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1、煤層壓裂的實踐與認識匯報提綱前言1.煤層氣生、儲、產(chǎn)概念2．煤層的基本物理特性3．煤層與砂巖層的差異4．煤層與砂巖層壓裂差異5．煤層壓裂技術(shù)要點6．煤層壓裂施工程序7．煤層壓裂案例分析8．復合壓裂技術(shù)9、氮氣泡沫壓裂10、煤層壓裂的認識前言二十世紀九十年代，煤層壓裂改造技術(shù)的突破是我國煤層氣勘探最重要的技術(shù)突破。以壓裂改造為核心的配套技術(shù)促進了我國煤層氣勘探迅速發(fā)展，并取得一批重大科研成果。晉煤集團、中聯(lián)公司、中石油等國內(nèi)外煤層氣公司在沁南地區(qū)開發(fā)煤層氣獲得巨大成功，極大地推動了我國煤層氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。多分支水平井技術(shù)的突破和成功，更加促
2、進了我國煤層氣產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。我國煤層氣開發(fā)迫切需要更高水平的壓裂技術(shù)，研究、開發(fā)煤層壓裂新技術(shù)迫在眉睫。煤層氣的生成煤層氣的儲存煤層氣的產(chǎn)出煤層瓦斯等溫解吸示意圖002010510P,MPam3/tP=12MPa煤B－飽和煤C－未飽和VCVBV=VmPPL+PC可采氣量臨界解吸壓力原始地層壓力B可采氣量殘存壓力煤A－過飽和煤層改造與煤層氣產(chǎn)出關(guān)系原生結(jié)構(gòu)煤層煤層產(chǎn)生裂縫支撐裂縫流體流動煤層降壓煤層氣解吸煤層氣滲流煤層氣產(chǎn)出壓裂加砂壓力傳導排水排水排采排采煤層壓裂的核心核心技術(shù)正確選擇壓裂層段和完井方法有效提高區(qū)域煤層的“透氣性”在煤系
3、地層建立良好的產(chǎn)氣通道實現(xiàn)目的：提高單井產(chǎn)氣量——裂縫效率延長區(qū)塊穩(wěn)產(chǎn)時間——整體降壓提高煤層氣采收率——通道穩(wěn)定2．煤層的基本物理特性礦物特性：煤層是以固定碳為主要成分的有機巖體，含有一定量的揮發(fā)份物質(zhì)，灰分在煤層中占有相當?shù)谋壤?，煤層氣主要以吸附形式儲存于煤巖體之中。結(jié)構(gòu)特性：宏觀的單一煤層是由眾多更薄的煤層和夾矸構(gòu)成，薄煤層、夾矸之間存在較大物性差異；煤巖的孔隙度極低，煤層中廣泛發(fā)育垂向、成組型裂縫，但是裂縫的連通性較差。含水特性：煤層裂隙普遍含水，煤巖孔隙不一定含水，煤層一般不是富水層，煤層水礦化度普遍較低。2．煤層的基本物理特
4、性力學特性：煤層普遍具有低楊氏模量，高泊松比的力學性質(zhì)，在外力作用下極易發(fā)生塑性變形，其力學物性介于剛性—塑性物理體。裂隙特性：煤層具有孔隙和裂隙雙孔介質(zhì)特征，受煤化作用和構(gòu)造運動影響，煤層裂隙成組出現(xiàn)，多呈現(xiàn)“x”狀組合，煤層裂隙垂直于層面。溫度特性：目前開發(fā)的煤層氣藏，埋深普遍小于1200米，煤層溫度普遍較低，一般在30度左右，屬于低溫儲層。3．煤層與砂巖層的差異巖層物性的差異：砂巖：楊氏模量高、泊松比低，單層厚度大、巖層單一，儲層巖性與圍巖相近；煤層：楊氏模量低、泊松比高，多層組合、巖層復雜，煤巖與圍巖差異大；裂縫形態(tài)的差異：砂巖
5、：垂直裂縫、兩翼相對對稱、裂縫高度大于儲層、線性裂縫；煤層：“T”型裂縫、兩翼不對稱、裂縫高度限于儲層、體積性裂縫；3．煤層與砂巖層的差異巖層溫度差異：砂巖：砂巖儲層較深，儲層溫度一般都在50°C以上，屬中高溫儲層；煤層：煤層埋深較淺，儲層溫度一般都在30°C以下，屬于低溫儲層；壓裂液傷害性差異：砂巖：配伍性傷害、粘土膨脹性傷害、；煤層：配伍性傷害、粘土膨脹性傷害、吸附性傷害、粘度傷害；3．煤層與砂巖層的差異固相顆粒傷害差異：砂巖：少量巖粉煤層：軟煤煤粉；粉煤煤粉；塊煤次生煤粉；夾矸巖粉；支撐劑鑲嵌作用差異：砂巖：砂巖硬度較高，選擇合適
6、硬度的支撐劑，鑲嵌作用不明顯；煤層：石英砂硬度高于煤層硬度，在閉合應力作用下，煤層裂縫閉合，石英砂易鑲嵌于煤層之中，降低裂縫導流能力；4．煤層與砂巖層壓裂的差異常規(guī)水力壓裂的基本原理：利用地面水動力在井眼形成高壓，當井底壓力超過巖層抗壓強度后，迫使巖層破裂；受圍巖遮擋影響，裂縫在縱向延伸受限，在橫向上一般沿最大主應力方向基本對稱延伸；利用支撐劑支撐裂縫、在巖層中獲得高導流能力通道，依靠裂縫效應改善巖層的滲流特性，提高巖層有效滲流能力。4．煤層與砂巖層壓裂的差異煤層水力壓裂的基本原理：利用地面水動力在井眼形成高壓，當井底壓力超過煤層抗壓強
7、度后，煤層破裂或裂縫張開；在縱向上，受圍巖遮擋制約，裂縫被限制在一定范圍內(nèi)；在橫向上，受煤層結(jié)構(gòu)影響，裂縫沿煤層主裂縫和次裂縫方向同時延伸；受煤層應力和裂縫發(fā)育條件影響，主裂縫沿主應力方向延伸較長，次裂縫也在一定范圍內(nèi)延伸。壓裂最終結(jié)果：在有限范圍的煤層內(nèi)，人造裂縫將煤層原生和次生裂縫有效連通，在煤層中形成大量“T”型裂縫和微裂縫，通過支撐裂縫和裂縫效應改善煤層的滲流特性，提高煤層有效滲流能力。煤層瓦斯抽排地面鉆井煤層裂縫剪切效應煤層裂隙示意圖煤層壓裂裂縫監(jiān)測圖5．煤層壓裂技術(shù)要點壓裂煤層選擇：煤層結(jié)構(gòu)——原生結(jié)構(gòu)煤層優(yōu)選，二類結(jié)構(gòu)煤層
8、能選，三類結(jié)構(gòu)煤層可選，四類結(jié)構(gòu)煤層不能選或回避。煤層厚度——單煤層厚度大于1.0m，多煤層組合小于4層，煤層隔層厚度小于10m，煤層組跨度小于20m。圍巖條件——煤層頂?shù)装鍘r層具有良好的隔水性，隔水層厚度
