1、煤层压裂改造配套工艺技术【摘要】本文提出了适宜煤层压裂改造的配套工艺技术，包括完井、压裂设计、压裂液研制、支撑剂优选、压裂施工、裂缝监测、压裂效果评价等技术。该技术完整、成熟、先进，居国内领先水平，现场应用 15口井 33 层煤，效果良好，可推广应用。1 引言煤层压裂改造可有效地将井孔与煤层天然裂隙连通起来，从而在排水采气时，更广泛地分配井孔附近的压降，增加产能，增大气体解吸速率。因此，在煤层气勘探开发中，压裂改造作为一种重要的强化措施，已得到普遍应用。然而，由于我国煤层气勘探开发起步晚、技术落后，尤其压裂改造工艺技术还没有作系统研究，为此，我处经过四年科技攻关，研究成功了煤层压裂改造配套工艺
2、技术，现场应用 15 口井 33 层煤，效果良好。2 煤层压裂改造配套工艺技术2.1 完井技术(1)采用全井下 139.7mm（177.8mm)套管，低密度水泥浆固井工艺技术。(2)采用高密度深穿透射孔工艺技术。用 102 枪 102 弹(127 弹)，孔密 1632 孔/m，螺旋布孔，相位角 90，射开煤层或煤层和围岩，从而使射孔孔径超过 12mm，有效穿透距离超过 500m。这种完井技术稳固了井身，减少了煤层污染，有利于煤层分层压裂改造，能满足排水采气需要，经济可行。2.2 压裂设计技术研制成功了煤层气井三维压裂优化设计软件。该软件填补了国内空白，是国内第一套煤层气井压裂软件，达到国际先进
3、水平。该软件在Windows 环境下开发，采用 Visualfor Windows 编程，模块化设计，算法先进可靠。它主要包含以下 7 个模型：(1)产量动态预测模型(2)经济评价模型(3)裂缝三维延伸模型(4)控制缝高模型(5)支撑剂运移分布模型(6)温度场模型(7)优化设计模型运用该软件，可设计出最优压裂方案，达到最佳压裂效果。2. 压裂液研制压裂液性能的好坏直接关系到压裂施工的成败及压后增产效果，根据煤层特性，研制出了适合煤层的压裂液系列。(1)清水：其矿化度与煤层水接近，不伤害煤层；(2)活性水：对煤层伤害轻微；(3)低温冻胶压裂液：主要由瓜尔胶、KCL、杀菌剂、表面活性剂、助排剂、交
4、联剂、破胶剂等组成。其技术指标居国内领先水平，破胶后水化液粘度(20，24)为 1.00MPas，表面张力30mN/m，界面张力2mN/m，煤层伤害率16%。2.4 支撑剂优选煤层一般埋藏较浅，闭合压力低，选用天然石英砂(30MPa 下破碎率12%)既可满足支撑裂缝要求，又经济便宜。常用石英砂规格有 4070目粉砂、2040 目中砂和 1220 目粗砂。压裂加砂组合方式有 4 种：粉砂+中砂+粗砂；粉砂+粗砂；中砂+粗砂；粗砂。粉砂加在前置液中，以减少压裂液滤失，利于造缝；中砂和粗砂支撑裂缝，改善煤层渗透性；尾注粗砂可提高裂缝入口导流能力；单纯加入粗砂施工难度大，但压裂效果较好，并可避免排采时
5、粉砂返吐堵塞裂缝。石英砂规格及加砂量可由软件模拟确定。2. 压裂施工工艺技术(1)采用光套管注入压裂，降低管壁摩阻，从而降低施工泵压；(2)适当增大前置液注入量，以充分造缝，避免砂堵；(3)增大泵的注排量，提高压裂液效率，对薄煤层适当减小泵的注排量，以防止裂缝高度延伸过高而缩短缝长；(4)分段注砂，逐步提高砂化，增大支撑裂缝宽度，提高支撑裂缝导流能力；(5)适当减少顶替液量，确保裂缝入口的高导流能力；(6)控制压裂液返排速度，保证裂缝充分闭合，防止砂粒和煤粉返吐；(7)对多煤层井采用分层压裂改造，提高单煤层改造程度；(8)加强裂缝监测，优选压裂施工参数，指导压裂施工；(9)选用 H-1000
6、型压裂机组及配套设备、车辆，保证满足压裂施工需求。2.6 酸化预处理工艺技术根据电测资料、录井资料和室内岩芯实验结果，综合研究确定用何种酸液。在压裂施工之前，对煤层射孔井段进行预处理，从而有效清除射孔孔眼堵塞，解除近井地带钻井泥浆、固井水泥的污染堵塞，为压裂施工创造有利条件，并有利于压裂施工完毕后冻胶压裂液彻底返排，提高压裂增产效果。2.7 裂缝监测工艺技术煤层压裂裂缝方位和几何尺寸，是指导制定压裂方案的重要依据，是评价压裂效果的重要手段，对优化井网布置具有重要意义。选用大地电位法(微地震法)测试和井温测试，可测试出压裂裂缝形态、高度、方位和延伸长度，测试成功率 100%，结果准确可靠。微地震
7、法测试对压裂施工进行同步裂缝监测，要求测试井周围必须有三口监测井，大地电位法测试要求在压裂液中加入 2%5%KCL，使压裂液与围岩的电阻率差异在3080 倍之间，并须测出压前及压后大地电位差。井温测试须测出压裂前后井温曲线，要求在测压前井温基线时，井筒内液体静止 48以上，压后井温曲线应在压后 26h 内测完。另外，根据压裂施工数据和压降数据，也可计算并推断出动态裂缝几何尺寸、支撑裂缝几何尺寸和压裂液效率。要求测压降时间为泵注时间的 2.5 倍以上。2.8 压裂效果评价技术(1)注入/压降试井 通过求出压裂前后的煤层渗透率、表皮系数、流体产量等参数评价压裂效果；(2)生产评价 根据排采数据评价
8、压裂效果；(3)经济评价 评价压裂措施是否经济可行。3 现场应用3.1 概况煤层压裂改造配套工艺技术，已在现场进行了试验。应用于 15 口井33 层煤，施工成功率 100%，有效率 100%，并创造了多项施工参数全国最高水平；单井加砂量 83.66；单层加砂量 41m3；加砂强度7.1m3/m；清水压裂排量 7.9m3/min，混砂比 17.1%，阶段最高混砂比25.6%。.2 实例沁水盆地 A1 井，钻井深 450m，煤层埋深 320420m，10m/2 层，含气量 18m3/。1997 年 8 月，采用该配套工艺技术，用 139.7mm 套管完井，比重为 1.63 的 G 级水泥浆固井，1
9、02 枪 102 弹射开 X1、X2 煤层。酸化预处理后，选用低温冻胶压裂液对 X1、X2 煤层进行了分层压裂改造，共注入压裂液 362m3，加石英砂 46.8m3，平均混砂比 22%，阶段最高混砂比 36.3%。微地震法测试结果表明，X1 煤层压裂裂缝为先水平缝后垂直缝，方位为顺时针 133，延伸长度 103m；X2 煤层压裂裂缝为垂直缝，方位为顺时针 175，延伸长度 79m。压后排采 43 天。产气量即超过3000m3/d。目前，该井产气量仍稳定在 3200m3/d 以上，经济效益显著。 结论(1)对煤层进行压裂改造，可提高煤层气井产能，经济可行；(2)煤层三维压裂优化设计软件和低温冻胶压裂液填补了国内空白，居国内领先水平；(3)煤层压裂改造配套工艺技术完整、成熟、先进，适宜煤层压裂改造需要，现场应用效果良好，可推广应用。
