【摘要】本文提出了適宜煤層壓裂改造的配套工藝技術，包括完井、壓裂設計、壓裂液研制、支撐劑優(yōu)選、壓裂施工、裂縫監(jiān)測、壓裂效果評價等技術。該技術完整、成熟、先進，居國內(nèi)領先水平，現(xiàn)場應用15口井33層煤，效果良好，可推廣應用。

1 引言

煤層壓裂改造可有效地將井孔與煤層天然裂隙連通起來，從而在排水采氣時，更廣泛地分配井孔附近的壓降，增加產(chǎn)能，增大氣體解吸速率。因此，在煤層氣勘探開發(fā)中，壓裂改造作為一種重要的強化措施，已得到普遍應用。然而，由于我國煤層氣勘探開發(fā)起步晚、技術落后，尤其壓裂改造工藝技術還沒有作系統(tǒng)研究，為此，我處經(jīng)過四年科技攻關，研究成功了煤層壓裂改造配套工藝技術，現(xiàn)場應用15口井33層煤，效果良好。

2 煤層壓裂改造配套工藝技術

2.1 完井技術

(1)采用全井下Φ139.7mm(Φ177.8mm)套管，低密度水泥漿固井工藝技術。

(2)采用高密度深穿透射孔工藝技術。用Φ102槍102彈(127彈)，孔密16～32孔/m，螺旋布孔，相位角90°，射開煤層或煤層和圍巖，從而使射孔孔徑超過Φ12mm，有效穿透距離超過500m。

這種完井技術穩(wěn)固了井身，減少了煤層污染，有利于煤層分層壓裂改造，能滿足排水采氣需要，經(jīng)濟可行。

2.2 壓裂設計技術

研制成功了煤層氣井三維壓裂優(yōu)化設計軟件。該軟件填補了國內(nèi)空白，是國內(nèi)第一套煤層氣井壓裂軟件，達到國際先進水平。該軟件在Windows環(huán)境下開發(fā)，采用Visualfor　Windows編程，模塊化設計，算法先進可靠。它主要包含以下7個模型：

(1)產(chǎn)量動態(tài)預測模型

(2)經(jīng)濟評價模型

(3)裂縫三維延伸模型

(4)控制縫高模型

(5)支撐劑運移分布模型

(6)溫度場模型

(7)優(yōu)化設計模型

運用該軟件，可設計出最優(yōu)壓裂方案，達到最佳壓裂效果。

2.3 壓裂液研制

壓裂液性能的好壞直接關系到壓裂施工的成敗及壓后增產(chǎn)效果，根據(jù)煤層特性，研制出了適合煤層的壓裂液系列。

(1)清水：其礦化度與煤層水接近，不傷害煤層;

(2)活性水：對煤層傷害輕微;

(3)低溫凍膠壓裂液：主要由瓜爾膠、KCL、殺菌劑、表面活性劑、助排劑、交聯(lián)劑、破膠劑等組成。其技術指標居國內(nèi)領先水平，破膠后水化液粘度(20℃，24h)為1.00MPa·s，表面張力<30mN/m，界面張力<2mN/m，煤層傷害率<16%。

2.4 支撐劑優(yōu)選

煤層一般埋藏較淺，閉合壓力低，選用天然石英砂(30MPa下破碎率<12%)既可滿足支撐裂縫要求，又經(jīng)濟便宜。常用石英砂規(guī)格有40～70目粉砂、20～40目中砂和12～20目粗砂。壓裂加砂組合方式有4種：①粉砂+中砂+粗砂;②粉砂+粗砂;③中砂+粗砂;④粗砂。粉砂加在前置液中，以減少壓裂液濾失，利于造縫;中砂和粗砂支撐裂縫，改善煤層滲透性;尾注粗砂可提高裂縫入口導流能力;單純加入粗砂施工難度大，但壓裂效果較好，并可避免排采時粉砂返吐堵塞裂縫。石英砂規(guī)格及加砂量可由軟件模擬確定。

2.5 壓裂施工工藝技術

(1)采用光套管注入壓裂，降低管壁摩阻，從而降低施工泵壓;

(2)適當增大前置液注入量，以充分造縫，避免砂堵;

(3)增大泵的注排量，提高壓裂液效率，對薄煤層適當減小泵的注排量，以防止

裂縫高度延伸過高而縮短縫長; (4)分段注砂，逐步提高砂化，增大支撐裂縫寬度，提高支撐裂縫導流能力;

(5)適當減少頂替液量，確保裂縫入口的高導流能力;

(6)控制壓裂液返排速度，保證裂縫充分閉合，防止砂粒和煤粉返吐;

(7)對多煤層井采用分層壓裂改造，提高單煤層改造程度;

(8)加強裂縫監(jiān)測，優(yōu)選壓裂施工參數(shù)，指導壓裂施工;

(9)選用H-1000型壓裂機組及配套設備、車輛，保證滿足壓裂施工需求。