煤层气井多裂缝压裂改造技术研究与应用

李瑞冬 李亚平 陈文征

摘要：我国煤层气资源的储备量非常丰富，但是有部分的煤层气储层的渗透率较低，由于煤层气与普通油气藏储层之间存在着明显差别，因此针对煤层气所具有的特性，需要进行多裂缝压裂改造，使主裂缝和次生裂缝形成有效结合，提高储层的渗透率，降低储层的渗流能力，改善储层的非均质性，可以有效提高煤层气的产量。

关键词：煤层气;多裂缝;压裂改造技术

我国煤层气储层的含量比较大，但是由于具有低渗、低压、低孔等特征，在开采方面往往会出现很多技术难题。提高煤层渗透性的方法主要有洞穴法和水力压裂法，在实际运用过程中，对煤层产生裂缝而增加煤层的渗透性，但是这两种方法在使用的过程中会有一定的局限性。由于煤层带有孔隙和裂缝两种介质，因此煤层的可塑性较高，容易产生复杂性裂缝系统，煤层的原始渗透率较差，需要对煤层进行改造，压裂改造技术是一种有效的增产方法，煤层储层与其他储层的特征和裂缝扩展方式都存在差异性，水力压裂技术在煤层中所形成的裂缝大小、形状与压裂工艺有着直接关系[1]。

1煤层气储层开发现状

目前我国的常规石油和天然气储量一直在不断减少，并且随着开采的不断深入，会增加开采成本和难度。而煤层气作为一种非常规能源在我国能源消費结构中的地位越来越重要，另外由于我国的煤层多为结构性煤层，在成煤后会对煤层构造产生严重地破坏，这种情况的出现阻碍了煤层气的解析，从而在开采过程中不会形成渗流能力，同时煤层具有低渗透率、低孔隙度、低压力等特点，对煤层气的开采造成了难度，目前我国主要运用的开发技术为水力压裂技术，但由于该技术在实际运用的过程中会存在一定的局限性，并且开采成本比较高，严重制约了我国对煤层气的开发。

2煤层压裂的特点

2.1裂缝形态复杂多变

由于煤层气储层与油气藏储层性质存在差异性，因此，在进行压裂过程中，会根据煤层的深浅、厚度、发育状态等因素的影响，导致在储层中会形成水平裂缝、垂直裂缝、T型裂缝等裂缝状态。

2.2施工压力高

煤层在压裂的过程中需要较高的施工压力，主要包括以下几种原因：第一，由于煤层结构容易破裂，在压裂过程中，滤失量的增加会导致煤层的空气压力增加，从而使煤层井壁的力学性能减弱，因此在开采过程中会产生较多的煤屑，会导致地层应力增大，施工压力增加。第二，煤屑与压力液进行混合，进而增加压裂液的粘度，流体的流动阻力加大，在严重的情况下，会导致裂缝发生堵塞，进而需要升高施工压力[2]。第三，煤层的割理分布会导致在压裂过程中形成复杂的裂缝，导致压裂液流动阻力增大，从而引起施工压力升高。

2.3压裂液会对煤层造成伤害

由于煤层受到吸附、速敏、水敏等因素的影响，在压裂过程中压裂液会对煤层造成严重伤害，压裂液的滤失性也会导致造缝效率较低。另外，煤粉会堵塞孔隙，从而降低煤层的渗透率。

3多裂缝压裂技术的原理

通过大量实践表明，煤层基质中的渗流通道受到地应力的作用会处于闭合状态，要想实现流通道打开，必须采用一些技术手段来产生新的裂缝和天然裂缝进行相连，从而缓解煤层中的地应力，提高储层的渗透率，增强煤层气的解吸能力，由于煤层的地质特性，常规的压裂工艺所形成的裂缝为对称裂缝，这种裂缝所形成的泄流面积有限，在初期的产量较高，但是随着开采时间的延长，递减速度较快[3]。利用多裂缝压裂技术会形成多条主裂缝，并且能够合理控制裂缝的形态和延伸方向，增加泄流面积，可以有效提高煤层气的产量，实现稳产高产的目标。

多条裂缝压裂技术在压裂过程中会使用到暂堵剂，合理利用暂堵剂得的塑性和支撑剂的刚性，利用水力压裂的施工控制，能够对所产生的裂缝发生桥堵，可以有效提升裂缝的净压力，实现储层内天然裂缝之间的相互沟通，提高储层的渗透率，可以有效增强储层的泄流面积[4]。

另外，假设煤层气储层为同性弹性介质，煤层气储层中会存在大量的割理结构，但是多极脉冲压力引起的应力波长会大于其宽度，当应力波传送至微裂缝时，会发生衍射现象，煤层气储层中的应力分布不会产生明显的变化，因此可以确定煤层气储层为同性弹性介质。煤层气储层在原始状态下会受到最大水平应力和最小水平应力以及垂向用力的作用下，处于一种平衡状态，因此可以对储层中的某一井段选取一个微裂缝的体积单元，建立数学模型[5]。

4应用实例

NW煤层中呈狭长带状，该煤层较厚、煤质好，对现场10口井进行压裂施工，取得了较好的开采效果。

4.1多裂缝压裂工艺现场施工注意事项

在开采过程中，由于中深煤层施工压力较高，导致支撑剂不能顺利进入底层，出现只进液不出的情况，形成脱砂现象，因此在施工过程中需要注意以下几个方面：第一，加强液体粘度可以有效减少裂缝转向，增加裂缝宽度，可以提高裂缝的渗流能力;第二，合理配置前置液，控制裂内净压力，提高多裂缝形成;第三，段塞后期需要提高排量增加裂缝净压力，实现主裂缝的穿透力。

4.2施工曲线分析

在进行压裂改造过程中，整体的施工压力较低，加砂较为顺利，累积加砂65m3，在施工18分钟以后会形成破压，在曲线分布上会形成明显波动，可以表明水力裂缝遇到天然裂缝发育带，压力段压力出现明显下降，说明主裂缝延伸状态较好。在进行压裂之后，煤层气每日可产6.5×103m3，说明压裂改造效果较好。

5结束语

合理利用多裂缝压裂工艺能够有效提高煤层气的开采效率，控制多裂缝压裂工艺在没成功的发育情况，可以确保该工艺在每层应用中的合理性和科学性，在实际应用过程中需要防止脱砂现象，多裂缝压裂工艺的合理应用，可以使煤层气储层中形成多条裂缝，增加了煤层气的泄漏面积，能够有效提高煤层气的开采效率，并且效果较为明显。

参考文献：

[1]杨新乐，张永利，章梦涛.超短半径水平钻井技术在煤层气开采中的应用[J].煤炭工程，2006，08：25-26.

[2]许露露，崔金榜，黄赛鹏，汤继丹，蔡路，喻鹏.煤层气储层水力压裂裂缝扩展模型分析及应用[J].煤炭学报，2014，3910：2068-2074.

[3]黄华州，桑树勋，苗耀，宋化发，张化军，沈国栋.煤层气井合层排采控制方法[J].煤炭学报，2014，39S2：422-431.

[4]谢学恒，秦学成.煤层气井见气时间预测方法及其应用[J].煤矿开采，2013，1804：5-7.

[5]冯立杰，江涛，岳俊举，王金凤.煤层气开采钻井工程关键影响因素识别研究[J].煤矿安全，2018，4912：177-180.