利用镂空陶瓷支撑剂颗粒分析研究极倾斜煤层煤层气开发

杨恒新　王刚

摘要：新疆是我国重要的煤炭资源产地，蕴藏着1.9万亿吨煤炭资源和丰富的煤层气资源，但由于新疆煤炭资源开发主要位于山前地带、受地壳运动的影响，煤层倾角普遍较大，这为新疆煤层气分析、研究、开发带来了非常大的困难，尤其是压裂支撑剂的选择成为一大难点。本文通过对镂空陶瓷支撑剂颗粒分析研究，发现可根据其硬度高、重量轻、易悬浮的特征，提高对新疆极倾斜煤层煤层气研究开发程度，并可以运用于其它相近行业。

关键词：纳米陶瓷；支撑剂颗粒；极倾斜煤层

1 镂空陶瓷颗粒的特征

镂空陶瓷颗粒形状整体为一球形构造，内部为镂空结构，尽可能在强度不变的情况下增加镂空体积，使其具有强度高、重量轻、易悬浮等特点，这将增强得支撑剂向上的运移能力，并极大的降低其对压裂液的选择，甚至可以采用清水作为压裂液，尽可能减少压裂液对煤层的破坏，使得煤层气能更好的从煤层中运移出来。还并可以根据研究需要在其内部加入放射性微粒，或将其浸泡于含有放射性元素的液体中，其镂空结构可以更好的保持放射性元素的存在时间，以便追踪其到达煤层的范围及具体位置，为极倾斜煤层煤层气的研究开发提供重要的研究手段。

目前常用支撑剂：石英砂、低密度陶粒、树脂砂；它们对压裂液的选择非常高，且会发生部分地区压裂液可以到达，但支撑剂无法到达的情况，降低了裂隙的延伸和保持，最终降低了压裂效果，采用该方法后将极大提升支撑剂的到达范围，保持对微裂隙的支撑，最终达到长期产气的效果，极大延长生产井的产气周期。

2 新疆阜康白杨河矿区煤层特征

新疆阜康白杨河矿区位于准噶尔盆地东南缘之博格达山北麓低山丘陵地带，主要含煤地层为侏罗系下统八道湾组，属于南倾斜单斜构造，地层倾角达到45°～53°，压裂施工压力往往异常，前期压裂一次成功率低（40%）；主力煤层厚度达到8.67m～22.39m，平均18.32m，埋深在520m～1200m，既可能形成水平裂缝、也可能形成垂直裂缝、还可能形成复杂裂缝，裂缝延展规律不清楚，严重影响了压裂方案的适应性和针对性；煤层物性较好（试井解释结果表明，阜康1井41#煤层、42#煤层和44#煤层的孔隙度为3%、3%和2%，渗透率为1.45mD、7.30mD和0.285mD），但水力压裂后实际产生情况表明，见气后产水下降较快，压降漏斗难以扩展，导致煤层气的产量下降过快。

3 解决办法

极倾斜煤层在压裂过程中形成一个正常的压降漏斗非常难，几乎不可能，找到其压降范围和裂隙延伸主要方向显得尤其重要，这里镂空陶瓷颗粒就显示其查找裂隙方向的重要作用，根由于其重量轻、易悬浮，基本上可以达到所有裂隙的延伸范围；由于其强度够大，可以起到支撑作用；因為其镂空构造，使得微裂隙中的镂空陶瓷颗粒还可以起到构建煤层气运移通道的作用；在进行单孔研究中还可以根据精确探测放射性元素的位置来确定裂隙延伸方向、压裂液到达范围、支撑剂达到具体位置，甚至可以根据煤层气流经镂空颗粒导致检测放射性强度的变化来监测煤层气的运移情况。

4 镂空陶瓷颗粒的制作方法

初步设想，通过四步完成镂空陶瓷的制作。

步骤1，调制原料成浆料；

步骤2，制作镂空坯体，用镂空模具将已调制好的浆料采用挤压成型方式或注塑成型方式制得镂空坯体，该坯体由模具直接得到镂空形状；

步骤3，将坯体脱脂、排塑；

步骤4，预烧结，预烧温度控制在1200℃-1400℃之间；

步骤5，氢气烧结，烧结温度控制在1850℃-1950℃之间；

步骤6，冷却，制得镂空陶瓷颗粒。

本方法提供的镂空陶瓷的制作工艺，直接形成镂空，其制作的强度较高，耐磨损、耐腐蚀，且工艺简单可靠，降低了生产成本，生产效率高，有利于工业化大批量生产。

5 镂空陶瓷支撑剂使用前景

目前已有成熟的支撑剂对宽缓煤层煤层气的开发已经非常成熟，但是目前极倾斜煤层煤层气开发支撑剂选择一直是难点，该方法若经推广并因地制宜进行改进，将为像新疆等地极倾斜煤层的研究开发提供强有力的技术支撑，为“十三五”期间新疆等地区煤层气开发提供有力保障。该方法的改进型很强，可根据地区情况的不同对镂空陶瓷颗粒的镂空结构及颗粒大小进行调整，实用性较强。

参考文献：

[1]尹淮新.新疆大倾角煤层的煤层气开采方式探讨[J].中国西部科技， 2009， 08（6）：45.

[2]唐先滨.新疆阜康市煤炭产业发展研究[J].和田师范专科学校学报，2012（01）.

[3]王生维 ，王峰明，侯光久，乌效鸣，张晨，张业畅，胡奇.新疆阜康白杨河矿区急倾斜煤层的煤层气开发井型.煤炭学报，2014（09）.

[4][JP2]宋景远.煤层气井压裂泫和支撑剂[J].探矿工程，1996.[JP]

[5]郭红玉，苏现波，倪小明.煤层气井支撑剂嵌入和回流控制研究[J].矿业安全与环保，2010，37（5）：1112.

作者简介：杨恒新（1979），男，工程师，2004年7月获得新疆大学地理信息系统专业学士学位，目前工作于新疆维吾尔自治区煤炭综合勘查院，主要从事煤田地质及煤炭资源分质利用研究工作。