第七章_煤层气开采工程.ppt

8.2 煤层气井增产措施——压裂工艺技术 煤层的原始渗透性能很差，必须经过后期改造。压裂是一种有效的措施，目前使用的压裂有水力压裂和高能气体压裂。 高能气体压裂：利用聚能弹爆炸时产生的高压气体对地层进行压裂，适用于解除井筒附近的堵塞，但处理半径小。 水力压裂：利用高压泵组将流体以超过地层吸收能力的排量注入，使煤层附近蹩起高压，当这种压力超过地应力及岩石抗张强度后，地层便产生裂缝。 1、关于压裂的几点认识 （1）支撑裂缝的几何形状和裂缝导流能力决定了压裂效果。通常低渗煤层加大压裂规模，造长缝、宽缝是可取的，但裂缝导流能力随缝长增加而减小，因此要在缝的长度和导流能力间寻求最佳的值。 8.2 煤层气井增产措施——压裂工艺技术 （2）井筒和生产管柱是压裂液入口，过小的管路面积会增大施工摩阻，不利于施工压力传递。 （3）岩石力学性质喝酒地应力长的分布在控制水力裂缝的形成和延伸中具有主导作用。最理想的情形是缝高限制在目的层内进行延伸。 （4）压裂液的粘度和滤失性将极大地影响支撑剂的分布和铺置及总的施工效能。高粘度造宽缝，且有利于支撑剂的输送，但将导致高的施工压力，并存在裂缝垂向延伸的潜在危险。前置液和支撑浓度决定最终裂缝穿透深度和导流能力，前置液不足经常导致因早期前置液耗尽而造成过早的脱砂。 （5）高的注入速率会使施工更有效，但施工期间为了使裂缝横向延伸最大，又要保持施工压力低于地层临界压力，并且要考虑所允许注入速率的管路摩阻、压裂液的剪切降解及地面施工压力。 8.2 煤层气井增产措施——压裂工艺技术 2、煤层压裂的特殊性 （一）裂缝形状复杂 （1）水平裂缝，煤层深度较浅时出现；（2）“T”形裂缝，在单一厚煤层中，压裂裂缝完全限制在煤层内，可形成形状复杂的裂缝系统；（3）垂直裂缝，在薄煤层中，易产生一条平面垂直裂缝；（4）裂缝穿过煤层，厚煤层中的垂直裂缝，在处理后期，可能向围岩延伸，穿透煤层。 （二）煤层压裂施工压力高 同砂岩相比，煤层压裂需要较高的施工压力，通常破裂压裂梯度大于0.0026MPa/m，并且这种压力贯穿于整个裂缝延伸的过程中。 引起煤层处理压力高的原因： 8.2 煤层气井增产措施——压裂工艺技术 8.2 煤层气井增产措施——压裂工艺技术 （2）煤屑的产生增加了液体的粘度，并使裂缝端部堵塞 （3）复杂、弯曲的裂缝易产生较高的升高压力 多条裂缝存在时引起的多孔弹性回压以及弯曲裂缝引起的流动阻力增大，在加砂压裂施工时，液体向前移动的过程中支撑剂浓度增大，产生砂浆效应，均会使地面施工压力升高。 （4）井眼失稳或射孔产生碎屑，煤碎屑会阻碍裂缝的产生 其中，孔隙弹性效应在井眼附近产生碎屑、井眼附近及外围形成的弯曲裂缝和多裂缝网络可能是处理压力过高的主要原因。 （三）压裂液对煤层的伤害导致煤层渗透性下降 主要原因是煤的吸附作用、水敏、速敏作用引起煤层基质膨胀，孔隙体积缩小，甚至堵塞割理系统，限制煤层气的流动。 （四）压裂液在煤层中的滤失性大，导致造缝率低 8.2 煤层气井增产措施——压裂工艺技术 3、煤层水力裂缝的模拟 （一）水平裂缝模拟 煤层埋深较浅和厚度不大时，最小主应力为垂直应力，易形成水平裂缝，可用Penny模型进行模拟计算。 （二）垂直裂缝模拟 模拟在地层中形成垂直裂缝的模型很多，并已在油气层压裂中广泛使用，如GDK模型、PKN模型等均为二维模型。相比之下，在深煤层中，如果煤层顶底板应力大于煤层，使用GDK模型比较合理。 在掌握煤层气井底应力剖面的条件下，使用拟三维（P3D）或全三维（F3D）数学模型计算裂缝几何尺寸更为真实。表8-4 为根据应力差确定的裂缝模型。 8.2 煤层气井增产措施——压裂工艺技术 8.2 煤层气井增产措施——压裂工艺技术 4、压裂设计 （一）地质参数获得 包括弹性模量、泊松比、抗压强度等在内的煤的力学参数可以通过室内实验测试或利用测井曲线求得； 包括水分、灰分、煤组分、含气量等在内的煤的物性参数可通过实验得到； 煤层渗透率、破裂压力、闭合压力和地应力一般采用注入-压降试井求得。 （二）压裂液的优选 对压裂液的基本要求： （1）压裂液首先应具有一定的造缝和携砂能力，以满足造长缝沟通割理系统的要求。 （2）压裂液同煤层具有较好的配伍性。 8.2 煤层气井增产措施——压裂工艺技术 目前，国