煤层气压裂排采工艺交流.

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1、煤层气压裂及排采技术 汇报内容 一、试气工作概况 二、试气工作亮点 三、存在的问题 四、下步工作规划和建议 参数常规储层煤层气 流体性质 达西气体流向井筒 菲克扩散定律通过微孔。 达 西流过裂缝 气体储存 天然气储存在大孔隙中、遵 守实际气体法则 气体根据吸附原理储存于微 孔隙表面 产量曲线根据衰减曲线制定生产计划初期负衰减曲线 气体含量的测量 通过测井曲线测量气体含量 通过通过岩心测量气体含量 、无法测井曲线测量气体含量 储层构成无机储层有机储层 水力压裂 水力压裂需要强度流体 需要水力压裂、渗透率决定 于压裂效果 渗透率与压力的关系渗透率与压力无关渗透率与高压有关 井间干扰井间干扰不利于生

2、产 井间干扰利于生产、进行多 层钻井进行开采 煤层气与常规储层气开发对比 一、一、 国内外煤层气现状国内外煤层气现状 一、一、 国内外煤层气现状国内外煤层气现状 技 术国 外国 内 储层评价中低煤阶中高煤阶 钻井完井技术直井洞穴完井和羽状水平井直井套管射孔完井和羽状水平井 增产改造技术直井压裂技术直井压裂技术 排采技术排水采气排水采气 实验室测试技术快速解吸、高压吸附测试快速解吸、高压吸附测试 美国、加拿大和澳大利亚以中低煤阶为主。中国以中高煤阶煤层气为主， 技 术总体配套，初步形成开发规模。 国内外煤层气开发对比 一、一、 国内外煤层气现状国内外煤层气现状 低煤阶煤层气开发方式对比 一、一、

3、 国内外煤层气现状国内外煤层气现状 中高煤阶煤层气开发方式对比 煤 岩 砂 岩 面割理端割理 孔隙 微 孔 隙 吸 附 储 气 油 气 储 存 空 间 煤岩的结构煤层气储存方式 二、 压裂工艺及压裂液体系 1、煤层气压裂工艺 二、 压裂工艺及压裂液体系 活性水压裂液体系 光套管注入工艺 大液量、大排量 低砂比 新工艺： 水力喷射分段压裂、氮气泡沫压裂、 清洁压裂液、低浓度瓜胶压裂工艺等。 1、煤层气压裂工艺 二、 压裂工艺及压裂液体系 1、煤层气压裂工艺 现在应用较多的技术是垂直井射孔完井压裂加砂抽 排降液解吸气体 压裂设计的关键是解决裂缝几何形状的问题、加砂程序的问题； 压裂工艺的关键是解决

4、压裂液的滤失、支撑剂的嵌入、煤粉的产 生和支撑剂返吐问题。 压裂液的关键是解决对煤层的伤害，有一定的造缝携砂能力。 二、 压裂工艺及压裂液体系 2、压裂液体系 压裂液类型优点缺点 活性水压裂液 对煤层伤害小、成本低 、配液简单 高摩阻，限制了施工排量，施工中的煤粉 不易分散，容易聚集堵塞裂缝。携砂能力 差，难以实现支撑剂长距离输送。 冻胶压裂液 降滤失性能较好，能使 压裂裂缝延伸到较远地 层。 由于煤层是低温低压储层，交联压裂液的 破胶和返排困难，容易造成很多压裂残渣 在地层中，污染地层。 泡沫压裂液 含液量少、粘度高、悬 砂能力强 成本太高，配套设备不够完善 清洁压裂液 摩阻低、滤失小，基本

5、 无残渣 表面活性剂类压裂液，容易发生化学吸附 ，并且成本高 国内常见压裂液体系优劣对比表 二、 压裂工艺及压裂液体系 2、压裂液体系 伤害液煤产地伤害前渗透率 /10-3um2 伤害后渗透率 /10-3um2 伤害率/% 活性水沁水15#124.4110.111.5 活性水柳林31#301.8292.23.2 线性胶沁水15#110.018.282.7 线性胶柳林31#301.826.291.4 冻胶破胶液丰城521.8232.254.5 冻胶破胶液沁水1#535.4101.281.0 国内压压裂液对对煤层伤层伤 害率分析 二、 压裂工艺及压裂液体系 2、压裂液体系 压裂液类型压裂液配方备注

6、 滑溜水一清水+2%KCL+降阻剂Duckworth-10 滑溜水二清水+降阻剂 滑溜水三清水+杀菌剂+粘土稳定剂+降阻剂Duckworth-7 瓜胶交联 前置液：线性胶 携砂液：交联冻胶（瓜胶+硼交联） 顶替液：线性胶 Duckworth-8 Duckworth-9 国外BOWEN排采井压裂液类型 二、 压裂工艺及压裂液体系 2、压裂液体系 从图图中可以明显显看出采用滑溜水系类压类压 裂液压压裂后绝绝大部分井的峰值产值产 气5000m/d，瓜 胶交联压联压 裂液体系压压裂效果普遍不理想，滑溜水系列压压裂液体系是Bowen区块较为块较为 合适的压压裂 液体系。其中滑溜水一型压压裂液压压裂后压压

7、裂效果最好。 （1）滑溜水压压裂液压压裂效果：滑溜水一滑溜水二滑溜水三，从压压后效果也可以看出 压压裂液中尽量选择较选择较 少的化学药剂药剂 的使用，这样这样 可以减少煤层层化学吸附作用，从而有效的提 高改造效果。 二、 压裂工艺及压裂液体系 2、压裂液体系 针对压针对压 裂施工工艺艺具体要求优选压优选压 裂液： （1）如果使用瓜胶压压裂液体系可选择选择 低浓浓度瓜胶加大施工规规模，造长缝长缝 同时时 提高产产气量和稳产时间稳产时间 。 （2）如果使用滑溜水压压裂液体系，增大施工规规模，滑溜水压压裂液体系稳产时稳产时 间间相对较对较 短，定期需要重复压压裂改造。 二、 压裂工艺及压裂液体系 2

8、、压裂液体系 总结国内外经验： I.压裂液选取原则：尽量采用较少化学药剂的压裂液配方，根据施 工工艺具体要求优选压裂液体系。 II.从施工效果看采用清水+降阻剂压裂液体系较为适合煤层气区块压 裂。继续探究清水+2%KCL+降阻剂体系的适用性。 III. 配液用水尽量采地层处理水进行配液施工，保证配液用水质控。 二、 压裂工艺及压裂液体系 支撑剂类型优点缺点适应性 石英砂 经济、货源多、 密度较低 强度低、圆球 度较低、导流 能力低 28MPa 树脂包衣砂 较石英砂强度和 导流能力有所提 高、密度更低、 防返吐 闭合压力高时 树脂涂层的弹 性形变导致导 流能力下降 防砂 人造陶粒 强度高、破碎率

9、 低、导流能力高 、有效期长 较贵全系列 根据本区块地层闭合应力，确定支撑剂类型。 支撑剂优选 3、煤层气用支撑剂 二、 压裂工艺及压裂液体系 3、煤层气用支撑剂 “低密高强高渗透 防砂防嵌防返吐” 表面高强材料，抗破碎强 含有亲水基团，亲水性强 密度低悬浮能力强 根据地层温度选择树脂参数 三、煤层压裂难点分析及对策 当压裂液压开煤层，向前延伸时，一方面由于煤层的塑性难以形成 裂缝，另一方面由于割理和发育的微裂隙，使得压裂液大量滤失，不能 重新开启一条新缝，而是从一开始就沿着大的割理延伸，在延伸的过程 中，不断有小割理微裂隙张开，使压裂液遭受损失，就需要不断加大施 工排量和压裂液量，即使如此，

10、由于设备能力、备液能力的限制，也不 能满足造长缝的需要。 1煤层压裂滤失量大，形成长缝难 煤层压裂时造长缝 防住小割理和微裂隙的滤失 降低滤失的速度。 在前置液阶段，分几段加入较大量的降滤失剂（100目的粉砂） 三、煤层压裂难点分析及对策 1煤层压裂滤失量大，形成长缝难 降滤失剂的主要作用表现为以下五个方面： 减小压裂液向地层的滤失速度，使裂缝变宽变长，增加出气面积。 堵塞煤粉于微裂隙，或将煤粉“俘虏”，沉到裂缝底部，使其不能运 动，减少煤粉的出量。 对裂缝向下延伸起到很好的遮挡作用，可在很大程度上防止裂缝向 煤层以下延伸。 由于其颗粒小，所以对煤层嵌入不敏感，对闭合压力的压碎作用不 敏感，这

11、样它在裂缝底部沉积后对支撑裂缝宽度起到了大颗粒支撑剂不能 直到的支撑作用。 堵塞微裂隙，消除弯曲效应，降低施工压力。 三、煤层压裂难点分析及对策 2煤层低温、易吸附，易受伤害，对其保护难 煤层多埋深在1000m以内，山西多300-700m不等，地层温度在 10-30之间。但由于煤岩基质孔隙小，内表面积大。 孔隙 类型 孔隙直径 （mm） 孔隙内表面积比 (%) 微微孔210-662.3 微孔210-610-535 小孔10-410-32.5 煤岩孔隙直径越小，则孔隙内表面积 比越大，也就是内表面积越大。 煤岩类型 内表面积 长焰煤 90m2/g 气煤 50-70 m2/g 肥煤10-20 m2

12、/g 焦煤20-120 m2/g 瘦煤80-130 m2/g 贫煤90-130 m2/g 无烟煤287 m2/g 煤级越高，内表面积越大 三、煤层压裂难点分析及对策 2煤层低温、易吸附，易受伤害，对其保护难 如此发育的内表面积，使煤成为一种良好的天然吸附剂，它不但对天然气 （CH4 ）有巨大的吸附力，而且对进入的压裂液中微尘、杂质、残渣，也有巨 大的吸附力。如果压裂液不干净，就会对煤层造成很大伤害。 用瓜胶冻胶类植物胶压裂液，由于有残渣存在，所以对煤层伤害大，伤害 率达87-89%；纤维素胶，清洁压裂液由于分子团进入孔隙被吸附住而挡住了 气体分子的流动和解吸，因此也有较大伤害，在40%左右。相

13、对来说，活性水 对煤层的伤害较小，干净的活性水，对煤层的伤害在20%左右，但当水中杂质 较多时，对煤层基质的伤害也很大。在我们过去的一段时间，活性水压裂原来 是要过滤的，其实没必要，因为过滤的杂质比煤岩基质孔隙大得多，不会钻入 孔隙中去，反而是过滤后的活性水如果含有小于基质孔隙的微粒则可能对煤岩 造成伤害。 活性水对煤层伤害最大的罪魁祸首是水中的各种微生物。 三、煤层压裂难点分析及对策 2煤层低温、易吸附，易受伤害，对其保护难 实验证明，当将含有大量细菌的清水大量注入煤层时，这些喜氧菌并没 有感到末日的到来，反而在相对较稳定、较恒温的人工裂缝中感到大量繁殖 的机遇。很短暂的几个小时，细菌的家族

14、可能已繁殖了好几百代，特别是在 压力的作用下被推入基质孔隙中的细菌，并没有因为地域的狭小而停止一刻 的繁殖，因小孔隙中内表面积大，氧气有限，细菌逐渐死亡殆尽，遗骸则填 充了基质孔隙，这个堵塞几乎是永久性的，严重影响了气产量。 鉴于此，需要研制一种专门用于煤层压裂的杀菌剂活性杀菌剂。综合考 虑助排、润湿、杀菌性能，而且对粘土还具有一定的防膨稳定作用。 三、煤层压裂难点分析及对策 2煤层低温、易吸附，易受伤害，对其保护难 煤层压裂要造长缝，需要提高携砂比和铺砂浓度。煤层压裂 理想的压裂液具有： 对煤层伤害小，具有杀菌功能； 有一定的粘度，这样可提高造缝能力和携砂能力。 三、煤层压裂难点分析及对策

15、3支撑剂反吐、煤粉反吐难以控制 煤层的杨氏模量只有3000-4000左右（砂岩在13000-14000左右；灰岩在 20000左右），相对于砂岩、灰岩来说是相当软的，即使高阶煤、硬煤杨氏模量 也只在6000-7000左右，比砂岩仍小1倍左右。 由于这个特点，煤层压裂时，就会出现这样一种情景：当煤层破裂后，裂 缝向前延伸困难，虽然最终沿大割理延伸而去，但井筒周围的煤层，由于巨大 的冲刷作用，而形成一个洞穴并产生大量煤粉，象张开的蛇口，而大割理形成 的裂缝则弯弯曲曲象蛇的身子，煤粉则在液流的携带下进入煤层深处。 三、煤层压裂难点分析及对策 3支撑剂反吐、煤粉反吐难以控制 u压裂过程中煤粉的形成和运

16、移 p 活性水压裂过程中，由于煤层 “松、脆、软”，在高速流体的 冲刷下形成大量的煤粉及煤屑，并停留在裂缝中，易形成污染 三、煤层压裂难点分析及对策 3支撑剂反吐、煤粉反吐难以控制 u控煤粉压裂工艺要点 p 前置液阶段：大液量活性水压裂液，将煤粉冲至裂缝远端 p 携砂液阶段：降排量注入高粘度低伤害压裂液，既可少产生煤粉，又能 将砂携带得更远，且将煤粉阻挡在裂缝的远端。同时做到：提高砂比和 铺砂浓度；降低支撑剂粒径，也就是加砂程序不能以大粒径为主，而是 中砂、细砂、降滤失剂各三分之一。 一.煤层特征及压裂特点 2、煤岩特性-煤层有较低的杨氏模量和高的波松比 一.煤层特征及压裂特点 杨氏模量低：煤岩的杨氏模量在11358800MPa之间，为常规 砂岩的1/51/10；动态杨氏模量约为静态杨氏模 量的 2倍左右。 岩石强度低：抗压强度19.5119MPa，大部分4060MPa，抗 张强度0.062.34MPa，明显低于砂岩强度； 泊 松 比 高：泊松比在0.180.42之间，平均为0.33，