论文部分内容阅读
[摘 要]在能源需求不断增大的今天，我国的煤矿等能源已基本能满足所需，不过由于对煤气层的开采时间短，设备技术等还和美、德等有一定的差距，本文就对煤层气压裂工艺进行对照学习，当然，此只为学习交流，对不同的压裂技术适用性进行分析，对这于煤层气储层在压裂过程中使用的压裂液、支撑剂和压裂工艺选择方面具有重要的借鉴意义。
[关键词]煤层气压裂；工艺研究
中图分类号：TD845 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0091-01
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。
1 煤层气压裂机理
利用地面高压泵组，将高粘度压裂液在大排量条件下注入井中，在井底憋起高压；当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层产生裂缝；继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，沟通煤层裂隙，最后通过煤层气排水-降压-解吸的过程，达到正常排气的目的。
2 煤层气压裂目的及意义
（1）压裂消除了井筒附近储层在钻井、固井、完井过程中造成的伤害。
（2）压裂使井孔与煤储层的裂隙系统更有效的联通。
（3）压裂可加速脱水，加大气体解吸率，增加产量。
（4）压裂可更广泛地分配井孔附近的压降，降低煤粉产量。
3 煤层气压裂效果影响因素
3.1 煤粉的影响
由于煤层的疏松易碎性，在压裂作业时会由于煤层的破裂和压裂液的冲刷产生煤粉。煤粉极易聚集起来堵塞裂缝的端部，改变裂缝方向，使压裂施工压力增高。但是，在压裂中生成煤粉不可避免。目前的常用方法是在压裂液中加入化学药，使煤粉悬浮在压裂液中。
3.2 压裂液的影响
由于压裂液滤并不一定能沿整个裂缝壁面形成，较容易被压裂流堵塞，堵塞造成的煤层渗透率伤害较砂岩地层严重。若煤层薄，孔隙度低而渗透率高，压裂液在煤层中侵入会更深，伤害的潜力将比预想的严重。另外，煤层是一个具有很强吸附能力的介质。煤层吸附液体的后果之一是造成煤层基质的膨胀，且因煤对液体的吸附和所引起的基质膨胀完全不可逆。因此煤与液体化学剂接触会对煤层渗透率及割理孔隙度造成严重的伤害。此外，煤层是一个低温、低压储层，这给交联压裂液的破胶和返排带来极大困难，在煤层裂缝中有大量的压裂液残渣，这极大地影响了增产效果。
3.3 压实性的影响
煤层在压裂过程中易产生裂缝，但支撑剂的嵌入，在裂缝的壁面附近形成了一个应力集中区。它的存在大幅度降低了裂缝附近煤层的渗透率。尽管通过压裂可以在煤层中形成较高渗流能力的裂缝通道，但在煤层基质与裂缝的之间通道受到阻碍。目前已经通过实验使用高能气体压裂技术，在煤层中瞬时产生高压，通过气体的推进形成裂缝，这种裂缝可以避免水力压裂的压实作用。
4 煤层气压裂技术
4.1液态CO2压裂技术
在油气层压裂改造过程中将液态CO2作为介质实施增产措施，除形成裂缝外，CO2还能大幅度降低原油粘度，增加溶解气的能量，达到增产的目的。在压裂过程中，将液态CO2入地层，压裂结束后在地层温度下
CO2快速气化，溶混于原油中，能大幅度降低原油粘度，增加溶解气驱的能量。液态CO2压裂技术的优点是对储层伤害最小。适用水敏性储层、含原油较稠的储层、低压储层、易伤害储层。
4.2 二级加砂压裂工艺
二次加砂压裂就是在压裂中，把设计的总砂量，分成两批加入，先将第一批砂量加入地层，停泵一段时间，让裂缝闭合，然后重新开泵加入剩余砂量。在加砂量达到一定数量后，人为地将施工砂比提高到发生砂堵的极限，然后停砂继续注前置液造缝再加砂，当砂量达到一定数量后，再将施工砂比人为地提高到发生砂堵的极限上。按此工艺可以进行多级加砂，有利于更多地沟通天然割理缝系，加砂量应适应于具体的压裂层。适用于煤层孔隙疏松，压裂液易滤失的煤层。
4.3 清水压裂技术
清水压裂是用清水做攜砂液的一种水力压裂，是目前压裂领域的尖端技术之一，也是国内外不断深人研究的一个热门课题。其优点在于成本低、节省人力物力、污染小、性能稳定、压后返排好、整体效果好。但清水压裂也存在着自身运载能力不足，容易出现砂堵事故等弊端，因此，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。
4.4 高能气体压裂技术
高能气体压裂技术是利用固态、液态火药或推进剂在油层目的层快速燃烧产生的大量高温高压气体，对地层脉冲加载压裂，使地层产生并形成多裂缝体系，同时产生较强的脉冲震荡作用作用地层基质，综合改善和提高地层渗透导流能力，扩大有效采油（气）范围，以达到提高产量的目的。其优点是能在地层产生不受地应力约束的多裂缝体系，有利于沟通天然裂缝，扩大泄流面积，同时产生较强的脉冲震荡传播作用有利于改变地层岩性基质微错动变化，沟通基质通道，延伸地层深处，提高了地层渗透性，提高了油气井产量。高能气体压裂的优点是减小对煤储层造成水敏性污染，且裂缝的延伸方向不受地应力控制、可形成多裂缝体系，成本低，不伤害煤层。
综上所述，煤层类型多，储层物性差异大，需根据煤层气的特点，借鉴、吸收国外先进研究成果和丰富经验，研究适合中国煤层气特点的压裂注入工艺及其配套技术，同时在施工中要注意与常规地层的差异，在不断积累的经验中进一步完善压裂技术在煤层气开发中的应用，从而指导煤层气高效开发。
参考文献
[1] 张志全，张军，许弟龙.煤层气井水力压裂设计[几江汉石油学院学报，2001（2）.
[2] 郎学军，李凤霞，刘洪生，秦冬林.斜井压裂工艺技术及其应用M.油田化学，2004（1）.
[3] 刘浩.高煤级煤储层水力压裂的裂缝预测模型及效果评价一以沁水盆地南部为例[L].河南理工大学，2010.
[4] 尹清奎，李玉魁，杨清荣，黄元海.煤层压裂施工过程中压力分析及应用[几中国煤层气，1999（02）.
[5] 陈小新，魏英杰，陈波，张建涛.斜井压裂成功的典型做法[几钻采工艺，2003（1）.
[6] 李海涛，王永清，李洪建.压裂施工井的射孔优化设计方法[几天然气工业，1998（2）.
[7] 罗钟鸣.斜井压裂射孔设计研究[L].西南石油学院2005.
[关键词]煤层气压裂；工艺研究
中图分类号：TD845 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0091-01
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。
1 煤层气压裂机理
利用地面高压泵组，将高粘度压裂液在大排量条件下注入井中，在井底憋起高压；当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时，在井底附近地层产生裂缝；继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，沟通煤层裂隙，最后通过煤层气排水-降压-解吸的过程，达到正常排气的目的。
2 煤层气压裂目的及意义
（1）压裂消除了井筒附近储层在钻井、固井、完井过程中造成的伤害。
（2）压裂使井孔与煤储层的裂隙系统更有效的联通。
（3）压裂可加速脱水，加大气体解吸率，增加产量。
（4）压裂可更广泛地分配井孔附近的压降，降低煤粉产量。
3 煤层气压裂效果影响因素
3.1 煤粉的影响
由于煤层的疏松易碎性，在压裂作业时会由于煤层的破裂和压裂液的冲刷产生煤粉。煤粉极易聚集起来堵塞裂缝的端部，改变裂缝方向，使压裂施工压力增高。但是，在压裂中生成煤粉不可避免。目前的常用方法是在压裂液中加入化学药，使煤粉悬浮在压裂液中。
3.2 压裂液的影响
由于压裂液滤并不一定能沿整个裂缝壁面形成，较容易被压裂流堵塞，堵塞造成的煤层渗透率伤害较砂岩地层严重。若煤层薄，孔隙度低而渗透率高，压裂液在煤层中侵入会更深，伤害的潜力将比预想的严重。另外，煤层是一个具有很强吸附能力的介质。煤层吸附液体的后果之一是造成煤层基质的膨胀，且因煤对液体的吸附和所引起的基质膨胀完全不可逆。因此煤与液体化学剂接触会对煤层渗透率及割理孔隙度造成严重的伤害。此外，煤层是一个低温、低压储层，这给交联压裂液的破胶和返排带来极大困难，在煤层裂缝中有大量的压裂液残渣，这极大地影响了增产效果。
3.3 压实性的影响
煤层在压裂过程中易产生裂缝，但支撑剂的嵌入，在裂缝的壁面附近形成了一个应力集中区。它的存在大幅度降低了裂缝附近煤层的渗透率。尽管通过压裂可以在煤层中形成较高渗流能力的裂缝通道，但在煤层基质与裂缝的之间通道受到阻碍。目前已经通过实验使用高能气体压裂技术，在煤层中瞬时产生高压，通过气体的推进形成裂缝，这种裂缝可以避免水力压裂的压实作用。
4 煤层气压裂技术
4.1液态CO2压裂技术
在油气层压裂改造过程中将液态CO2作为介质实施增产措施，除形成裂缝外，CO2还能大幅度降低原油粘度，增加溶解气的能量，达到增产的目的。在压裂过程中，将液态CO2入地层，压裂结束后在地层温度下
CO2快速气化，溶混于原油中，能大幅度降低原油粘度，增加溶解气驱的能量。液态CO2压裂技术的优点是对储层伤害最小。适用水敏性储层、含原油较稠的储层、低压储层、易伤害储层。
4.2 二级加砂压裂工艺
二次加砂压裂就是在压裂中，把设计的总砂量，分成两批加入，先将第一批砂量加入地层，停泵一段时间，让裂缝闭合，然后重新开泵加入剩余砂量。在加砂量达到一定数量后，人为地将施工砂比提高到发生砂堵的极限，然后停砂继续注前置液造缝再加砂，当砂量达到一定数量后，再将施工砂比人为地提高到发生砂堵的极限上。按此工艺可以进行多级加砂，有利于更多地沟通天然割理缝系，加砂量应适应于具体的压裂层。适用于煤层孔隙疏松，压裂液易滤失的煤层。
4.3 清水压裂技术
清水压裂是用清水做攜砂液的一种水力压裂，是目前压裂领域的尖端技术之一，也是国内外不断深人研究的一个热门课题。其优点在于成本低、节省人力物力、污染小、性能稳定、压后返排好、整体效果好。但清水压裂也存在着自身运载能力不足，容易出现砂堵事故等弊端，因此，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。
4.4 高能气体压裂技术
高能气体压裂技术是利用固态、液态火药或推进剂在油层目的层快速燃烧产生的大量高温高压气体，对地层脉冲加载压裂，使地层产生并形成多裂缝体系，同时产生较强的脉冲震荡作用作用地层基质，综合改善和提高地层渗透导流能力，扩大有效采油（气）范围，以达到提高产量的目的。其优点是能在地层产生不受地应力约束的多裂缝体系，有利于沟通天然裂缝，扩大泄流面积，同时产生较强的脉冲震荡传播作用有利于改变地层岩性基质微错动变化，沟通基质通道，延伸地层深处，提高了地层渗透性，提高了油气井产量。高能气体压裂的优点是减小对煤储层造成水敏性污染，且裂缝的延伸方向不受地应力控制、可形成多裂缝体系，成本低，不伤害煤层。
综上所述，煤层类型多，储层物性差异大，需根据煤层气的特点，借鉴、吸收国外先进研究成果和丰富经验，研究适合中国煤层气特点的压裂注入工艺及其配套技术，同时在施工中要注意与常规地层的差异，在不断积累的经验中进一步完善压裂技术在煤层气开发中的应用，从而指导煤层气高效开发。
参考文献
[1] 张志全，张军，许弟龙.煤层气井水力压裂设计[几江汉石油学院学报，2001（2）.
[2] 郎学军，李凤霞，刘洪生，秦冬林.斜井压裂工艺技术及其应用M.油田化学，2004（1）.
[3] 刘浩.高煤级煤储层水力压裂的裂缝预测模型及效果评价一以沁水盆地南部为例[L].河南理工大学，2010.
[4] 尹清奎，李玉魁，杨清荣，黄元海.煤层压裂施工过程中压力分析及应用[几中国煤层气，1999（02）.
[5] 陈小新，魏英杰，陈波，张建涛.斜井压裂成功的典型做法[几钻采工艺，2003（1）.
[6] 李海涛，王永清，李洪建.压裂施工井的射孔优化设计方法[几天然气工业，1998（2）.
[7] 罗钟鸣.斜井压裂射孔设计研究[L].西南石油学院2005.