
砂岩
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一、煤层特征及压裂的特点
2、煤岩特性----煤层有较低的杨氏模量和高的波松比
山西晋城煤层气JXS11探井取芯室内实验结果
序 取芯 号 深度
m
岩性
实验结果
静态
E
V
（MPa）
体积压缩系数 抗压强
（1041/MPa）
度
（MPa）
1
605 泥岩
31579 0.19
1.26
191
2 606.8 灰泥岩 28503 0.16
渗透率
(10-3μm2) 0.13
0.5左右 0.1-12 0.08-0.2 0.2-0.5 5-100? 0.2-100? 0.4-3.2
1-8 1左右
1-3 0.3-0.5
压力 系数
0.9 0.86 0.91 0.9 0.96 1.0 0.9 0.95
增产 措施
压裂 压裂 压裂 压裂 压裂 压裂 压裂 压裂
/
168
3
611 泥岩
14791 0.28
1.65
81
4
624 煤岩
3971 0.30
5.27
43
5 632.0 灰泥岩 15995 0..1077
2.12
125
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一、煤层特征及压裂的特点
煤岩力学特征参数
杨氏模量低：煤岩的杨氏模量在1135～8800MPa之间，为常规 砂岩的1/5～1/10；动态杨氏模量约为静态杨氏模 量的 2倍左右。
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一、煤层特征及压裂的特点
3、煤岩力学特征
煤岩的力学性质与煤阶有较大的关系，一般来说， 随煤阶的增高，杨氏模量增加，弹性明显。低煤阶在埋 藏较深的条件下显出有较大的弹性特征，而埋深浅的则 塑性明显。
测试结果表明：煤岩煤阶和埋藏深度是使杨氏模量 增加的主要原因，体现了煤层内部结构的变化和压缩性。
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一、煤层特征及压裂的特点
试采 井数
5 5 6 6 5 18 5 4
0.89
压裂
4
0.96
压裂
6
0.94
压裂
10
＜1
压裂
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与美国的大部分煤层气开发地区相比， 我国含煤地区煤层原始 渗透率处于较低的范围，因此增产措施是提高单井产量的主要手段。 13
Elkins曲线
加大规模（排量，砂量，液量等）的目的针对满足煤 层低渗，复杂的水力裂缝和较大的液体滤失特点。
军渡/00-01 樊庄/99-00 枣园/00-阜新/01--
煤 阶
肥-焦煤 长烟煤
焦煤 无烟煤 肥-焦煤
焦煤 焦煤 气-焦煤
焦煤 无烟煤 无烟煤 长烟煤
深度 （m）
569-669 300-500 400-600 400-600
1130-1208
340-600 500 8001100 650
500-650 500-650 780-910
复杂裂缝
水平裂缝
单一垂直缝 单一水平缝 复杂缝
第一次停泵裂缝形态（近井）
第二次停泵裂缝形态（近井）
第三次停泵裂缝形态（远井）
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一、煤层特征及压裂的特点
7、 裂缝形状与煤层埋深关系
破压梯度（psi/ft）
3.5 3
2.5 2
1.5 1
0.5 0 0
y = 18.732x -0.4143
500
1000