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Φ139.7mm(Φ177.8mm)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Φ102枪102弹(127弹)，孔密16～32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Φ12mm，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。

2.3 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℃，24h)为1.00MPa·s，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40～70目粉砂、20～40目中砂和12～20目粗砂。压裂加砂组合方式有4种：①粉砂+中砂+粗砂;②粉砂+粗砂;③中砂+粗砂;④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。

2.5 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型压裂机组及配套设备、车辆，保证满足压裂施工需求。