煤層氣井多裂縫壓裂改造技術研究與應用

李瑞冬 李亞平 陳文征

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

關鍵詞：煤層氣;多裂縫;壓裂改造技術

我國煤層氣儲層的含量比較大，但是由于具有低滲、低壓、低孔等特征，在開采方面往往會出現很多技術難題。提高煤層滲透性的方法主要有洞穴法和水力壓裂法，在實際運用過程中，對煤層產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有一定的局限性。由于煤層帶有孔隙和裂縫兩種介質，因此煤層的可塑性較高，容易產生復雜性裂縫系統，煤層的原始滲透率較差，需要對煤層進行改造，壓裂改造技術是一種有效的增產方法，煤層儲層與其他儲層的特征和裂縫擴展方式都存在差異性，水力壓裂技術在煤層中所形成的裂縫大小、形狀與壓裂工藝有著直接關系[1]。

1煤層氣儲層開發現狀

目前我國的常規石油和天然氣儲量一直在不斷減少，并且隨著開采的不斷深入，會增加開采成本和難度。而煤層氣作為一種非常規能源在我國能源消費結構中的地位越來越重要，另外由于我國的煤層多為結構性煤層，在成煤后會對煤層構造產生嚴重地破壞，這種情況的出現阻礙了煤層氣的解析，從而在開采過程中不會形成滲流能力，同時煤層具有低滲透率、低孔隙度、低壓力等特點，對煤層氣的開采造成了難度，目前我國主要運用的開發技術為水力壓裂技術，但由于該技術在實際運用的過程中會存在一定的局限性，并且開采成本比較高，嚴重制約了我國對煤層氣的開發。

2煤層壓裂的特點

2.1裂縫形態復雜多變

由于煤層氣儲層與油氣藏儲層性質存在差異性，因此，在進行壓裂過程中，會根據煤層的深淺、厚度、發育狀態等因素的影響，導致在儲層中會形成水平裂縫、垂直裂縫、T型裂縫等裂縫狀態。

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，由于煤層結構容易破裂，在壓裂過程中，濾失量的增加會導致煤層的空氣壓力增加，從而使煤層井壁的力學性能減弱，因此在開采過程中會產生較多的煤屑，會導致地層應力增大，施工壓力增加。第二，煤屑與壓力液進行混合，進而增加壓裂液的粘度，流體的流動阻力加大，在嚴重的情況下，會導致裂縫發生堵塞，進而需要升高施工壓力[2]。第三，煤層的割理分布會導致在壓裂過程中形成復雜的裂縫，導致壓裂液流動阻力增大，從而引起施工壓力升高。

2.3壓裂液會對煤層造成傷害

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對煤層造成嚴重傷害，壓裂液的濾失性也會導致造縫效率較低。另外，煤粉會堵塞孔隙，從而降低煤層的滲透率。

3多裂縫壓裂技術的原理

通過大量實踐表明，煤層基質中的滲流通道受到地應力的作用會處于閉合狀態，要想實現流通道打開，必須采用一些技術手段來產生新的裂縫和天然裂縫進行相連，從而緩解煤層中的地應力，提高儲層的滲透率，增強煤層氣的解吸能力，由于煤層的地質特性，常規的壓裂工藝所形成的裂縫為對稱裂縫，這種裂縫所形成的泄流面積有限，在初期的產量較高，但是隨著開采時間的延長，遞減速度較快[3]。利用多裂縫壓裂技術會形成多條主裂縫，并且能夠合理控制裂縫的形態和延伸方向，增加泄流面積，可以有效提高煤層氣的產量，實現穩產高產的目標。

多條裂縫壓裂技術在壓裂過程中會使用到暫堵劑，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，能夠對所產生的裂縫發生橋堵，可以有效提升裂縫的凈壓力，實現儲層內天然裂縫之間的相互溝通，提高儲層的滲透率，可以有效增強儲層的泄流面積[4]。

另外，假設煤層氣儲層為同性彈性介質，煤層氣儲層中會存在大量的割理結構，但是多極脈沖壓力引起的應力波長會大于其寬度，當應力波傳送至微裂縫時，會發生衍射現象，煤層氣儲層中的應力分布不會產生明顯的變化，因此可以確定煤層氣儲層為同性彈性介質。煤層氣儲層在原始狀態下會受到最大水平應力和最小水平應力以及垂向用力的作用下，處于一種平衡狀態，因此可以對儲層中的某一井段選取一個微裂縫的體積單元，建立數學模型[5]。

4應用實例

NW煤層中呈狹長帶狀，該煤層較厚、煤質好，對現場10口井進行壓裂施工，取得了較好的開采效果。

4.1多裂縫壓裂工藝現場施工注意事項

在開采過程中，由于中深煤層施工壓力較高，導致支撐劑不能順利進入底層，出現只進液不出的情況，形成脫砂現象，因此在施工過程中需要注意以下幾個方面：第一，加強液體粘度可以有效減少裂縫轉向，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，實現主裂縫的穿透力。

4.2施工曲線分析

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

5結束語

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育情況，可以確保該工藝在每層應用中的合理性和科學性，在實際應用過程中需要防止脫砂現象，多裂縫壓裂工藝的合理應用，可以使煤層氣儲層中形成多條裂縫，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：

[1]楊新樂，張永利，章夢濤.超短半徑水平鉆井技術在煤層氣開采中的應用[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.煤層氣儲層水力壓裂裂縫擴展模型分析及應用[J].煤炭學報，2014，3910：2068-2074.

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

[4]謝學恒，秦學成.煤層氣井見氣時間預測方法及其應用[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鍵影響因素識別研究[J].煤礦安全，2018，4912：177-180.