林亮 劉勇

摘要：壓裂工藝是煤層氣開發(fā)中的關鍵技術之一。中聯煤層氣有限責任公司承擔國家科技重大專項項目?—“鄂爾多斯盆地石炭-二疊系煤層氣勘探開發(fā)示范工程”，已經在柳林區(qū)塊內開展了大量現場工作。利用區(qū)內80口煤層氣井山西組煤層壓裂施工資料，結合相關生產數據，對比分析典型井壓裂施工效果，優(yōu)選了壓裂方式。研究表明，活性水加砂壓裂是較適合柳林地區(qū)山西組煤層氣井的增產改造措施。

關鍵詞：柳林區(qū)塊;煤層氣;壓裂;活性水;

1區(qū)域地質背景

河東煤田處在黃河東岸——呂梁山西坡的南北向構造帶上，屬于李四光指出的“黃河兩岸南北向構造帶”的東岸部分。煤田總體上是一個基本向西傾斜的單斜構造，屬于呂梁復背斜西翼的一部分，在單斜上又發(fā)育次一級的褶曲和經向或新華夏系的斷裂構造。

2 壓裂方式

目前多煤層的煤層氣井壓裂方式主要有合壓和分壓兩種，通過對柳林地區(qū)前期壓裂方式進行統(tǒng)計，投球分壓技術好于合壓技術，從壓裂效果來看，投球壓裂施工過程中，大多數井投球前后壓裂施工壓力變化比較明顯，甚至出現了明顯的破裂點，以XXX-06井投球壓裂為例，該井3號、4號煤層破裂壓力20.15MPa，投橡膠封堵球35個壓開5號煤層，5號煤層破裂壓力24.26MPa，投球前后壓力變化明顯。

3 壓裂液

中聯公司施工的80口壓裂井，壓裂液都為活性水壓裂液，并添加1%的KCl作為粘土膨脹抑制劑和0.05%的殺菌劑，壓裂效果比較明顯。泡沫壓裂液攜砂能力強，對煤儲層的傷害低，但目前國內泡沫壓裂技術條件有限且成本很高，目前在柳林地區(qū)沒有應用。氣體增能壓裂技術（CO2伴注）在柳林地區(qū)的FL-EP8和FL-EP9中進行了現場應用，但成本高，增產效果不明顯。

綜合考慮各種因素，選擇活性水壓裂液為柳林地區(qū)首選壓裂液。壓裂液配方為：清水+1%KCl+0.05% YT-1。

4支撐劑

氣井壓裂常用的支撐劑有石英砂、陶粒（實心、空心、多孔）、玻璃球、鋁球、樹脂包層砂等，類型選擇主要考慮其強度和成本。柳林地區(qū)煤層閉合壓力為6～16MPa，對支撐劑強度要求不高，從降低成本和便于活性水壓裂液輸送的角度考慮，選擇價格適宜的蘭州石英砂作為支撐劑，其強度完全符合該區(qū)煤儲層壓裂施工的要求。柳林地區(qū)煤層氣井壓裂采用合適粒度組合的石英砂支撐劑，如先泵入20～40目的中砂，再泵入12～20目粗砂，粒徑較大的石英砂將使近井范圍的裂縫具有較高的導流能力。

5 壓裂規(guī)模

總的來說，柳林地區(qū)前期的加砂規(guī)模及砂比并不高，同時由于煤儲層相對比較軟，石英砂極易被嵌入，降低了石英砂的支撐效果;另一方面，石英砂具有很強的磨細作用，容易產生大量的煤粉，運移后一起充填到中粗砂空隙中，從而降低壓裂改造效果。為此，后期在該區(qū)進行壓裂施工時，適當提高了加砂規(guī)模及砂比，平均砂比達到15%，每米加砂規(guī)模不低于8 m3/m。

6 施工排量

為了有效提高壓裂液的造縫效果，提高壓裂加砂規(guī)模和砂比，實現造長縫和寬縫效果，后期將施工排量設計提高到不低于7m3/min，并且所有井的設計都采用光套管注入、大排量壓裂技術，除個別井出現暫時性的砂堵外，均順利完成壓裂。

7 降濾失工藝

考慮到有機高分子添加劑對煤儲層的傷害較大，因此壓裂中都采用前置液加砂降濾失工藝，在煤層前置液壓裂中加入70～100目的粉砂作為降濾失劑。粉砂的滲透率遠遠高于試驗區(qū)煤層的原始滲透率，壓裂70～100目的粉砂可以充填天然裂縫，降低壓裂液的濾失，壓裂后這些天然裂縫受粉砂的支撐不能重新閉合，從而可提高目標煤層的滲透性，適合柳林區(qū)塊煤層壓裂的地質條件。

8 典型井施工分析

XXX-1D井為定向井，2012年3月壓裂，壓裂層位山西組煤層，射孔位置平面投影距離井口約150米，注入方式為套管注入，采用投球分層壓裂工藝。先用活性水灌滿井筒，做小型測試壓裂，小型測試采用階梯升排量法，最大排量8m3，最大壓力20.50Mpa，測壓降60min，壓力降至13.43Mpa。該井3號煤層破裂壓力23.70MPa，3號煤層施工壓力穩(wěn)定在22.00Mpa左右，第一層加砂按設計順利完成。

第一層壓裂完成后，打投球液并投橡膠封堵球102個封堵3號煤層，計劃壓開4號、5號煤層。4號、5號煤層破裂壓力25.83MPa，施工壓力穩(wěn)定在22.70MPa左右，當壓裂作業(yè)進行到143分鐘時，距離施工井口西南方向約30米處發(fā)生壓裂液攜煤塊、石英砂噴涌出地面的異常情況，隨之加砂尾追1.18-0.85mm石英砂3m3，打頂替液6m3后停止施工。停泵壓力14.45MPa，壓后測壓降92min降至11.45Mpa，加砂量總計44.81m3，完成設計砂量的82.98%。

研究區(qū)域資料后，發(fā)現井口附近有一口山西煤田地質局148隊于1989年施工的煤田勘探孔，孔號19，終孔深度676.89m，全孔取芯，終孔層位入O2 16.93m。

通過分析數據，XXX-1D井（定向井）的壓裂煤層平面投影距離19號煤田勘探孔（直井）對應的煤層平面投影直線距離約114米，表明在壓裂過程中隨著主裂縫的形成和不斷擴大，當裂縫延伸114米到19號孔處，由于該孔可能存在的封孔問題，壓裂液攜煤粉沿原有的裸眼段噴涌出地面，此次壓裂施工從側面上表明已有的壓裂方案在柳林區(qū)塊有較好的造縫能力，最大主應力方向上主裂縫延伸長度超過100米。

9 結論

活性水壓裂改造技術能改善儲層的滲透性以及與井筒的連通性，提高單井產量;壓裂產生的裂縫可以通過改變井眼周圍和儲層中的滲流模式，提高“有效井眼半徑”，擴大泄流面積;壓裂還可以在一定程度上消除鉆井施工對近井帶儲層的傷害。該壓裂工藝技術適應性廣，尤其是低壓低滲煤層，大多采用這種增產措施。綜合分析柳林地區(qū)的地質條件、煤層特征和開采因素，認為活性水加砂壓裂技術較適合柳林區(qū)塊的煤地質條件，是該地區(qū)煤層氣井增產改造的首選技術

參考文獻：

[1] 劉新社，席勝利，周煥順.鄂爾多斯盆地東部上古生界煤層氣儲層特征[J].煤田地質與勘探，2007，35（1）