利用鏤空陶瓷支撐劑顆粒分析研究極傾斜煤層煤層氣開發

楊恒新　王剛

摘要：新疆是我國重要的煤炭資源產地，蘊藏著1.9萬億噸煤炭資源和豐富的煤層氣資源，但由于新疆煤炭資源開發主要位于山前地帶、受地殼運動的影響，煤層傾角普遍較大，這為新疆煤層氣分析、研究、開發帶來了非常大的困難，尤其是壓裂支撐劑的選擇成為一大難點。本文通過對鏤空陶瓷支撐劑顆粒分析研究，發現可根據其硬度高、重量輕、易懸浮的特征，提高對新疆極傾斜煤層煤層氣研究開發程度，并可以運用于其它相近行業。

關鍵詞：納米陶瓷；支撐劑顆粒；極傾斜煤層

1 鏤空陶瓷顆粒的特征

鏤空陶瓷顆粒形狀整體為一球形構造，內部為鏤空結構，盡可能在強度不變的情況下增加鏤空體積，使其具有強度高、重量輕、易懸浮等特點，這將增強得支撐劑向上的運移能力，并極大的降低其對壓裂液的選擇，甚至可以采用清水作為壓裂液，盡可能減少壓裂液對煤層的破壞，使得煤層氣能更好的從煤層中運移出來。還并可以根據研究需要在其內部加入放射性微粒，或將其浸泡于含有放射性元素的液體中，其鏤空結構可以更好的保持放射性元素的存在時間，以便追蹤其到達煤層的范圍及具體位置，為極傾斜煤層煤層氣的研究開發提供重要的研究手段。

目前常用支撐劑：石英砂、低密度陶粒、樹脂砂；它們對壓裂液的選擇非常高，且會發生部分地區壓裂液可以到達，但支撐劑無法到達的情況，降低了裂隙的延伸和保持，最終降低了壓裂效果，采用該方法后將極大提升支撐劑的到達范圍，保持對微裂隙的支撐，最終達到長期產氣的效果，極大延長生產井的產氣周期。

2 新疆阜康白楊河礦區煤層特征

新疆阜康白楊河礦區位于準噶爾盆地東南緣之博格達山北麓低山丘陵地帶，主要含煤地層為侏羅系下統八道灣組，屬于南傾斜單斜構造，地層傾角達到45°～53°，壓裂施工壓力往往異常，前期壓裂一次成功率低（40%）；主力煤層厚度達到8.67m～22.39m，平均18.32m，埋深在520m～1200m，既可能形成水平裂縫、也可能形成垂直裂縫、還可能形成復雜裂縫，裂縫延展規律不清楚，嚴重影響了壓裂方案的適應性和針對性；煤層物性較好（試井解釋結果表明，阜康1井41#煤層、42#煤層和44#煤層的孔隙度為3%、3%和2%，滲透率為1.45mD、7.30mD和0.285mD），但水力壓裂后實際產生情況表明，見氣后產水下降較快，壓降漏斗難以擴展，導致煤層氣的產量下降過快。

3 解決辦法

極傾斜煤層在壓裂過程中形成一個正常的壓降漏斗非常難，幾乎不可能，找到其壓降范圍和裂隙延伸主要方向顯得尤其重要，這里鏤空陶瓷顆粒就顯示其查找裂隙方向的重要作用，根由于其重量輕、易懸浮，基本上可以達到所有裂隙的延伸范圍；由于其強度夠大，可以起到支撐作用；因為其鏤空構造，使得微裂隙中的鏤空陶瓷顆粒還可以起到構建煤層氣運移通道的作用；在進行單孔研究中還可以根據精確探測放射性元素的位置來確定裂隙延伸方向、壓裂液到達范圍、支撐劑達到具體位置，甚至可以根據煤層氣流經鏤空顆粒導致檢測放射性強度的變化來監測煤層氣的運移情況。

4 鏤空陶瓷顆粒的制作方法

初步設想，通過四步完成鏤空陶瓷的制作。

步驟1，調制原料成漿料；

步驟2，制作鏤空坯體，用鏤空模具將已調制好的漿料采用擠壓成型方式或注塑成型方式制得鏤空坯體，該坯體由模具直接得到鏤空形狀；

步驟3，將坯體脫脂、排塑；

步驟4，預燒結，預燒溫度控制在1200℃-1400℃之間；

步驟5，氫氣燒結，燒結溫度控制在1850℃-1950℃之間；

步驟6，冷卻，制得鏤空陶瓷顆粒。

本方法提供的鏤空陶瓷的制作工藝，直接形成鏤空，其制作的強度較高，耐磨損、耐腐蝕，且工藝簡單可靠，降低了生產成本，生產效率高，有利于工業化大批量生產。

5 鏤空陶瓷支撐劑使用前景

目前已有成熟的支撐劑對寬緩煤層煤層氣的開發已經非常成熟，但是目前極傾斜煤層煤層氣開發支撐劑選擇一直是難點，該方法若經推廣并因地制宜進行改進，將為像新疆等地極傾斜煤層的研究開發提供強有力的技術支撐，為“十三五”期間新疆等地區煤層氣開發提供有力保障。該方法的改進型很強，可根據地區情況的不同對鏤空陶瓷顆粒的鏤空結構及顆粒大小進行調整，實用性較強。

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作者簡介：楊恒新（1979），男，工程師，2004年7月獲得新疆大學地理信息系統專業學士學位，目前工作于新疆維吾爾自治區煤炭綜合勘查院，主要從事煤田地質及煤炭資源分質利用研究工作。