深層煤層氣壓裂技術(shù)的研究與應(yīng)用

霍志星(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048000)

深層煤層氣壓裂技術(shù)的研究與應(yīng)用

霍志星(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048000)

近年來，隨著能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及人們對(duì)能源需求量的不斷提升，我國(guó)的煤層氣勘探開發(fā)工作也取得了很大的進(jìn)展。在煤層氣的開采中，水力壓裂是一種十分有效的方式。某煤層氣儲(chǔ)層的煤層深度約2000米，屬于深層煤層氣，對(duì)其的壓裂開采難度較大，且缺乏成熟的、可供借鑒的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。本文以該深層煤層氣儲(chǔ)層為例，介紹了深層煤層氣壓裂技術(shù)及其應(yīng)用。

深層煤層氣；壓裂技術(shù)；研究；應(yīng)用

煤層氣是一種自生自儲(chǔ)式的天然氣，它賦存于煤層當(dāng)中。相較于一般的天然氣儲(chǔ)層而言，煤層氣儲(chǔ)層既是煤層氣的儲(chǔ)集層和氣源巖，也是其產(chǎn)出層。我國(guó)有著豐富的煤層氣資源，目前對(duì)于煤層氣的開發(fā)也已取得了很多成果，例如對(duì)鄂爾多斯盆地東緣、沁水盆地等煤層氣的開發(fā)。某深層煤層氣儲(chǔ)層位處鄂爾多斯盆地發(fā)育石炭一二疊紀(jì)含煤巖系和侏羅紀(jì)含煤巖系中，不但煤層十分發(fā)育，且深度較大。目前，測(cè)得該煤層氣儲(chǔ)層的煤層深度約2000米，所以在其的開采中，對(duì)壓力技術(shù)的應(yīng)用難度也較大。

1 深層煤層氣壓裂液技術(shù)

在應(yīng)用水力壓裂對(duì)煤層進(jìn)行改造的過程中，壓裂液雖然能夠發(fā)揮出其造縫和攜砂的主要作用，同時(shí)還會(huì)在一定程度上給儲(chǔ)層帶來傷害，因?yàn)閴毫岩菏乔秩氲綁毫褍?chǔ)層當(dāng)中的，尤其是對(duì)于一些表面較大的煤層的傷害更加嚴(yán)重。所以，在壓裂液的應(yīng)用中，不僅僅要保證其滿足壓裂工藝要求，即發(fā)揮出本身應(yīng)有的作用，還要確保其與儲(chǔ)層具有良好的配伍性，以減輕因壓裂液侵入而對(duì)地層產(chǎn)生的傷害?？梢?，對(duì)深層煤層氣壓裂液技術(shù)的研究重點(diǎn)在于通過深入分析煤儲(chǔ)層的特征，并根據(jù)壓裂工藝的實(shí)際要求，形成能夠兼顧壓裂效果和對(duì)煤層傷害小的壓裂技術(shù)。

(1)常用的幾種煤層氣壓裂液 目前在我國(guó)的煤層氣壓裂施工中，常用的幾種煤層氣壓裂液有：①活性水壓裂液：其主要是由水、活性劑、助排劑以及防膨劑等構(gòu)成的，具有粘度低、傷害低、污染輕、易返排、不易破膠等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)則在于攜砂能力較差、濾失較大；②瓜膠壓裂液：其具有較強(qiáng)的攜砂能力，且相對(duì)造縫長(zhǎng)、濾失低，整體優(yōu)點(diǎn)較多，但同時(shí)也具有返排困難、殘?jiān)絺?、易破膠不徹底等缺點(diǎn)；③清潔壓裂液：其主要優(yōu)點(diǎn)是易破膠、破膠后無固相殘?jiān)?、防膨效果好、抗剪切力?qiáng)、攜砂能力強(qiáng)以及摩阻低等，但其在煤層中的吸附卻容對(duì)煤層造成一定的影響；④泡沫壓裂液：其是一種低傷害的優(yōu)質(zhì)壓裂液，具有粘度高、損害小、濾失低以及清潔裂縫等優(yōu)點(diǎn)，目前在國(guó)外的應(yīng)用歷史比較久，我國(guó)近年來也逐漸開始應(yīng)用，主要缺點(diǎn)在于返排控制難度較大、易造成堵塞以及成本較高。

(2)深層煤層氣壓裂液優(yōu)化 在一定程度上而言，煤層氣井的開采對(duì)壓裂液的使用可借鑒在油藏儲(chǔ)層的開采中水基壓裂液的性能評(píng)價(jià)，不過，鑒于煤層氣儲(chǔ)層與油藏儲(chǔ)層有著較多的不同特性，如表面積大、割理發(fā)育、壓力低、吸附性強(qiáng)等等，所以其在應(yīng)用中容易遇到裂縫系統(tǒng)復(fù)雜、注入壓力高、砂堵、壓裂液返排、煤粉堵塞、支撐劑嵌入等問題。因此，考慮到深層煤層氣的特點(diǎn)，在使用壓裂液時(shí)要對(duì)壓裂性能、各類添加劑以及成本等進(jìn)行一定的優(yōu)化。具體來說，優(yōu)化的內(nèi)容為：①盡量減少對(duì)添加劑，尤其是有機(jī)類添加劑的使用；②進(jìn)一步開發(fā)新的適合于煤層氣壓裂的壓裂液；③在保證壓裂施工效果的前提下盡量降低成本。

2 深層煤層氣壓裂工藝技術(shù)

(1)大排量壓裂技術(shù) 在煤層儲(chǔ)層中，有著大量的天然割理系統(tǒng)，加之在壓裂施工中使用了活性水壓裂液，因此容易造成在壓裂過程中濾失量過大及效率低的情況。而為了控制液體濾失以保障效率，應(yīng)當(dāng)要根據(jù)活性水壓裂液的特點(diǎn)，選擇大排量注入壓裂液的施工方式。

(2)低砂比壓裂技術(shù) 煤層氣壓裂的砂比是由多種因素共同決定的，包括煤層本身的特性、壓裂液及其排量、支撐劑密度等等。煤層具有性脆、易破碎以及易濾失等特性，而這些都容易引起壓裂過程中煤層出現(xiàn)砂堵；再者壓裂液粘度低，也是造成砂堵的一項(xiàng)常見因素。而若應(yīng)用低砂比壓裂技術(shù)，則能夠十分有效地預(yù)防砂堵現(xiàn)象。

(3)脈沖加砂技術(shù) 若想實(shí)現(xiàn)煤層氣開采的增產(chǎn)，其主要途徑之一就是盡量增加縫長(zhǎng)和溝通天然割理系統(tǒng)。在深層煤層氣的壓裂施工過程中，支撐劑的泵入可以選擇采用將前置液與攜砂液交替注入的方式。這種方法既能夠更多地增加縫長(zhǎng)和溝通天然割理系統(tǒng)，同時(shí)又能夠防止砂堵，提高壓裂效率。

(4)復(fù)合支撐技術(shù) 該深層煤層氣儲(chǔ)層的閉合壓力＜20MPa，經(jīng)分析和評(píng)價(jià)后，認(rèn)為其在支撐劑的選擇上以石英砂為宜。由于煤層氣儲(chǔ)層具有易濾失的特點(diǎn)，所以在加砂前，首先要處理天然割理，即加入適量的細(xì)粒徑石英砂，從而降低其濾失；其次在加砂過程中，要加入適量的中粒徑石英砂，從而延伸裂縫；而在加砂后期，則要加入粗粒徑石英砂，以使煤層中的氣流暢通。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著我國(guó)對(duì)于深層煤層氣開發(fā)的不斷深入，對(duì)深層煤層氣壓裂技術(shù)的研究也取得了很多成果。目前常用的深層煤層氣壓裂技術(shù)較多，在實(shí)際施工時(shí)，要根據(jù)具體情況進(jìn)行合理選擇。

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霍志星(1986- )，女，山西晉城人，助理工程師，本科，主要從事煤層氣壓裂增產(chǎn)工作。