山西煤層氣壓裂新型工藝淺析

摘 "要：本文介紹分析近年在山西煤層氣壓裂施工中采用的工藝，及適用于煤層氣開發的新工藝，為山西煤層氣開發提供指導。

關鍵詞：山西;煤層;氣壓;斷裂;

文章編號：1674-3520（2015）-11-00-02

煤層氣，主要成分是甲烷，它以吸附態賦存于煤層及鄰近巖石層中，也被成為 “瓦斯”，當其濃度達到5%～16%時，遇明火便爆炸，是煤礦生產嚴重的安全隱患。同時煤層氣還是與天然氣相媲美的優質高效清潔能源，可以與天然氣混輸混用，隨著煤層氣開發技術的逐漸成熟，煤層氣開發成為國家新能源戰略的關鍵。山西煤層存在滲透率低、煤層軟等特點，開采難度較大，壓裂改造成為煤層氣開發的必需手段。對山西煤層氣資源開發已有10年，已經積累豐富壓裂施工經驗，形成多種配套工藝，近年來新工藝不斷應用到煤層氣壓裂開發中，取得不錯的效果。

一、煤層氣壓裂液體系

活性水壓裂液，對煤層傷害小，平均砂比lt;15%。

羥乙基纖維素線性膠，殘渣低、破膠粘度lt;5mPa.s，平均砂比gt;25%。

羥丙基胍膠線性膠，抗剪切、破膠粘度lt;5mPa.s，平均砂比gt;25%。

羥丙基胍膠凍膠，攜砂好、破膠粘度lt;5mPa.s，平均砂比gt;30%。

清潔壓裂液，對煤層傷害小、攜砂好、破膠粘度lt;5mPa.s，平均砂比gt;30%。

氮氣泡沫壓裂液，對煤層傷害小、攜砂高、摩阻低 、破膠粘度lt;5mPa.s，砂比近50%。

二、組合型壓裂液體系

經過多年煤層氣壓裂工作和總結，綜合優化山西各區塊煤層氣的壓裂設計，針對不同區塊的煤層特征和其破裂機理，形成活性水+低濃度瓜膠，活性水+清潔壓裂液，活性水+泡沫壓裂液，3套組合壓裂液體系，可以降低成本，取得更好的施工效果。

三、組合支撐劑

在制定壓裂措施時，針對不同井的特點選用不同類型，粒徑支撐劑采用組合式階梯加砂工藝，提高了壓裂改造針對性。常用組合有：a.降濾失劑+細砂+中砂，b降濾失劑+中砂+粗砂，c降濾失劑+中砂+粗砂+樹脂砂封口，d降濾失劑+超低密度支撐劑+粗砂。

四、加樹脂砂固化壓裂技術：

和美國遠東公司在山西壽陽合作的煤層氣壓裂井應用了活性水攜樹脂加砂的特色壓裂技術。 這項特色技術的關鍵在于樹脂砂固化后能夠在煤層內支撐更高的閉合壓力，與普通石英砂相比，有效減少了因煤層較軟普通石英砂易嵌入不易支撐的問題，在煤層形成了更好的裂縫高導流通道，同時可防止支撐劑和地層煤粉的回流。

五、氮氣泡沫壓裂技術

泡沫壓裂液體系的攜砂性能好于清水以及常規壓裂液體系，更有利于避免出現砂堵，提高砂比。其對煤層滲透率的損害率很低，相對于瓜膠，傷害性更小，可以滿足清潔壓裂的施工要求。泡沫壓裂液還具有穩定性好，粘度大，懸砂性能好，摩阻低，低傷害等性能，適用于低壓、低滲、水敏性地層壓裂改造。采用泡沫壓裂液可有效提高壓后返排率，減少地層傷害，同時有利于煤層氣解析。泡沫壓裂液施工時排量低，液量少，動用設備少，主壓車僅需2-3臺即可。2011年在山西沁水，吉縣共施工煤層氣水平井氮氣泡沫壓裂7口井43層，主要采用水力噴砂射孔、氮氣泡沫壓裂工藝。每層加砂量20-40m3不等。施工砂比500-1000kg/m3，平均砂比500-600kg/ m3。.

六、清潔壓裂液攜砂工藝

清潔壓裂液有一定的粘度，流變性好，抗剪切，攜砂性能好，砂比可達400kg/m3-450kg/m3，最高砂濃度能達到640kg/m3，可有效降低施工壓力、排量和用液量。.而且對地層傷害小，有一定的造縫能力，其破膠后無固相物滯留孔隙，對地層的殘渣傷害幾乎為零。

七、分階段防濾失工藝技術

由于煤層結構疏松，節理割理發育，濾失量大，壓裂施工中大量壓裂液濾失于煤層中，煤層破裂困難，以致很難向前延伸裂縫。為了有效利用降濾失劑，且能達到降濾失作用，將降濾失劑加入分為三段，第一段降濾失劑加入后使煤層破裂，后續降濾失劑段加入則起到有效延伸裂縫的作用，最終形成足夠長寬的裂縫，保證后續高砂比作業工藝或端部脫砂的順利進行。

八、二次解堵性壓裂

在泵注過程中前置液以低排量高砂比迅速堵死老裂縫后立即停砂并提高排量造新裂縫。主要解決近井地帶因煤層坍塌、煤粉運移、支撐劑返吐造成的滲流通道堵塞，改善地層滲透性，恢復地層產氣、產水能力。 " 就目前施工情況來看，經過二次解堵性壓裂的井次投產后均取得了良好的效果。

九、投球分壓工藝

在國家科技重大煤層氣勘探開發示范工程柳林示范項目中，針對上煤組多煤層合壓過程中改造壓開程度不均，有的改造力度達到90%，有的僅有10%，因此在10口井中采用了投球分壓工藝，以便活性水壓裂液體系更好的充分改造所有儲層。壓后產量達到了3000 m3/d以上。

十、二次加砂工藝技術

將總砂量分成兩段帶入地層。第一段的支撐劑沉積在裂縫下端的末梢，與裂縫壁面上形成的濾餅結合，起到了轉向劑作用，使裂縫的向下竄裂遇阻，迫使裂縫向長度和寬度擴展，形成短而寬的裂縫。該工藝優點是可控制裂縫高度，增加裂縫寬度，增加支撐劑在裂縫中鋪置層數，提高裂縫導流能力。

十一、適用煤層氣開發的新技術

（一）電爆震解堵技術

利用電爆震解堵儀在地層位置施行強功率放電，高壓電極在水中發生大電流放電時，放電電流在水中爆發出沖擊波。在此沖擊波作用下，各層面間發生錯動生成新的滲液孔道，原有孔道亦將延伸，由于沖擊波引發的旋流應力場將有效的剝離、清除原滲流孔道中的堵塞物，起到疏通滲流毛細管的作用。同時在炸點中心附近形成負壓空化腔，可有效的清除滲流通道中的堵塞物，以上各項物理作用的綜合效果，可有效的提高地層的滲透率，從而提高油水井的生產效率。

（二）微地震臨井檢測技術

微地震壓裂監測技術是近年來在低滲透油氣藏壓裂改造領域中的一項重要新技術。該項技術通過在鄰井中的檢波器來監測壓裂井在壓裂過程中誘發的微地震波來描述壓裂過程中裂縫生長的幾何形狀和空間展布。它能實時提供壓裂施工產生裂隙的高度、長度和方位角，利用這些信息可以優化壓裂設計、優化井網或其他油田開發措施，從而提高采收率。

通過十年的摸索，積累，煤層氣壓裂領域已形成一整套成熟有效的施工工藝，在山西煤層開發中成功應用，效果顯著。進一步引進運用國內外先進技術可以進一步提高壓裂隊伍技術能力，在煤層氣開發中發揮更大作用。