煤層氣井多裂縫壓裂改造技術(shù)研究與應(yīng)用

李瑞冬 李亞平 陳文征

摘要：我國煤層氣資源的儲(chǔ)備量非常豐富，但是有部分的煤層氣儲(chǔ)層的滲透率較低，由于煤層氣與普通油氣藏儲(chǔ)層之間存在著明顯差別，因此針對(duì)煤層氣所具有的特性，需要進(jìn)行多裂縫壓裂改造，使主裂縫和次生裂縫形成有效結(jié)合，提高儲(chǔ)層的滲透率，降低儲(chǔ)層的滲流能力，改善儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，可以有效提高煤層氣的產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：煤層氣;多裂縫;壓裂改造技術(shù)

我國煤層氣儲(chǔ)層的含量比較大，但是由于具有低滲、低壓、低孔等特征，在開采方面往往會(huì)出現(xiàn)很多技術(shù)難題。提高煤層滲透性的方法主要有洞穴法和水力壓裂法，在實(shí)際運(yùn)用過程中，對(duì)煤層產(chǎn)生裂縫而增加煤層的滲透性，但是這兩種方法在使用的過程中會(huì)有一定的局限性。由于煤層帶有孔隙和裂縫兩種介質(zhì)，因此煤層的可塑性較高，容易產(chǎn)生復(fù)雜性裂縫系統(tǒng)，煤層的原始滲透率較差，需要對(duì)煤層進(jìn)行改造，壓裂改造技術(shù)是一種有效的增產(chǎn)方法，煤層儲(chǔ)層與其他儲(chǔ)層的特征和裂縫擴(kuò)展方式都存在差異性，水力壓裂技術(shù)在煤層中所形成的裂縫大小、形狀與壓裂工藝有著直接關(guān)系[1]。

1煤層氣儲(chǔ)層開發(fā)現(xiàn)狀

目前我國的常規(guī)石油和天然氣儲(chǔ)量一直在不斷減少，并且隨著開采的不斷深入，會(huì)增加開采成本和難度。而煤層氣作為一種非常規(guī)能源在我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的地位越來越重要，另外由于我國的煤層多為結(jié)構(gòu)性煤層，在成煤后會(huì)對(duì)煤層構(gòu)造產(chǎn)生嚴(yán)重地破壞，這種情況的出現(xiàn)阻礙了煤層氣的解析，從而在開采過程中不會(huì)形成滲流能力，同時(shí)煤層具有低滲透率、低孔隙度、低壓力等特點(diǎn)，對(duì)煤層氣的開采造成了難度，目前我國主要運(yùn)用的開發(fā)技術(shù)為水力壓裂技術(shù)，但由于該技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用的過程中會(huì)存在一定的局限性，并且開采成本比較高，嚴(yán)重制約了我國對(duì)煤層氣的開發(fā)。

2煤層壓裂的特點(diǎn)

2.1裂縫形態(tài)復(fù)雜多變

由于煤層氣儲(chǔ)層與油氣藏儲(chǔ)層性質(zhì)存在差異性，因此，在進(jìn)行壓裂過程中，會(huì)根據(jù)煤層的深淺、厚度、發(fā)育狀態(tài)等因素的影響，導(dǎo)致在儲(chǔ)層中會(huì)形成水平裂縫、垂直裂縫、T型裂縫等裂縫狀態(tài)。

2.2施工壓力高

煤層在壓裂的過程中需要較高的施工壓力，主要包括以下幾種原因：第一，由于煤層結(jié)構(gòu)容易破裂，在壓裂過程中，濾失量的增加會(huì)導(dǎo)致煤層的空氣壓力增加，從而使煤層井壁的力學(xué)性能減弱，因此在開采過程中會(huì)產(chǎn)生較多的煤屑，會(huì)導(dǎo)致地層應(yīng)力增大，施工壓力增加。第二，煤屑與壓力液進(jìn)行混合，進(jìn)而增加壓裂液的粘度，流體的流動(dòng)阻力加大，在嚴(yán)重的情況下，會(huì)導(dǎo)致裂縫發(fā)生堵塞，進(jìn)而需要升高施工壓力[2]。第三，煤層的割理分布會(huì)導(dǎo)致在壓裂過程中形成復(fù)雜的裂縫，導(dǎo)致壓裂液流動(dòng)阻力增大，從而引起施工壓力升高。

2.3壓裂液會(huì)對(duì)煤層造成傷害

由于煤層受到吸附、速敏、水敏等因素的影響，在壓裂過程中壓裂液會(huì)對(duì)煤層造成嚴(yán)重傷害，壓裂液的濾失性也會(huì)導(dǎo)致造縫效率較低。另外，煤粉會(huì)堵塞孔隙，從而降低煤層的滲透率。

3多裂縫壓裂技術(shù)的原理

通過大量實(shí)踐表明，煤層基質(zhì)中的滲流通道受到地應(yīng)力的作用會(huì)處于閉合狀態(tài)，要想實(shí)現(xiàn)流通道打開，必須采用一些技術(shù)手段來產(chǎn)生新的裂縫和天然裂縫進(jìn)行相連，從而緩解煤層中的地應(yīng)力，提高儲(chǔ)層的滲透率，增強(qiáng)煤層氣的解吸能力，由于煤層的地質(zhì)特性，常規(guī)的壓裂工藝所形成的裂縫為對(duì)稱裂縫，這種裂縫所形成的泄流面積有限，在初期的產(chǎn)量較高，但是隨著開采時(shí)間的延長，遞減速度較快[3]。利用多裂縫壓裂技術(shù)會(huì)形成多條主裂縫，并且能夠合理控制裂縫的形態(tài)和延伸方向，增加泄流面積，可以有效提高煤層氣的產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的目標(biāo)。

多條裂縫壓裂技術(shù)在壓裂過程中會(huì)使用到暫堵劑，合理利用暫堵劑得的塑性和支撐劑的剛性，利用水力壓裂的施工控制，能夠?qū)λa(chǎn)生的裂縫發(fā)生橋堵，可以有效提升裂縫的凈壓力，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層內(nèi)天然裂縫之間的相互溝通，提高儲(chǔ)層的滲透率，可以有效增強(qiáng)儲(chǔ)層的泄流面積[4]。

另外，假設(shè)煤層氣儲(chǔ)層為同性彈性介質(zhì)，煤層氣儲(chǔ)層中會(huì)存在大量的割理結(jié)構(gòu)，但是多極脈沖壓力引起的應(yīng)力波長會(huì)大于其寬度，當(dāng)應(yīng)力波傳送至微裂縫時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，煤層氣儲(chǔ)層中的應(yīng)力分布不會(huì)產(chǎn)生明顯的變化，因此可以確定煤層氣儲(chǔ)層為同性彈性介質(zhì)。煤層氣儲(chǔ)層在原始狀態(tài)下會(huì)受到最大水平應(yīng)力和最小水平應(yīng)力以及垂向用力的作用下，處于一種平衡狀態(tài)，因此可以對(duì)儲(chǔ)層中的某一井段選取一個(gè)微裂縫的體積單元，建立數(shù)學(xué)模型[5]。

4應(yīng)用實(shí)例

NW煤層中呈狹長帶狀，該煤層較厚、煤質(zhì)好，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)10口井進(jìn)行壓裂施工，取得了較好的開采效果。

4.1多裂縫壓裂工藝現(xiàn)場(chǎng)施工注意事項(xiàng)

在開采過程中，由于中深煤層施工壓力較高，導(dǎo)致支撐劑不能順利進(jìn)入底層，出現(xiàn)只進(jìn)液不出的情況，形成脫砂現(xiàn)象，因此在施工過程中需要注意以下幾個(gè)方面：第一，加強(qiáng)液體粘度可以有效減少裂縫轉(zhuǎn)向，增加裂縫寬度，可以提高裂縫的滲流能力;第二，合理配置前置液，控制裂內(nèi)凈壓力，提高多裂縫形成;第三，段塞后期需要提高排量增加裂縫凈壓力，實(shí)現(xiàn)主裂縫的穿透力。

4.2施工曲線分析

在進(jìn)行壓裂改造過程中，整體的施工壓力較低，加砂較為順利，累積加砂65m3，在施工18分鐘以后會(huì)形成破壓，在曲線分布上會(huì)形成明顯波動(dòng)，可以表明水力裂縫遇到天然裂縫發(fā)育帶，壓力段壓力出現(xiàn)明顯下降，說明主裂縫延伸狀態(tài)較好。在進(jìn)行壓裂之后，煤層氣每日可產(chǎn)6.5×103m3，說明壓裂改造效果較好。

5結(jié)束語

合理利用多裂縫壓裂工藝能夠有效提高煤層氣的開采效率，控制多裂縫壓裂工藝在沒成功的發(fā)育情況，可以確保該工藝在每層應(yīng)用中的合理性和科學(xué)性，在實(shí)際應(yīng)用過程中需要防止脫砂現(xiàn)象，多裂縫壓裂工藝的合理應(yīng)用，可以使煤層氣儲(chǔ)層中形成多條裂縫，增加了煤層氣的泄漏面積，能夠有效提高煤層氣的開采效率，并且效果較為明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊新樂，張永利，章夢(mèng)濤.超短半徑水平鉆井技術(shù)在煤層氣開采中的應(yīng)用[J].煤炭工程，2006，08：25-26.

[2]許露露，崔金榜，黃賽鵬，湯繼丹，蔡路，喻鵬.煤層氣儲(chǔ)層水力壓裂裂縫擴(kuò)展模型分析及應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014，3910：2068-2074.

[3]黃華州，桑樹勛，苗耀，宋化發(fā)，張化軍，沈國棟.煤層氣井合層排采控制方法[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014，39S2：422-431.

[4]謝學(xué)恒，秦學(xué)成.煤層氣井見氣時(shí)間預(yù)測(cè)方法及其應(yīng)用[J].煤礦開采，2013，1804：5-7.

[5]馮立杰，江濤，岳俊舉，王金鳳.煤層氣開采鉆井工程關(guān)鍵影響因素識(shí)別研究[J].煤礦安全，2018，4912：177-180.