煤层气压裂和排采技术

最重要和关键的途径：

压裂液粘度 施工排量 压裂液用量
五.煤层压裂技术革命的实现途径
扩张动态裂缝：①提高压裂液粘度是必然的选择，但压裂液 的高效能与低伤害、与低成本永远是矛盾
根据模拟结果，考虑低伤害 与低成本的要求，压裂液粘 度可选3－6cp，最佳5cp
300
长轴方向
250
短轴方向
300 长轴方向 250 短轴方向
动态裂缝半长（米）
200
150
120×60m
100
50
0 7 10 13 施工排量（方/分钟） 16 19
176.2×93.4m
五.煤层压裂技术革命的实现途径
扩张动态裂缝：③众所周知，大规模
根据模拟结果，找拐点，压 裂液用量可选2800－3500 m3，最佳3000m3
这里，首先归纳煤层压裂地质特征，揭示煤层压裂裂缝规 律，分析煤层气采出机制；然后，以此为基础，探讨煤层 压裂技术革命的发展方向、实现途径、可行方案和配套措 施，并专门针对煤层气排采技术进行深入探索
汇 报 提 纲
一．煤层压裂地质特征
二．煤层压裂裂缝规律
三．煤层气采出机制
四．煤层压裂技术革命的发展方向
三.煤层气采出机制
影响产气量的因素：主要有七大因素 煤层厚度
地质因素
吨煤含气量
煤层压力
压裂因素
不可控因素
解吸压力 煤层渗透率 压降面积
可 控 因 素
排采因素
排采制度与举升工艺
三.煤层气采出机制
渗透率的影响：研究表明，煤层的低渗严重限制了煤层气井 的产量，例如: 0.1mD的低渗煤层在10MPa的压差下，5年 流过50.6m， 10年流过64.1m， 15年流过69.7m
因此，煤层压裂技术必须革命；同时，唯有煤层压裂技术革命，才能实现煤 层气井高产稳产，从而推动煤层气勘探开发事业和煤层气大规模开发利用！
汇 报 提 纲
一．煤层压裂地质特征
二．煤层压裂裂缝规律
三．煤层气采出机制
四．煤层压裂技术革命的发展方向
五．煤层压裂技术革命的实现途径
六．煤层压裂技术革命的可行方案
七．煤层压裂技术革命的配套措施 八．结论、展望与建议
韩3-5-086
韩3-1-015 WL2-018向1 合试5 合试4 韩3-3-039 韩3-4-085 韩3-4-086
NE50 NE40 NE45 NE45
NE57 NE57 NE57
水力裂缝在长轴方向的动 态裂缝半长在85-195m 之间，平均为119m；在 短轴方向的动态裂缝半长 在50-85m之间，平均为 63.5m；长轴与短轴之比 为1:0.53 为便于后面研究和计算， 设定裂缝规模：长轴、短 轴方向的动态裂缝半长分 别为120、60m，长轴与 短轴之比为2:1
六．煤层压裂技术革命的可行方案
七．煤层压裂技术革命的配套措施 八．结论、展望与建议
二.煤层压裂裂缝规律
裂缝形态：目前，国内外在裂缝起裂与延伸方面，存在两套 理论，即弹性断裂力学理论和天然裂缝开启理论
弹 性 断 裂 力 学 理 论 天 然 裂 缝 开 启 理 论
垂 直 缝 分 支 缝
压 裂 基 础 理 论
汇 报 提 纲
一．煤层地质特征
二．煤层压裂裂缝规律
三．煤层气采出机制
四．煤层压裂技术革命的发展方向
五．煤层压裂技术革命的实现途径
六．煤层压裂技术革命的可行方案
七．煤层压裂技术革命的配套措施 八．结论、展望与建议
五.煤层压裂技术革命的实现途径
扩张动态裂缝：最大可能地扩张动态裂 缝网络，主裂缝深度穿透，次裂缝充分 延伸，微细裂缝完全开启
煤层气压裂和排采技术
前
言
煤层压裂是煤层气开发利用的核心和关键。近年来，煤层 压裂在技术上已有很大进步，在应用上已取得显著成效，
但也暴露出一些重大问题，亟待转变思想，大胆创新，以
煤层压裂技术革命的形式，用非常规手段（这里提出非常 规体积压裂）解决制约这种非常规资源勘探开发的技术难
题和瓶颈，真正实现煤层气井长期高产稳产
长轴
短 轴
短轴 长轴
韩3-1-015井11#煤层压裂的微地震监测结果
二.煤层压裂裂缝规律
裂缝形态：根据压裂基础理论，结合煤层压裂地质特征，以 现场裂缝监测结果为依据，综合判定煤层压裂所形成的水力 裂缝为裂缝网络，平面上呈不规则的椭圆形；为便于研究和 计算，平面上简化为基本规则的椭圆形
③ 微细裂缝，连接于次裂 缝，小割理或微裂隙 ① 主裂缝，从井筒向外， 沿最大主应力方向延伸 以井为中心，基本呈对称分布 ② 次裂缝，连接于主裂缝 开始延伸，大割理 该裂缝网络主要由主裂 缝、次裂缝、微细裂缝 交织而成，可形象化比 喻为交通网络，其中主 裂缝是高速公路，次裂 缝是普通公路，微细裂 缝是乡村小道
64
二.煤层压裂裂缝规律
裂缝规模：用煤层压裂三维模拟软件计算支撑裂缝（有效裂 缝），并用现场监测的动态缝长进行校核
统计模拟结果表明：水力 裂缝在长轴方向的支撑裂 缝半长在45-81m之间， 平均为59.2 m，占动态 裂缝半长的49.7%；估算 在短轴方向的支撑裂缝半 长为40m左右
为便于后面研究和计算， 设定裂缝规模：长轴、短 轴方向的支撑裂缝半长分 别为60、40m，长轴与 短轴之比为3:2
煤层压裂裂缝模型
该裂缝模型可解释所有现场现象，易于被专业人士接受
二.煤层压裂裂缝规律
裂缝规模：为研究煤层压裂所形成水力裂缝的规模，对测斜 仪监测结果和微地震监测结果进行统计分析
9井14层压裂的裂缝监测结果
井号 韩3-5-077 煤层 11# 5# 3# 11# 11# 5# 3# 11# 11# 5# 5# 11# 11# 11# 裂缝方位 NE150 NE345 NE30 NW10 裂缝长轴/m 200 170 340 180 270 160 390 300 210 160 100 192 238 裂缝短轴/m 160 170 140 110 150 160 70 160 100 50 100
200
动态裂缝半长（米）
150
120×60m
100
50
143.7×76.2m
1 4 压裂液粘度（厘泊） 7 10
0
五.煤层压裂技术革命的实现途径
扩张动态裂缝：②提高压裂施工排量是必须的，唯有强大的 动能，才能满足超常规的需求
根据模拟结果，考虑设备能 力，施工排量可选15－20 m3/min，最佳16m3/min
五．煤层压裂技术革命的实现途径
六．煤层压裂技术革命的可行方案
七．煤层压裂技术革命的配套措施 八．结论、展望与建议
一.煤层压裂地质特征
具有复杂的演化史和构造变形史，构造样式复杂，变质作用 类型多，平面及纵向上的非均质性强
测井资料统计分析的韩城区块3#、5#、11#在纵向上的非均质性
一.煤层压裂地质特征
压降面积与支撑裂缝面积随生产时间的变化
面积 （m2） 支撑裂缝面积 5年 不压裂 0 压裂 7540 10年 不压裂 0 压裂 7540 15年 不压裂 0 压裂 7540
压降面积
8044
31480
12908
40586
15262
44699
条件：煤层均质且各向同性，渗透率为0.1mD，不因压裂和排采而变 10MPa压差稳定、连续生产 排采不影响支撑裂缝的规模和导流能力
弹性模量
泊松比 弹性模量 泊松比 弹性模量 泊松比 弹性模量
2812.3
0.41 1576.5 0.32 1637.1 0.30 2865.1
MPa
无因次 MPa 无因次 MPa 无因次 MPa
大宁－吉 县区块
原煤电镜扫描结果
一.煤层压裂地质特征
普遍发育天然裂缝、面割理与端割理，充填物少，主要为碳 酸钙、黄铁矿等
动态裂缝网络
支撑裂缝网络
汇 报 提 纲
一．煤层压裂地质特征
二．煤层压裂裂缝规律
三．煤层气采出机制
四．煤层压裂技术革命的发展方向
五．煤层压裂技术革命的实现途径
六．煤层压裂技术革命的可行方案
七．煤层压裂技术革命的配套措施 八．结论、展望与建议
三.煤层气采出机制
采出机理及过程：煤层气的储集主要依赖于吸附作用，当煤 层压力降落到解吸压力之下时，煤层气从微孔隙表面分离， 通过基质和微孔隙扩散进入裂缝中，再经裂缝流入井筒，即 先解吸扩散后渗流入井的采出过程
300 长轴方向 250 短轴方向
动态裂缝半长（米）
200
150
120×60m
100
50
0 800 1800 压裂液用量（方） 2800 3800
258.3×136.9m
五.煤层压裂技术革命的实现途径
有效支撑裂缝：动态裂缝不管用，支撑裂 缝才有效，这与页岩气体积压裂本质不同
最重要和关键的途径：
流入支撑裂缝或井筒
气体从基质中解析
面割理 端割理
三.煤层气采出机制
采出机理及过程：煤层气的储集主要依赖于吸附作用，当煤 层压力降落到解吸压力之下时，煤层气从微孔隙表面分离， 通过基质和微孔隙扩散进入裂缝中，再经裂缝流入井筒，即 先解吸扩散后渗流入井的采出过程
流入支撑裂缝或井筒
气体从基质中解析
面割理 端割理


高性能压裂液和超高排量 支撑剂轻重结合
支撑剂大小结合
布砂方式优化
Байду номын сангаас
五.煤层压裂技术革命的实现途径
有效支撑裂缝：①高粘压裂液易于携砂， 超高排量便于带远
五.煤层压裂技术革命的实现途径
有效支撑裂缝：②超低密度支撑剂输送到 远端，普通密度支撑剂铺设于近井地带
呈现层状结构，煤岩多孔松散、胶结程度较弱
综合岩石力学实验及测井解释的结果
区块 参数名称 泊松比 弹性模量 韩城区块 泊松比 弹性模量 泊松比 弹性模量 三交区块 泊松比 弹性模量 泊松比 保德区块 数据 0.33 3350.2 0.32 3656.1 0.31 5220.4 0.26 2483.7 0.34 单位 无因次 MPa 无因次 MPa 无因次 MPa 无因次 MPa 无因次 备注 3# 5# 11# 5# 8# 13# 5# 8#
端割理
面割理
一.煤层压裂地质特征
属于典型的压敏储层，压力敏感性强
六块煤芯的压敏实验结果
10
8
-3 渗透率（10 μ m2 ）
B C E G
6
F H
4
2
0 0 2 4 6 8 10 12 14
净围压（MPa）
当围压增至12MPa时，煤芯剩余渗透率在1.78～5.14%，平均为3.86%
当回复至1MPa时，煤芯渗透率损失在55.12～78.48%，平均为63.91%
一.煤层压裂地质特征
基质渗透率普遍低，储层物性变化大
四 个 区 块 的
渗 透 率 分 布
受 所 取 煤 样 所 限 ，
室 内 实 验 结 果 可 能
不 完 全 具 有 代 表 性
汇 报 提 纲
一．煤层压裂地质特征
二．煤层压裂裂缝规律
三．煤层气采出机制
四．煤层压裂技术革命的发展方向
五．煤层压裂技术革命的实现途径
三.煤层气采出机制
压裂的作用：主要是形成支撑裂缝带，犹如大幅扩张井筒或 钻水平井，有效沟通远井区域，缩短流体流入井筒的距离
单相渗流压降区
压裂 或
不压裂
两相渗流解吸区
压裂形成水平缝
支撑裂缝带
压裂形成垂直缝
三.煤层气采出机制
压降面积的影响及其计算：根据裂缝评估结果，可计算压降 面积；结果表明：现有压裂技术不能支持高产；即使高产， 无论如何排采，由于供气不足，必将快速衰竭，无法稳产
四.煤层压裂技术革命的发展方向
非常规体积压裂：在尽可能不降低煤层 渗透率的前提下，造最大可能的支撑裂 缝网络，形成横贯南北、跨越东西、四 通八达的立体化裂缝网络，完全彻底地 沟通远井区域，流体奔流入井
发展方向
四.煤层压裂技术革命的发展方向
同时，承前启后，推动地质选区、选井选层、井网部署、合 理完井、正确排采等技术，实现跨越式发展（后面专门详细 探讨井网部署、正确排采等）
水 平 缝
转 向 缝
复杂裂缝 裂
T 形 缝
缝 网 络
水平井压裂形成裂缝网络，称之为体积压裂；直井压裂形 成裂缝网络，称之为缝网压裂，也属于体积压裂的范畴
二.煤层压裂裂缝规律
裂缝形态：从煤层压裂的现场监测结果来看，无论是测斜仪 监测，还是微地震监测，9井14层压裂形成的水力裂缝形态 都是一致的。这里仅显示韩3-1-015井11#煤层压裂的微地 震监测结果，并进行分析
150
150
K=0.01mD
120
K=0.01mD K=0.1mD
120
K=0.1mD K=1mD K=10mD
流经的距离（米）
K=1mD K=10mD
流经的距离（米）
90
90
60
60
30
30
0 0 5 流动时间（年） 10 15
0 0 5 流动时间（年） 10 15
不同渗透率储层在不同压差下流体流经的距离与流动时间的关系