1、煤層氣壓裂及排采技術煤層氣壓裂排采工藝交流第1頁匯報內容一、試氣工作概況二、試氣工作亮點三、存在問題四、下步工作規劃和提議煤層氣壓裂排采工藝交流第2頁參數常規儲層煤層氣流體性質達西氣體流向井筒菲克擴散定律經過微孔。 達西流過裂縫氣體儲存 天然氣儲存在大孔隙中、恪守實際氣體法則氣體依據吸附原理儲存于微孔隙表面產量曲線依據衰減曲線制訂生產計劃早期負衰減曲線氣體含量測量經過測井曲線測量氣體含量經過經過巖心測量氣體含量、無法測井曲線測量氣體含量儲層組成無機儲層有機儲層水力壓裂水力壓裂需要強度流體需要水力壓裂、滲透率決定于壓裂效果滲透率與壓力關系滲透率與壓力無關滲透率與高壓相關井間干擾井間干擾不利于生產

2、井間干擾利于生產、進行多層鉆井進行開采煤層氣與常規儲層氣開發對比一、 國內外煤層氣現實狀況煤層氣壓裂排采工藝交流第3頁一、 國內外煤層氣現實狀況技術國外國內儲層評價中低煤階中高煤階鉆井完井技術直井洞穴完井和羽狀水平井直井套管射孔完井和羽狀水平井增產改造技術直井壓裂技術直井壓裂技術排采技術排水采氣排水采氣試驗室測試技術快速解吸、高壓吸附測試快速解吸、高壓吸附測試美國、加拿大和澳大利亞以中低煤階為主。中國以中高煤階煤層氣為主， 技術總體配套，初步形成開發規模。國內外煤層氣開發對比煤層氣壓裂排采工藝交流第4頁一、 國內外煤層氣現實狀況低煤階煤層氣開發方式對比煤層氣壓裂排采工藝交流第5頁一、 國內外煤

3、層氣現實狀況中高煤階煤層氣開發方式對比煤層氣壓裂排采工藝交流第6頁煤層氣壓裂排采工藝交流第7頁煤 巖砂 巖面割理端割理孔隙微孔隙吸附儲氣油氣儲存空間煤巖結構煤層氣儲存方式二、 壓裂工藝及壓裂液體系1、煤層氣壓裂工藝煤層氣壓裂排采工藝交流第8頁二、 壓裂工藝及壓裂液體系活性水壓裂液體系光套管注入工藝大液量、大排量低砂比國內煤層氣壓裂工藝新工藝：水力噴射分段壓裂、氮氣泡沫壓裂、清潔壓裂液、低濃度瓜膠壓裂工藝等。1、煤層氣壓裂工藝煤層氣壓裂排采工藝交流第9頁二、 壓裂工藝及壓裂液體系1、煤層氣壓裂工藝現在應用較多技術是垂直井射孔完井壓裂加砂抽排降液解吸氣體壓裂設計關鍵是處理裂縫幾何形狀問題、加砂程序

4、問題；壓裂工藝關鍵是處理壓裂液濾失、支撐劑嵌入、煤粉產生和支撐劑返吐問題。壓裂液關鍵是處理對煤層傷害，有一定造縫攜砂能力。煤層氣壓裂排采工藝交流第10頁二、 壓裂工藝及壓裂液體系2、壓裂液體系壓裂液類型優點缺點活性水壓裂液對煤層傷害小、成本低、配液簡單高摩阻，限制了施工排量，施工中煤粉不易分散，輕易聚集堵塞裂縫。攜砂能力差，難以實現支撐劑長距離輸送。凍膠壓裂液降濾失性能很好，能使壓裂裂縫延伸到較遠地層。因為煤層是低溫低壓儲層，交聯壓裂液破膠和返排困難，輕易造成很多壓裂殘渣在地層中，污染地層。泡沫壓裂液含液量少、粘度高、懸砂能力強成本太高，配套設備不夠完善清潔壓裂液摩阻低、濾失小，基本無殘渣表面

5、活性劑類壓裂液，輕易發生化學吸附，而且成本高國內常見壓裂液體系優劣對比表煤層氣壓裂排采工藝交流第11頁二、 壓裂工藝及壓裂液體系2、壓裂液體系傷害液煤產地傷害前滲透率/10-3um2傷害后滲透率/10-3um2傷害率/%活性水沁水15#124.4110.111.5活性水柳林31#301.8292.23.2線性膠沁水15#110.018.282.7線性膠柳林31#301.826.291.4凍膠破膠液豐城521.8232.254.5凍膠破膠液沁水1#535.4101.281.0國內壓裂液對煤層傷害率分析煤層氣壓裂排采工藝交流第12頁二、 壓裂工藝及壓裂液體系2、壓裂液體系壓裂液類型壓裂液配方備注滑

6、溜水一清水+2%KCL+降阻劑Duckworth-10滑溜水二清水+降阻劑滑溜水三清水+殺菌劑+粘土穩定劑+降阻劑Duckworth-7瓜膠交聯前置液：線性膠攜砂液：交聯凍膠（瓜膠+硼交聯）頂替液：線性膠Duckworth-8Duckworth-9國外BOWEN排采井壓裂液類型煤層氣壓裂排采工藝交流第13頁二、 壓裂工藝及壓裂液體系2、壓裂液體系從圖中能夠顯著看出采取滑溜水系類壓裂液壓裂后絕大部分井峰值產氣5000m/d，瓜膠交聯壓裂液體系壓裂效果普遍不理想，滑溜水系列壓裂液體系是Bowen區塊較為適當壓裂液體系。其中滑溜水一型壓裂液壓裂后壓裂效果最好。（1）滑溜水壓裂液壓裂效果：滑溜水一滑溜

7、水二滑溜水三，從壓后效果也能夠看出壓裂液中盡可能選擇較少化學藥劑使用，這么能夠降低煤層化學吸附作用，從而有效提升改造效果。煤層氣壓裂排采工藝交流第14頁二、 壓裂工藝及壓裂液體系2、壓裂液體系針對壓裂施工工藝詳細要求優選壓裂液：（1）假如使用瓜膠壓裂液體系可選擇低濃度瓜膠加大施工規模，造長縫同時提升產氣量和穩產時間。（2）假如使用滑溜水壓裂液體系，增大施工規模，滑溜水壓裂液體系穩產時間相對較短，定時需要重復壓裂改造。煤層氣壓裂排采工藝交流第15頁二、 壓裂工藝及壓裂液體系2、壓裂液體系總結國內外經驗：壓裂液選取標準：盡可能采取較少化學藥劑壓裂液配方，依據施工工藝詳細要求優選壓裂液體系。從施工效

8、果看采取清水+降阻劑壓裂液體系較為適合煤層氣區塊壓裂。繼續探究清水+2%KCL+降阻劑體系適用性。配液用水盡可能采地層處理水進行配液施工，確保配液用水質控。煤層氣壓裂排采工藝交流第16頁二、 壓裂工藝及壓裂液體系支撐劑類型優點缺點適應性石英砂經濟、貨源多、密度較低強度低、圓球度較低、導流能力低28MPa樹脂包衣砂較石英砂強度和導流能力有所提升、密度更低、防返吐閉合壓力高時樹脂涂層彈性形變造成導流能力下降防砂人造陶粒強度高、破碎率低、導流能力高、使用期長較貴全系列依據本區塊地層閉合應力，確定支撐劑類型。支撐劑優選3、煤層氣用支撐劑煤層氣壓裂排采工藝交流第17頁二、 壓裂工藝及壓裂液體系3、煤層氣

9、用支撐劑“低密高強高滲透 防砂防嵌防返吐”堅果殼顆粒支撐劑表面高強材料，抗破碎強含有親水基團，親水性強密度低懸浮能力強依據地層溫度選擇樹脂參數煤層氣壓裂排采工藝交流第18頁三、煤層壓裂難點分析及對策當壓裂液壓開煤層，向前延伸時，一方面由于煤層塑性難以形成裂縫，其次由于割理和發育微裂隙，使得壓裂液大量濾失，不能重新開啟一條新縫，而是從一開始就沿著大割理延伸，在延伸過程中，不停有小割理微裂隙張開，使壓裂液遭受損失，就需要不停加大施工排量和壓裂液量，即使如此，由于設備能力、備液能力限制，也不能滿足造長縫需要。1煤層壓裂濾失量大，形成長縫難煤層壓裂時造長縫防住小割理和微裂隙濾失降低濾失速度。在前置液階

10、段，分幾段加入較大量降濾失劑（100目標粉砂）煤層氣壓裂排采工藝交流第19頁三、煤層壓裂難點分析及對策1煤層壓裂濾失量大，形成長縫難降濾失劑主要作用表現為以下五個方面：減小壓裂液向地層濾失速度，使裂縫變寬變長，增加出氣面積。堵塞煤粉于微裂隙，或將煤粉“俘虜”，沉到裂縫底部，使其不能運動，降低煤粉出量。對裂縫向下延伸起到很好遮擋作用，可在很大程度上預防裂縫向煤層以下延伸。因為其顆粒小，所以對煤層嵌入不敏感，對閉合壓力壓碎作用不敏感，這么它在裂縫底部沉積后對支撐裂縫寬度起到了大顆粒支撐劑不能直到支撐作用。堵塞微裂隙，消除彎曲效應，降低施工壓力。煤層氣壓裂排采工藝交流第20頁三、煤層壓裂難點分析及對

11、策2煤層低溫、易吸附，易受傷害，對其保護難煤層多埋深在1000m以內，山西多300-700m不等，地層溫度在10-30之間。但因為煤巖基質孔隙小，內表面積大。孔隙類型孔隙直徑（mm）孔隙內表面積比(%)微微孔210-662.3微孔210-610-535小孔10-410-32.5煤巖孔隙直徑越小，則孔隙內表面積比越大，也就是內表面積越大。煤巖類型 內表面積 長焰煤 90m2/g氣煤 50-70 m2/g肥煤10-20 m2/g焦煤20-120 m2/g瘦煤80-130 m2/g貧煤90-130 m2/g無煙煤287 m2/g煤級越高，內表面積越大煤層氣壓裂排采工藝交流第21頁三、煤層壓裂難點分析

12、及對策2煤層低溫、易吸附，易受傷害，對其保護難如此發育內表面積，使煤成為一個良好天然吸附劑，它不但對天然氣（CH4 ）有巨大吸附力，而且對進入壓裂液中微塵、雜質、殘渣，也有巨大吸附力。假如壓裂液不潔凈，就會對煤層造成很大傷害。用瓜膠凍膠類植物膠壓裂液，因為有殘渣存在，所以對煤層傷害大，傷害率達87-89%；纖維素膠，清潔壓裂液因為分子團進入孔隙被吸附住而擋住了氣體分子流動和解吸，所以也有較大傷害，在40%左右。相對來說，活性水對煤層傷害較小，潔凈活性水，對煤層傷害在20%左右，但當水中雜質較多時，對煤層基質傷害也很大。在我們過去一段時間，活性水壓裂原來是要過濾，其實沒必要，因為過濾雜質比煤巖基

13、質孔隙大得多，不會鉆入孔隙中去，反而是過濾后活性水假如含有小于基質孔隙微粒則可能對煤巖造成傷害。活性水對煤層傷害最大罪魁禍首是水中各種微生物。煤層氣壓裂排采工藝交流第22頁三、煤層壓裂難點分析及對策2煤層低溫、易吸附，易受傷害，對其保護難試驗證實，當將含有大量細菌清水大量注入煤層時，這些喜氧菌并沒有感到末日到來，反而在相對較穩定、較恒溫人工裂縫中感到大量繁殖機遇。很短暫幾個小時，細菌家族可能已繁殖了好幾百代，尤其是在壓力作用下被推入基質孔隙中細菌，并沒有因為地域狹小而停頓一刻繁殖，因小孔隙中內表面積大，氧氣有限，細菌逐步死亡殆盡，遺骸則填充了基質孔隙，這個堵塞幾乎是永久性，嚴重影響了氣產量。鑒

14、于此，需要研制一個專門用于煤層壓裂殺菌劑活性殺菌劑。綜合考慮助排、潤濕、殺菌性能，而且對粘土還含有一定防膨穩定作用。煤層氣壓裂排采工藝交流第23頁三、煤層壓裂難點分析及對策2煤層低溫、易吸附，易受傷害，對其保護難煤層壓裂要造長縫，需要提升攜砂比和鋪砂濃度。煤層壓裂理想壓裂液含有：對煤層傷害小，含有殺菌功效；有一定粘度，這么可提升造縫能力和攜砂能力。煤層氣壓裂排采工藝交流第24頁三、煤層壓裂難點分析及對策3支撐劑反吐、煤粉反吐難以控制煤層楊氏模量只有3000-4000左右（砂巖在13000-14000左右；灰巖在0左右），相對于砂巖、灰巖來說是相當軟，即使高階煤、硬煤楊氏模量也只在6000-70

15、00左右，比砂巖仍小1倍左右。因為這個特點，煤層壓裂時，就會出現這么一個情景：當煤層破裂后，裂縫向前延伸困難，即使最終沿大割理延伸而去，但井筒周圍煤層，因為巨大沖刷作用，而形成一個洞穴并產生大量煤粉，象張開蛇口，而大割理形成裂縫則彎彎曲曲象蛇身子，煤粉則在液流攜帶下進入煤層深處。煤層氣壓裂排采工藝交流第25頁三、煤層壓裂難點分析及對策3支撐劑反吐、煤粉反吐難以控制壓裂過程中煤粉形成和運移 活性水壓裂過程中，因為煤層 “松、脆、軟”，在高速流體沖刷下形成大量煤粉及煤屑，并停留在裂縫中，易形成污染 煤層氣壓裂排采工藝交流第26頁三、煤層壓裂難點分析及對策3支撐劑反吐、煤粉反吐難以控制控煤粉壓裂工藝

16、關鍵點 前置液階段：大液量活性水壓裂液，將煤粉沖至裂縫遠端 攜砂液階段：降排量注入高粘度低傷害壓裂液，既可少產生煤粉，又能將砂攜帶得更遠，且將煤粉阻擋在裂縫遠端。同時做到：提升砂比和鋪砂濃度；降低支撐劑粒徑，也就是加砂程序不能以大粒徑為主，而是中砂、細砂、降濾失劑各三分之一。煤層氣壓裂排采工藝交流第27頁一.煤層特征及壓裂特點2、煤巖特征-煤層有較低楊氏模量和高波松比煤層氣壓裂排采工藝交流第28頁一.煤層特征及壓裂特點楊氏模量低：煤巖楊氏模量在11358800MPa之間，為常規 砂巖1/51/10；動態楊氏模量約為靜態楊氏模 量 2倍左右。巖石強度低：抗壓強度19.5119MPa，大部分4060MPa，抗 張強度0.062.34MPa，顯著低于砂巖強度；泊 松 比 高：泊松比在0.180.42之間，平均為0.33，高于砂巖；壓縮系數大：體積壓縮系數1.8010-4 20210-3MPa，孔隙 壓縮系數為0.12-0.96； 煤巖力學特征參數煤層氣壓裂排采工藝交流第29頁一.煤層特征及壓裂特點4、輕易形成較寬裂縫 在水力壓裂數學模型中，介質材料在外力作用下形成裂縫寬度與楊氏模量成反比，即WF=f(1/E)。因為煤巖楊氏模量要比普通砂巖低（普通3-10倍），所以煤層壓裂裂縫寬度在10mm左右甚至更寬。煤層氣壓裂排采工藝交流第30頁一.煤層特征及壓裂特點5、裂縫形