煤层气井压裂技术
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煤层气压裂和排采技术
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
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
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
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
煤层气压裂工艺技术及实施要点分析
0 引言
我国地大物博，矿产资源丰富，煤层气资源总储量占居首 位，可以与天然气的总储量相媲美。因为煤层气本身属于清洁 能源发展行列，本身带有极强的清洁性能和使用的高效性，对 于此资源进行科学合理的开发应用，能够有效缓解现阶段我国 能源紧缺的尴尬局面。进行开采过程中，需要对煤层的低饱和、 低渗透和低压的发展特点充分了解，可以通过对水力压裂技术 的改造升级，完成增产增效工作，保证煤层气井开采效率和高 质量发展。在此过程中，需要注意的问题是，因为不同煤层在发 展过程中，都受到不同介质的作用，其内部构成和物质特性方 面都存在很大差异性，所以，科学掌握煤层气压裂工艺技术有 着重要的现实意义。
况会对裂缝整体位置和形态产生主要影响作用。通过科学调查 结果显示，起裂压力大小情况与地应力差之间存在负相关的变 化发展联系。换言之，破裂压力的影响因素主要为天然裂缝与 最大水平主应力间的夹角，在高水平应力差作用力的影响下， 会发生层次较规律的主缝问题。在低水平应力差作用力的影响 下，裂缝问题就会向周边进行延伸和扩展。
在开采工作的过程中，操作界面通常会选择使用4.4m 的 控顶距，确保支柱的稳定性，其收缩量可以达到159.42mm，在 开采的时候，在保证组距为5m 的前提下，为了保证支护强度不 受到影响，建议全部使用液压支架，进行简单分组操作，各个组 别之间互不干扰，相互配合，保证开采工作的安全性能。
(1) 液压支架支护要点
1.4 矿阶因素
第一是煤层的煤层气含量；第二是煤层气的渗透率；第三
图1 应力变形及解吸效应影响下的渗透率变化
2 煤层气压裂工艺技术及实施要点分析
2.1 优选煤层气压裂液体系
优选压裂液体系通常需要做好以下几方面工作：第一，尽 量减少添加剂的使用，保证矿产储层结构的安全稳定性；第二， 开发和使用新材料、新技术，满足开采要求；第三，在满足压裂 工艺与施工要求的前提下，有效提高压裂液的综合使用性能， 不断满足人们的使用要求，同时带来更多的经济效益。从而适 应市场经济的发展要求。
煤层气井压裂裂缝参数计算方法
压 降测试、 压 裂 施 工 曲 线 等 。 本 部 分 主 要 是 利 用 压 裂 施 工
１ ． ３吉 尔 兹玛 方 法 吉 尔 兹 玛 等 人 推 导 的 方程 是 基 于
牛 顿液 体 的 流 动 ， 流 动 方 程 采 用 了泊 稷 叶 的 理 论 ， 岩 石 破 裂 方程 是 英 格 兰 与 格 林 提 出来 的。 这 些 都 与 珀 金 斯 等 人 所 使 用 的不 同 ， 但 是 都 解 联 立 方 程 以求 得 缝 宽 。 吉 尔 兹 玛采 用 了合理 的边 界 条 件 ， 缝 端部 的 闭 合 是 圆 滑 的 。 基本假 设条件 ： 地层 为各 向同性均质 地层 ， 岩 石 线 弹 性 应 变 主 要 发 生 于 水平 面 上 ； 牛 顿 型压 裂液 在 裂 缝 中作 稳
Ｖａ ｌ ｕ ｅ Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
・２ ９・
煤层气 井压 裂裂缝参数计算 方法
Ｆｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ Ｃａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｃｏ ａ ｌ ｂ ｅ ｄ Ｍｅ ｔ ａ ｈ ａ ｎ ｅ Ｆｒ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｗ ｅ ｌ ｌ
Ｌ ＝ Ｃ ， ［ （ １ － ｖ ） ｌ ｘ ｈ ｆ
Ｋ Ｇ Ｄ裂 缝 动态 宽度 ： ｗ ： Ｃ ４ ［
Ｇｈ
目前 应 用 较 多 的是 利 用 各 种 数 学 模 型 以 及 测 试 资料
“
对裂缝几何参数进行计算 ， 数学模型例如 ： Ｐ Ｋ Ｎ模 型、 Ｋ Ｇ Ｄ 模 型、 拟三维模 型等 ； 测试资料 包括 ： 压力恢 复试 井、 注入／
ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｊ ｉ Ｅ ｒ Ｚ ｉ Ｍａ ｉ ｓ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｗ ｉ ｔ ｈ ｈ ｉ ｇ ｈ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ｏ ｆ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ
１ ． ３吉 尔 兹玛 方 法 吉 尔 兹 玛 等 人 推 导 的 方程 是 基 于
牛 顿液 体 的 流 动 ， 流 动 方 程 采 用 了泊 稷 叶 的 理 论 ， 岩 石 破 裂 方程 是 英 格 兰 与 格 林 提 出来 的。 这 些 都 与 珀 金 斯 等 人 所 使 用 的不 同 ， 但 是 都 解 联 立 方 程 以求 得 缝 宽 。 吉 尔 兹 玛采 用 了合理 的边 界 条 件 ， 缝 端部 的 闭 合 是 圆 滑 的 。 基本假 设条件 ： 地层 为各 向同性均质 地层 ， 岩 石 线 弹 性 应 变 主 要 发 生 于 水平 面 上 ； 牛 顿 型压 裂液 在 裂 缝 中作 稳
Ｖａ ｌ ｕ ｅ Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
・２ ９・
煤层气 井压 裂裂缝参数计算 方法
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Ｌ ＝ Ｃ ， ［ （ １ － ｖ ） ｌ ｘ ｈ ｆ
Ｋ Ｇ Ｄ裂 缝 动态 宽度 ： ｗ ： Ｃ ４ ［
Ｇｈ
目前 应 用 较 多 的是 利 用 各 种 数 学 模 型 以 及 测 试 资料
“
对裂缝几何参数进行计算 ， 数学模型例如 ： Ｐ Ｋ Ｎ模 型、 Ｋ Ｇ Ｄ 模 型、 拟三维模 型等 ； 测试资料 包括 ： 压力恢 复试 井、 注入／
ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｊ ｉ Ｅ ｒ Ｚ ｉ Ｍａ ｉ ｓ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｗ ｉ ｔ ｈ ｈ ｉ ｇ ｈ ｄ ｅ ｇ ｒ ｅ ｅ ｏ ｆ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｓ ｕ ｉ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ
煤层气井压裂工艺流程
煤层气井压裂工艺流程煤层气井压裂是一种非常有效的增产技术，采用该技术可以大幅度提高煤层气井的产能。
本文将介绍煤层气井压裂的工艺流程，帮助读者更好地了解该技术。
1. 前期准备工作在进行煤层气井压裂前，需要进行一些前期准备工作。
首先要进行地质勘探，确定煤层气井的地质特征和裂缝分布情况。
然后需要进行井筒清洗、井壁固井等工作，确保井下环境干净、整洁。
此外，还需要准备好压裂液、压裂管、压裂泵等设备。
2. 压裂液配方压裂液是煤层气井压裂的关键，其配方需要根据煤层气井的地质特征和裂缝分布情况进行调整。
通常压裂液包含水、泡沫剂、胶体、砂浆等成分。
其配方需要在实验室进行试验，确定最合适的比例。
3. 压裂管布置在进行压裂前，需要将压裂管布置到煤层气井内，以便将压裂液注入到煤层中。
通常，压裂管是由多段组成，其长度和数量需要根据煤层气井的井深和井径确定。
4. 压裂泵注入压裂液当压裂管布置完毕后，需要将压裂泵连接到管道上，并将压裂液注入到煤层中。
通常，压裂液会通过压裂管的缝隙渗透到煤层中，分解煤层内部的裂缝并将气体释放出来。
5. 压裂过程监测在压裂过程中，需要对压力、流量、温度等参数进行实时监测。
这些参数的变化可以提供有关煤层气井内部裂缝的信息，帮助工程师进行控制和调整。
6. 结束压裂并回流压裂液当压裂过程结束后，需要将压裂管中的压裂液回流到地面，以便对其进行处理和回收。
回流压裂液需要进行分析，以确定是否存在污染物和有害物质，以及是否可以重复使用。
通过以上流程，煤层气井压裂工艺可以很好地实现，并为煤层气的开采提供了一种有效的手段。
煤层气井水力压裂技术
特点
适用于低渗透煤层，能够提高煤 层的渗透性，增加天然气产量， 是煤层气开发中的关键技术之一 。
技术原理
01
02
03
高压水流注入
通过高压水泵将高压水流 注入煤层，利用水压将煤 层压裂。
支撑剂填充
在压裂过程中，向裂缝中 填充支撑剂，如砂石等， 以保持裂缝处于开启状态。
气体流动
压裂后，煤层中的天然气 通过裂缝和孔隙流动，被 开采出来。
智能化发展
利用人工智能、大数据和物联网技术，实现水力压裂过程 的实时监测、智能分析和自动控制，提高压裂效率和安全 性。
绿色环保
研发低污染或无污染的压裂液和支撑剂，降低压裂过程对 环境的影响，同时加强废弃物的处理和回收利用。
多层压裂和水平井压裂
发展多层压裂和水平井压裂技术，提高煤层气开采效率， 满足市场需求。
煤层孔隙度
孔隙度决定了煤层的储存空间和吸附能力，孔隙度高的煤层有利于 气体的吸附和扩散。
压裂液性能
பைடு நூலகம்
粘度
粘度是压裂液的重要参数，它决 定了压裂液在煤层中的流动阻力， 粘度越高，流动阻力越大。
稳定性
压裂液的稳定性决定了其在高压 和高剪切条件下保持稳定的能力， 稳定性好的压裂液能够保持较好 的流动性和携砂能力。
解决方案
为了降低水力压裂技术的成本，研究 人员和工程师们正在探索新型的压裂 液和支撑剂，以提高其性能并降低成 本。同时，优化压裂施工方案、提高 施工效率也是降低成本的有效途径。 此外，加强设备的维护和保养、提高 设备的利用率也是降低水力压裂成本 的重要措施之一。
06
水力压裂技术的前景展 望
技术发展方向
能力和导流能力。
裂缝网络设计
裂缝走向
适用于低渗透煤层，能够提高煤 层的渗透性，增加天然气产量， 是煤层气开发中的关键技术之一 。
技术原理
01
02
03
高压水流注入
通过高压水泵将高压水流 注入煤层，利用水压将煤 层压裂。
支撑剂填充
在压裂过程中，向裂缝中 填充支撑剂，如砂石等， 以保持裂缝处于开启状态。
气体流动
压裂后，煤层中的天然气 通过裂缝和孔隙流动，被 开采出来。
智能化发展
利用人工智能、大数据和物联网技术，实现水力压裂过程 的实时监测、智能分析和自动控制，提高压裂效率和安全 性。
绿色环保
研发低污染或无污染的压裂液和支撑剂，降低压裂过程对 环境的影响，同时加强废弃物的处理和回收利用。
多层压裂和水平井压裂
发展多层压裂和水平井压裂技术，提高煤层气开采效率， 满足市场需求。
煤层孔隙度
孔隙度决定了煤层的储存空间和吸附能力，孔隙度高的煤层有利于 气体的吸附和扩散。
压裂液性能
பைடு நூலகம்
粘度
粘度是压裂液的重要参数，它决 定了压裂液在煤层中的流动阻力， 粘度越高，流动阻力越大。
稳定性
压裂液的稳定性决定了其在高压 和高剪切条件下保持稳定的能力， 稳定性好的压裂液能够保持较好 的流动性和携砂能力。
解决方案
为了降低水力压裂技术的成本，研究 人员和工程师们正在探索新型的压裂 液和支撑剂，以提高其性能并降低成 本。同时，优化压裂施工方案、提高 施工效率也是降低成本的有效途径。 此外，加强设备的维护和保养、提高 设备的利用率也是降低水力压裂成本 的重要措施之一。
06
水力压裂技术的前景展 望
技术发展方向
能力和导流能力。
裂缝网络设计
裂缝走向
辽河油田阜新煤层气井压裂工艺技术应用
１ ７ ． ０ ２０ｉ 间 。 ｎ之
１ 煤层 压裂 的压 裂液
煤层 割 理 系 统发 育 ， 井 过 程 中钻 井 液 多处 滤 钻
失 ， 明煤层 具 有 高 滤失 性 ， 层 的杨 氏模 量 较 常 说 煤
规 的砂 岩 杨 氏模 量小 ，易形 成 较 宽 的水 力 裂缝 ， 同 时 煤 层 的高 滤 失 性 决 定 了在 煤 层 中造 长 缝 比较 困 难 ，煤 层 的井 网布置 也 限 制 了水 力 裂缝 的长度 ， 因 此煤 层压 裂过 程 中 ， 煤层 压裂 液性 能要 求很 高 。 对
采
技
术
尝试 。在施工 中以大排量注入 ， 排量 ８ ～１． ｍ／ ｉ ． ００ ３ ｎ ０ ｍ
向地 层 中挤入 ＭＣ ３ 层压 裂液 ，不用 支撑 剂 来 达 一煤
到裂 缝 的正常 延伸 ， 保证 了施 工 的顺利 进行 。
” 。
时间
防膨剂
ＣＯ一 Ｏ／ Ｗ ＤＦ Ｔ 一 ＢＡ一
层气 井 中的新 尝试 新探 索 ，其 效果 评价 将在 今 后 的煤 层 气压 裂 中进 一步证 实 ，该 项 技术 对 了
解煤 层 的裂 缝延 伸规律 ， 正确认 识煤 层具 有 重要 的意 义。
关键 词 辽 河 油 田 阜新煤 层 压 裂 工 艺 应 用
阜 新 市是 辽 宁省 煤 炭 的主 产 区 ， 了开辟 后续 为 能源 ，０ ６年辽 河 石油 勘探 局 在阜 新 盆 地加 大 勘探 ２０ 力度 ， 对煤 层气 进行 开 发 。该 地 区煤 层 气 井 位 于 阜 新 市 西 南 距 市 区 ５ｋ ｍ处 ，０ ６年 ３ ２０ ～５月 完 钻 的 ４ 口新 井 ， 井 方 式 为套 管 完 井 ， 钻 井 深在 ９ ６０ 完 完 ８ ．～
１ 煤层 压裂 的压 裂液
煤层 割 理 系 统发 育 ， 井 过 程 中钻 井 液 多处 滤 钻
失 ， 明煤层 具 有 高 滤失 性 ， 层 的杨 氏模 量 较 常 说 煤
规 的砂 岩 杨 氏模 量小 ，易形 成 较 宽 的水 力 裂缝 ， 同 时 煤 层 的高 滤 失 性 决 定 了在 煤 层 中造 长 缝 比较 困 难 ，煤 层 的井 网布置 也 限 制 了水 力 裂缝 的长度 ， 因 此煤 层压 裂过 程 中 ， 煤层 压裂 液性 能要 求很 高 。 对
采
技
术
尝试 。在施工 中以大排量注入 ， 排量 ８ ～１． ｍ／ ｉ ． ００ ３ ｎ ０ ｍ
向地 层 中挤入 ＭＣ ３ 层压 裂液 ，不用 支撑 剂 来 达 一煤
到裂 缝 的正常 延伸 ， 保证 了施 工 的顺利 进行 。
” 。
时间
防膨剂
ＣＯ一 Ｏ／ Ｗ ＤＦ Ｔ 一 ＢＡ一
层气 井 中的新 尝试 新探 索 ，其 效果 评价 将在 今 后 的煤 层 气压 裂 中进 一步证 实 ，该 项 技术 对 了
解煤 层 的裂 缝延 伸规律 ， 正确认 识煤 层具 有 重要 的意 义。
关键 词 辽 河 油 田 阜新煤 层 压 裂 工 艺 应 用
阜 新 市是 辽 宁省 煤 炭 的主 产 区 ， 了开辟 后续 为 能源 ，０ ６年辽 河 石油 勘探 局 在阜 新 盆 地加 大 勘探 ２０ 力度 ， 对煤 层气 进行 开 发 。该 地 区煤 层 气 井 位 于 阜 新 市 西 南 距 市 区 ５ｋ ｍ处 ，０ ６年 ３ ２０ ～５月 完 钻 的 ４ 口新 井 ， 井 方 式 为套 管 完 井 ， 钻 井 深在 ９ ６０ 完 完 ８ ．～
煤层气井测试压裂解释及应用
煤层气井测试压裂解释及应用煤层气井测试压裂解释及应用煤层气是一种新型的能源，其开采与利用是当前我国能源领域的一项重要战略任务。
随着煤层气开采的深入，煤层气井开采压力逐步降低，致使煤层气的开采效率下降，这时需要采用压裂技术来提高采气效率，这就是煤层气井测试压裂技术。
一、煤层气井测试压裂技术概述煤层气井测试压裂技术是一种通过向煤层注入高压液体，使煤层产生裂缝，扩大煤层气通道，从而提高开采效率的技术。
该技术主要包括单硝酸甘油压裂、液压压裂、液体碎岩压裂、沙弹压裂等多种方法，其中以液压压裂最为常用。
液压压裂技术是一种将高压液体注入井内，通过井口充放口向井下送液强行将煤层撑起并裂开，煤层裂缝在拆除撑开压力后能够自行保持半永久性和可使煤层通气性和渗透性增加的技术。
针对不同的地质情况，液压压裂可分为水力压裂、气体压裂、泡沫压裂和混合压裂等，水力压裂是其中应用最为广泛的一种技术。
在进行煤层气井测试压裂前，需要进行试压并测定井下地质参数，根据实测参数进行压裂方案设计。
设计方案通常包括压裂液种类的选择、注入量、注入压力及持续时间等。
在进行压裂过程中，需要不断监测井下压力、压裂液注入量及煤层气产量等参数，及时进行控制和调整。
二、煤层气井测试压裂技术的应用煤层气井测试压裂技术在煤层气井的开采中具有重要的应用价值。
其应用主要包括以下几个方面：1. 提高煤层气井开采效率通过测试压裂技术可以扩大煤层裂缝，增加煤层渗透性，使煤层气开采效率得到提高。
2. 优化煤层气井的产能分布煤层气井测试压裂可以改善煤层裂缝的分布情况，促进煤层气的集中开采，提高整体产能。
3. 降低生产成本测试压裂技术可以提高开采效率和产能，降低生产成本，提高井产值。
4. 提高井下安全性煤层气井压裂需要对井下地质参数进行测量及压裂过程进行监测和控制，从而提高井下施工的安全性。
5. 推进煤层气井开采技术进步煤层气井测试压裂技术是一种新型的能源开采技术，其应用可以带动煤层气产业链的升级，推进煤层气井开采技术的进步。
煤层气井压裂技术探讨
３ 压 裂施 工及压后试 油简况
２０ ０ ５年 １ Ｏ月 ２ ２日， 本井 目的储层 ２ ６ ． ～ 对 ５ ７０ ２ ８ ． ｍ 井段 实施 油 管压裂 ， 胍胶 液 １ １ ４ （ ５３Ｏ 用 ７ ． ｍ。 胍 胶 １ ６ ， 联 液 １ ． ｍ。 ， ５ ｍ。胶 ５ ４ ） 前置 液 ５ ． ｍ。 携 砂 液 ６９ ，
维普资讯
试
３ ２０ ６ ０ ６年 ９月
采
技
术
Ｖｏ１ ７ Ｎ ｏ ．２ ．３
Ｗ ＥＬＬ ＴＥＳ ＮＧ ＮＤ ＴＩ Ａ ＰＲＯＤＵ ＣＴＩ ＯＮ ＴＥＣＨ ＮＯ Ｉ ＯＧＹ
煤 层 气 井压 裂技 术 探 讨
李 胜 堂
（ 疆石 油管 理局试 油公 司 ） Nhomakorabea新 摘 要 彩 ５ ４煤 层 气 井压 裂 是克 拉玛 依 油 田进 行 的首 次煤 层 气 井压 裂 改造 ， ０ 由于 对地
１ ６ ， 替液 ８ ５ ， Ｏｏ ４ ～Ｏ ９ ０ ｍ。 顶 ． ｍ。加 ． ５ ． ｍｍ 的石英 砂
８ ， 粒 ６ ５ ，加 砂 比 １ ． ％ ，破 裂 压 力 ｍ。 陶 ． ｍ。 ３７
完钻 井 深 （ ３ ３ ． 人 工 井 底 （ ｍ） ０ ００ ｍ） 固井 质 量 合 格 钻 井 泥 浆 比重 （ ／ｍ。 ｇｃ ）
度 １．４ １ ５ ｍｍ。
井深（ ｍ）
图１ 彩５ ４ ５７０ ５３井段压后井温曲线 ０井２６ ．～２ ８ｍ
作 者 简 介 ： 胜 堂 ，９ ５年 毕 业 于 江 汉 石 油 学 院 ， 从 事 试 油 生 产 技 术 管 理 工 作 。 地 址 ：８ ４ ２ ） 疆 克 拉 玛 依 市 。 李 １９ 现 （３０７新
煤层气田二氧化碳压裂适应性简介
中国石化 中原石油勘探局
压裂液类型 泡沫压裂液 聚合物乳化液 油基压裂液（凝胶） 线性胶（不交联） 交联水基冻胶
CO2增能/泡沫压裂工艺技术
导流能力保持率 80～90 65～85 45～70 45～55 10～50
中国石化 中原石油勘探局
CO2增能/泡沫压裂工艺技术
5、CO2段塞增能压裂
在常规压裂前，在前置活性水阶段向地层泵入高泡沫 质量的CO2段塞，有隔离液与后续的前置冻胶相隔，增加压 裂液的返排能力，达到快速排液之目的。
• （5）由于煤层温度较低，高浓度的液体CO2无法快速气化， 形成泡沫，为压后快速返排提供能量，且在未来的返排过程 中形成干冰，毁坏套管。
三、煤层采用CO2压裂的依据
• 依据一：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， 更合理地分配井孔周围的压降，增加产能和气体解吸速率，提高采收率，因此，压裂改 造作为一种重要的强化增产措施，在煤层气开采中得到普遍应用。中原石油勘探局井下 特种作业处在工艺技术方面已经取得了许多重要进展，积累了不少经验，尤其在煤层气 井压裂改造方面，已形成了一套比较完善、配套的工艺技术，现场应用取得了较好效果。
高压泵进行灌注供液，从而满足吞吐等施工工艺的需求。
• CO2增压泵车采用德国梅塞德斯—奔驰公司生产的 2 0 3 1 A K 底 盘 ， 主 要 包 括 台 上 卡 特 3 1 1 6 TA 发 动 机 、 液 压 系统、吸入管汇、液气分离瓶、增压泵系统、排出管汇、 控制面板等组成。台上发动机中额国定石功化率为中1原9石0马油力勘探，局增压
入井下,其体积系数是1:517;
N2在地层中不参加任何反应而CO2与地层水反应产生碳酸，有效地降低了系统的总
pH值，降低了压裂液对基质的伤害；
压裂液类型 泡沫压裂液 聚合物乳化液 油基压裂液（凝胶） 线性胶（不交联） 交联水基冻胶
CO2增能/泡沫压裂工艺技术
导流能力保持率 80～90 65～85 45～70 45～55 10～50
中国石化 中原石油勘探局
CO2增能/泡沫压裂工艺技术
5、CO2段塞增能压裂
在常规压裂前，在前置活性水阶段向地层泵入高泡沫 质量的CO2段塞，有隔离液与后续的前置冻胶相隔，增加压 裂液的返排能力，达到快速排液之目的。
• （5）由于煤层温度较低，高浓度的液体CO2无法快速气化， 形成泡沫，为压后快速返排提供能量，且在未来的返排过程 中形成干冰，毁坏套管。
三、煤层采用CO2压裂的依据
• 依据一：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， 更合理地分配井孔周围的压降，增加产能和气体解吸速率，提高采收率，因此，压裂改 造作为一种重要的强化增产措施，在煤层气开采中得到普遍应用。中原石油勘探局井下 特种作业处在工艺技术方面已经取得了许多重要进展，积累了不少经验，尤其在煤层气 井压裂改造方面，已形成了一套比较完善、配套的工艺技术，现场应用取得了较好效果。
高压泵进行灌注供液，从而满足吞吐等施工工艺的需求。
• CO2增压泵车采用德国梅塞德斯—奔驰公司生产的 2 0 3 1 A K 底 盘 ， 主 要 包 括 台 上 卡 特 3 1 1 6 TA 发 动 机 、 液 压 系统、吸入管汇、液气分离瓶、增压泵系统、排出管汇、 控制面板等组成。台上发动机中额国定石功化率为中1原9石0马油力勘探，局增压
入井下,其体积系数是1:517;
N2在地层中不参加任何反应而CO2与地层水反应产生碳酸，有效地降低了系统的总
pH值，降低了压裂液对基质的伤害；
晋城亚行煤层气井水力压裂技术研究
决 定 了压 裂施 工人 工裂 缝发 育 和展布 特征 ，煤 层 弹性
表２
晋城 无烟 煤 岩 石 力 学 实 验 结 果
煤层 压裂 施工 所产 生 的人工 裂缝 非常 复 杂 ， 目前 ，
国 内外普 遍认 为煤 层压 裂所 形成 的裂缝 为复 杂 的多裂
量 、 套管 注 入施 工 方式 ， 光 考虑 到 现 有设 备 能力 ， 工 施
供应 量也 大 ， 完全 可 以满 足施 工需要 。 综合 各 方 面 的情 况 ， 择在 煤 层 裂缝 不 太 发 育 的 选
施 工 井 使 用 ４ ０ ９ ０Ｉ 兰 州 石 英 砂 为 主 要 支 撑 剂 ， ５ ～ ０ ｍ ｘ 尾 追 ８ ０ １ ０ ｍ 兰 卅ｌ 英 砂 。 ０— ０ ２ 石
子会 吸 附在煤 层上 。 对煤 层渗 透率造 成 伤害 。 从实 验结果 看 出 ，活性水 压裂 液对 煤层 渗透 率 的 伤 害最 小 。 活性 水压 裂液具 有成 本低 、 造成 的环 境污 染 小、 对后 期采 煤生产 无 明显影 响等 优势 ； 缺点 是施 工摩 阻 大 、 缝 能力差 、 造 携砂 能力 有 限。 合 多种 因素 ， 选 综 优
彻底破 胶 ， 对煤 层渗 透率会 造 成永久 性 的伤害 ； 一方 另
面 ． 岩对 有机 物具 有较 强 的吸附性 ， 机稠化 剂 大分 煤 有
支撑 剂 ， 变 了原煤层 的环 境 ， 可 能使 随着 压裂 液注 改 有 入 的微 生 物 和 （ ） 层 原有 微 生 物 在 煤 层 中大 量 繁 或 煤
３ 压 裂施 工 工 艺
煤 层 具有裂 缝 和空 隙双重渗 流体 系 ，孔 隙度 一般 只有 ２ ％左右 ， 隙连通 性 非 常差 ， 本 不具 气 水 渗 流 孔 基 Ｋ Ｉ 很 好 的 防膨 剂 ， 量 为 １ ％时 ， Ｃ 是 用 ． ０ 防膨 率 就 能力 ｓ － 层水力 加砂 压裂 的 主要任 务是 压开 和支 撑 。煤
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专题研讨
压裂
S1 S2
S3
6
图1 压裂过程示意
专题研讨
✓压裂材料：压 裂液和支撑剂
✓施工参数：排 量和压力
图2 压裂施工现场
✓压裂设备：泵 车(组)、液罐、
砂车、仪表车7来自三 压裂液专题研讨
3.1 种类
水基压裂液、泡沫压裂液、油基压裂液、乳化压裂液 清洁压裂液，纯气体压裂液（液化）。
3.2 发展
憋压 造逢
裂缝延伸 充填支撑剂
裂缝闭合
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专题研讨
2.2 压裂的一般流程
原始煤层压裂井的施工主要经过3个阶段:完井阶段、储 层改造阶段(即射孔、压裂阶段)、排水采气阶段。 （1）压裂方案设计：（裂缝几何参数优选及设计；压裂液类
型、配方选择及注液程序；支撑剂选择及加砂方案设 计；压裂效果预测和经济分析等。 ） （2）压前准备：配制压裂液，压裂车组、设备调试完毕。 （3）施工过程： ①前期：注入前置液，降低滤失，破裂地层，造缝， 降温，压开裂缝后前期加入细砂。 ②中期：注入携砂液，携带支撑剂（先中砂后粗砂）、 充填裂缝、造缝。 ③后期：注入顶替液，中间顶替液：携砂液、防砂卡； 末尾顶替液：提高携砂液效率和防止井筒沉砂。 5
另一方面较小颗粒残渣，穿过滤饼随压裂液一道进入 地层深部，堵塞孔隙喉道。 (4) 粘土矿物膨胀，煤粉运移堵塞裂隙，引起压裂压力增 大，裂缝方向改变。 (5) 压裂液与储层不配伍造成的伤害，可能发生化学反应。
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专题研讨
表1 国内外压裂液类型及使用现状
压裂 液类型
优点
缺点
适用范围
使用比例
国外 国内
水基 压裂液
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专题研讨
前置液
携砂液
顶替液
图3 SH133 压裂施工曲线图
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专题研讨
3.3 添加剂
稠化剂：植物胶，瓜尔胶 、香豆胶 、田菁胶等 交联剂：交联冻胶压裂液，交联剂是必不可少的添加剂
（硼砂） 防膨剂：粘土稳定剂，氯化钾 助排剂：促使压裂后破胶压裂液迅速返排 ，活性水、线
性胶和交联冻胶压 裂液中都需要加入助排剂 破胶剂：线性胶，特别是交联冻胶压裂液 （过硫酸铵 ，
40、50年代，矿场原油、凝胶油、粘性乳化液； 60年代瓜尔胶稠化剂的问世——现代压裂液化学的诞生； 70年代，水基压裂液迅速发展，占主导作用； 80年代泡沫压裂液技术取代了部分水基压裂液 。 目前，泡沫压裂液、液体CO2压裂液、液氮压裂液也开始应用。
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专题研讨
3.3 要求
滤失少、悬浮能力强、摩阻低、热稳定性及剪切稳定性 能好、低残渣、配伍性好、破胶迅速彻底、货源广，便于配 制，经济合理。
图4 裂缝延伸形态
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专题研讨
4.1 裂缝形态及扩展规律
一般首先在井筒附近产生不规则水平缝，然后随着裂 缝的进一步延伸，有的井产生水平缝，有的井产生垂直缝。
表2 沁水盆地煤层气井压裂裂缝高度测试结果表
裂缝的高度超过压裂层厚度的4倍，最高达到6倍，一般在2~4倍
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4.2 裂缝监测方法
专题研讨
包括裂缝高度测量和裂缝方位及长度的监测
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专题研讨
二 压裂机理及一般流程
2.1 机理
利用地面高压泵组，将高粘度压裂液在大排量条件下注入井中，在 井底憋起高压；当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时 ，在井底附近地层产生裂缝；继续注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前 延伸并填以支撑剂，关井后裂缝闭合在支撑剂上，从而在井底附近地层 内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，沟通煤层裂隙，最后 通过煤层气排水-降压-解吸的过程，达到正常排气的目的。
≤5.0
≤2.0
泡沫 压裂液
密度低、易返 排，伤害小、 携砂性好
施工压力高， 需特殊设备
低压、水敏领 导
25～ 30
――
不会引入任何 施工设备特殊， 干气气藏，低
液态CO2 流体，对地层 成本远高于其 压油藏 压裂液 无伤害，有利 它体系，施工
--
0
于压后投产 规模较小
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四 压裂裂缝
4.1 裂缝形态及扩展规律
煤层气井压裂技术
1
提 纲：
专题研讨
一 压裂的目的及意义
二 压裂机理及一般流程
三 压裂液
四 压裂裂缝
2
专题研讨
一 压裂的目的及意义
①压裂消除了井筒附近储层在钻井、固井、完井过程中 造成的伤害。
②压裂使井孔与煤储层的裂隙系统更有效的联通。 ③压裂可加速脱水，加大气体解析率，增加产量。 ④压裂可更广泛地分配井孔附近的压降，降低煤粉产量。
3.4 按阶段划分
按照在压裂施工中的不同工艺作用，压裂液可以分为： 前置液、携砂液和顶替液。 前置液：是压开地层并造成一定几何尺寸的裂缝，以备后面
的携砂液的进入。在温度较高的地层里，它还可以 起到一定的降温作用。 携砂液：将支撑剂带入裂缝，继续扩张裂缝，冷却地层。 顶替液：将携砂液顶替进裂缝，防治余砂沉积井底形成砂卡。
裂缝形态主要包括裂缝的长度、宽度和高度及走向 长度：随着裂缝宽度的增加，裂缝长度将受到限制。 宽度：压裂裂缝的宽度与其弹性模量成反比。 方位：同一盆地没有明显的方向性，但是存在着在某一方向
裂缝出现机率相对较大的现象。 裂缝形态4种类型：水平缝、垂直缝、先水平缝后垂直缝、两 冀不对称缝 (一冀为垂直缝，一冀为水平缝)。形态复杂的例 如“T”、“工”，‘爪’ 型裂缝。
走向：井眼三维地震、地震声波井下电视、井下电视照相 高度、宽度：水力阻抗监测、伽玛射线测井、井温测井、 超声波成像测井 沁水盆地： 方位、长度:大地电位法或微地震法 高度：井温测试法或放射性同位素示踪剂（伽马测井法）
生物酶破胶剂 ） 杀菌剂：压裂液中的稠化剂多糖聚合物在细菌作用下会发
生降解，导致粘度下降。（甲醛液） PH调节剂：调节压裂液PH值 表面活性剂、降滤剂等
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专题研讨
3.4 压裂液对储层的伤害
类型:吸附伤害、堵塞伤害、水化膨胀伤害和化学伤害
(1) 煤比表面积较大，容易吸附物质（特别是有机物）。 (2) 压裂液滤失、反排不彻底，滞留储层造成液堵。 (3) 压裂液残渣，返流堵塞填砂裂缝，降低裂缝导流能力；
廉价、安全、 可操作性强、 综合性能好
深度高，残渣、 除强水敏性储
伤害高
层外均可用
60～ 65
≥95
油基 压裂液
配伍性好、密 度低、易返排 伤害小
成本高，安全 性差，耐温较 低
强水敏，低压 储层
≤5.0
≤3.0
乳化 残渣少、滤失 压裂液 低、伤害较小
摩阻较高，油 水比较难控制
水敏，低压储 层、低中温井