煤层气压裂液增产技术研究结果

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：煤层气井的压裂与裂缝的延伸机理、压裂液特性以及支撑剂输送机理等息息相关。

1.4.2.1　煤层气井的压裂方式

对煤层气井压裂改造处理的主要目的是：尽量避开井筒附近被污染的地层，更有效地连通井筒与煤层的天然裂缝系统，加速脱水以增大煤层气的解吸速度，扩大井筒附近压降的分布范围，避免应力集中并降低煤粉的产生量，最终能在保护煤储层的基础上提高产气量。

由于煤层特点的复杂性，决定了煤层压裂与常规压裂不同。煤层的压裂方式主要是水力压裂和高能气体压裂[47]。高能气体压裂也称为可控脉冲压裂、多缝径向压裂、动力气体脉冲压裂[48]，是利用聚能弹爆炸时产生的高压气体对地层进行压裂，主要适用于处理井筒附近的堵塞，但该方式产生的高压气体所能达到的范围较小。水力压裂是最为常用和有效的压裂方式，它是利用高压泵组以超过地层能力的排量注入流体，煤层附近蹩起高压，当这种压力超过地应力及岩石的抗张强度后，地层便产生裂缝。煤层气井的压裂与裂缝的延伸机理、压裂液特性以及支撑剂输送机理等息息相关。

1.4.2.2　煤层常用的压裂液

压裂作为油气藏的主要增产措施已经得到迅速发展和广泛应用，压裂液的种类非常多，国内外常用的压裂液为水基压裂液，基本上分为3种类型：植物胶及衍生物、纤维素衍生物和合成聚合物[49]。

目前煤层中主要使用的压裂液有4种：淡水、线性凝胶、交联凝胶和泡沫[50]。

淡水压裂成本低，对环境的污染也小，但是它不能产生宽的裂缝，无法输送高浓度的支撑剂。线性凝胶广泛用于多层的薄煤层中，可以形成水平裂缝和垂直裂缝。它的成本也比较低，而且能输送各种浓度的支撑剂，但是缺少理想的支撑剂悬浮能力，在某些使用过程中可能需要额外的闭合裂缝技术来克服这个问题。泡沫压裂液目前还在试用阶段，它有良好的支撑剂悬浮能力，所需水量少，但是成本较高。交联的聚合物凝胶是一种高黏压裂液，它不剪切降解，对于低温的煤层是很理想的，它也具有很好的支撑剂悬浮能力，可以输送各种浓度的支撑剂；但是它成本高，流变性比较复杂，需要高度的质量控制，且破胶的时候必须使用催化氧化剂来加速破胶，酶破胶剂不能破胶。表1-1所示是几种压裂方法的主要性能比较。

表1-1　各种压裂方法的比较(www.chuimin.cn)

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水力压裂液在煤层中使用时具有如下缺点：压后的残液及返排液会或多或少的污染环境，并且在地层中会残留高分子，对煤层孔喉和微裂缝造成持久的伤害；在施工过程中和施工结束之后，存在对压裂液性能要求的矛盾，施工时要求较好的黏度，而施工结束后，又要求迅速地降低黏度[51]。所以，对于煤层气而言，开采的力度和效率都受制于煤层易受损害而导致最终产率下降的特性，至今我国大部分地区仍然处于研究阶段，商业化的开采还很遥远。

1.4.2.3　煤层气井压裂液的发展

为了降低压裂液对煤层的伤害，最终达到提高采收率的目的，国内很多研究者都将研究方向指向了这个领域。首先，泡沫压裂液因为它独特的性质备受青睐。泡沫的存在使压裂体系的携砂能力、返排能力、降滤失能力更优秀，也减少了液体的使用量，这是煤层压裂体系发展所要达到的目标。经过长时间的研究，各种新型泡沫压裂液被陆续地研制出来，如：凝胶泡沫压裂液、氮气-VES清洁压裂液和自生热就地类泡沫压裂液等，有些已经投入到现场应用中，取得了较好的效果。

凝胶泡沫压裂液是将凝胶和泡沫结合起来，这样可以避免单一的泡沫和凝胶的缺点，发挥两者的优势或二者的协同作用。它黏度大，对地层的伤害小，实验室的研究表明它具有优异的性能。

氮气-VES清洁压裂液中完全无聚合物，以阳离子、阴离子和非离子表面活性剂组成一种表面活性剂体系作为压裂液的增稠剂，它同时兼有起泡和稳泡的作用。施工后无须破胶即可排液，对煤储层伤害较小。

自生热就地类泡沫压裂液是将冻胶在煤储层中就地逐渐泡沫化[52]，一方面增加返排，另一方面减少压裂液在煤储层中的滤失。在交联的冻胶体系中加入自生气体系，在合适的地层和温度下便会产气，使冻胶泡沫化。该体系已经于2002年在川西地区经现场实践，增产效果显著。

煤层气压裂液增产技术研究结果

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