煤层气压裂和排采技术.ppt

煤层煤层气气压裂压裂和排采技术和排采技术 前前 言言 vv 煤层压裂是煤层气开发利用的核心和关键。近年来，煤层煤层压裂是煤层气开发利用的核心和关键。近年来，煤层 压裂在技术上已有很大进步，在应用上已取得显著成效，压裂在技术上已有很大进步，在应用上已取得显著成效， 但也暴露出一些重大问题，亟待转变思想，大胆创新，以但也暴露出一些重大问题，亟待转变思想，大胆创新，以 煤层压裂技术革命的形式，用非常规手段（这里提出非常煤层压裂技术革命的形式，用非常规手段（这里提出非常 规体积压裂）解决制约这种非常规资源勘探开发的技术难规体积压裂）解决制约这种非常规资源勘探开发的技术难 题和瓶颈，真正实现煤层气井长期高产稳产题和瓶颈，真正实现煤层气井长期高产稳产 vv 这里，首先归纳煤层压裂地质特征，揭示煤层压裂裂缝规这里，首先归纳煤层压裂地质特征，揭示煤层压裂裂缝规 律，分析煤层气采出机制；然后，以此为基础，探讨煤层律，分析煤层气采出机制；然后，以此为基础，探讨煤层 压裂技术革命的发展方向、实现途径、可行方案和配套措压裂技术革命的发展方向、实现途径、可行方案和配套措 施，并专门针对煤层气排采技术进行深入探索施，并专门针对煤层气排采技术进行深入探索 汇汇 报报 提提 纲纲 1 1 煤层压裂地质特征煤层压裂地质特征 2 2 煤层压裂裂缝规律煤层压裂裂缝规律 3 3 煤层气采出机制煤层气采出机制 4 4 煤层压裂技术革命的发展方向煤层压裂技术革命的发展方向 5 5 煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 6 6 煤层压裂技术革命的可行方案煤层压裂技术革命的可行方案 7 7 煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 8 8 结论、展望与建议结论、展望与建议 一一. .煤层压裂地质特征煤层压裂地质特征 vv 具有复杂的演化史和构造变形史，构造样式复杂，变质作用具有复杂的演化史和构造变形史，构造样式复杂，变质作用 类型多，平面及纵向上的非均质性强类型多，平面及纵向上的非均质性强 测井资料统计分析的韩城区块测井资料统计分析的韩城区块3#3#、5#5#、11#11#在纵向上的非均质性在纵向上的非均质性 一一. .煤层压裂地质特征煤层压裂地质特征 vv 呈现层状结构，煤岩多孔松散、胶结程度较弱呈现层状结构，煤岩多孔松散、胶结程度较弱 区块区块参数名称参数名称数据数据单位单位备注备注 韩城区块韩城区块泊 泊 松松 比比0.33 0.33 无因次无因次3# 3# 弹性模量弹性模量3350.2 3350.2 MPa MPa 泊泊 松松 比比0.32 0.32 无因次无因次5#5# 弹性模量弹性模量3656.1 3656.1 MPa MPa 泊泊 松松 比比0.310.31无因次无因次11#11# 弹性模量弹性模量5220.4 5220.4 MPa MPa 三交区块三交区块泊 泊 松松 比比0.26 0.26 无因次无因次5# 5# 弹性模量弹性模量2483.7 2483.7 MPa MPa 保德区块保德区块泊 泊 松松 比比0.34 0.34 无因次无因次8# 8# 弹性模量弹性模量2812.3 2812.3 MPa MPa 泊泊 松松 比比0.410.41无因次无因次13#13# 弹性模量弹性模量1576.5 1576.5 MPa MPa 大宁吉大宁吉 县区块县区块 泊泊 松松 比比0.32 0.32 无因次无因次5#5# 弹性模量弹性模量1637.1 1637.1 MPa MPa 泊泊 松松 比比0.30 0.30 无因次无因次8#8# 弹性模量弹性模量2865.1 2865.1 MPa MPa 原煤电镜扫描结果原煤电镜扫描结果 综合岩石力学实验及测井解释的结果综合岩石力学实验及测井解释的结果 一一. .煤层压裂地质特征煤层压裂地质特征 vv 普遍发育天然裂缝、面割理与端割理，充填物少，主要为碳普遍发育天然裂缝、面割理与端割理，充填物少，主要为碳 酸钙、黄铁矿等酸钙、黄铁矿等 面割理 端割理 一一. .煤层压裂地质特征煤层压裂地质特征 vv 属于典型的压敏储层，压力敏感性强属于典型的压敏储层，压力敏感性强 六块煤芯的压敏实验结果六块煤芯的压敏实验结果 当围压增至当围压增至12MPa12MPa时，煤芯剩余渗透率在时，煤芯剩余渗透率在1.781.785.14%5.14%，平均为，平均为3.86%3.86% 当回复至当回复至1MPa1MPa时，煤芯渗透率损失在时，煤芯渗透率损失在55.1255.1278.48%78.48%，平均为，平均为63.91%63.91% 一一. .煤层压裂地质特征煤层压裂地质特征 vv 基质渗透率普遍低，储层物性变化大基质渗透率普遍低，储层物性变化大 渗透率分布渗透率分布 四个区块的四个区块的 不完全具有代表性不完全具有代表性 室内实验结果可能室内实验结果可能 受所取煤样所限，受所取煤样所限， 汇汇 报报 提提 纲纲 1 1 煤层压裂地质特征煤层压裂地质特征 2 2 煤层压裂裂缝规律煤层压裂裂缝规律 3 3 煤层气采出机制煤层气采出机制 4 4 煤层压裂技术革命的发展方向煤层压裂技术革命的发展方向 5 5 煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 6 6 煤层压裂技术革命的可行方案煤层压裂技术革命的可行方案 7 7 煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 8 8 结论、展望与建议结论、展望与建议 二二. .煤层压裂裂缝规律煤层压裂裂缝规律 vv 裂缝形态：裂缝形态：目前，国内外在裂缝起裂与延伸方面，存在两套目前，国内外在裂缝起裂与延伸方面，存在两套 理论，即弹性断裂力学理论和天然裂缝开启理论理论，即弹性断裂力学理论和天然裂缝开启理论 压裂基础理论压裂基础理论 弹性断裂力学理论弹性断裂力学理论天然裂缝开启理论天然裂缝开启理论 垂直缝垂直缝 水平缝水平缝 分支缝分支缝 转向缝转向缝 T T形缝形缝 复杂裂缝复杂裂缝 裂缝网络裂缝网络 水平井压裂形成裂缝网络，称之为体积压裂；直井压裂形水平井压裂形成裂缝网络，称之为体积压裂；直井压裂形 成裂缝网络，称之为缝网压裂，也属于体积压裂的范畴成裂缝网络，称之为缝网压裂，也属于体积压裂的范畴 长轴 短 轴 长轴 短轴 二二. .煤层压裂裂缝规律煤层压裂裂缝规律 vv 裂缝形态：裂缝形态：从煤层压裂的现场监测结果来看，无论是测斜仪从煤层压裂的现场监测结果来看，无论是测斜仪 监测，还是微地震监测，监测，还是微地震监测，9 9井井1414层压裂形成的水力裂缝形态层压裂形成的水力裂缝形态 都是一致的。这里仅显示韩都是一致的。这里仅显示韩3-1-0153-1-015井井11#11#煤层压裂的微地煤层压裂的微地 震监测结果，并进行分析震监测结果，并进行分析 韩韩3-1-0153-1-015井井11#11#煤层压裂的微地震监测结果煤层压裂的微地震监测结果 二二. .煤层压裂裂缝规律煤层压裂裂缝规律 vv 裂缝形态：裂缝形态：根据压裂基础理论，结合煤层压裂地质特征，以根据压裂基础理论，结合煤层压裂地质特征，以 现场裂缝监测结果为依据，综合判定煤层压裂所形成的水力现场裂缝监测结果为依据，综合判定煤层压裂所形成的水力 裂缝为裂缝网络，平面上呈不规则的椭圆形；为便于研究和裂缝为裂缝网络，平面上呈不规则的椭圆形；为便于研究和 计算，平面上简化为基本规则的椭圆形计算，平面上简化为基本规则的椭圆形 煤层压裂裂缝模型煤层压裂裂缝模型 l l 以井为中心，基本呈对称分布以井为中心，基本呈对称分布 该裂缝网络主要由主裂该裂缝网络主要由主裂 缝、次裂缝、微细裂缝缝、次裂缝、微细裂缝 交织而成，可形象化比交织而成，可形象化比 喻为交通网络，其中主喻为交通网络，其中主 裂缝是高速公路，次裂裂缝是高速公路，次裂 缝是普通公路，微细裂缝是普通公路，微细裂 缝是乡村小道缝是乡村小道 主裂缝，从井筒向外，沿主裂缝，从井筒向外，沿 最大主应力方向延伸最大主应力方向延伸 次裂缝，连接于主裂缝次裂缝，连接于主裂缝 开始延伸，大割理开始延伸，大割理 微细裂缝，连接于次裂微细裂缝，连接于次裂 缝，小割理或微裂隙缝，小割理或微裂隙 该裂缝模型可解释所有现场现象，易于被专业人士接受该裂缝模型可解释所有现场现象，易于被专业人士接受 二二. .煤层压裂裂缝规律煤层压裂裂缝规律 vv 裂缝规模：裂缝规模：为研究煤层压裂所形成水力裂缝的规模，对测斜为研究煤层压裂所形成水力裂缝的规模，对测斜 仪监测结果和微地震监测结果进行统计分析仪监测结果和微地震监测结果进行统计分析 9 9井井1414层压裂的裂缝监测结果层压裂的裂缝监测结果 井号井号煤层煤层裂缝方位裂缝方位裂缝长轴 裂缝长轴/m/m裂缝短轴裂缝短轴/m/m 韩韩3-5-0773-5-077 11#11#NE150NE150200200 160160 5#5#170170 170170 3#3#NE345NE345340340 140140 韩韩3-5-0863-5-08611#11#NE30NE30180180 110110 韩韩3-1-0153-1-015 11#11#NW10NW10270270 150150 5#5#160160 160160 3#3#NE50NE50390390 7070 WL2-018WL2-018向向1 111#11#NE40NE40300300 160160 合试合试5 5 11#11#NE45NE45210210 100100 5#5#NE45NE45160160 5050 合试合试4 45#5# 100100 100100 韩韩3-3-0393-3-03911#11#NE57NE57192192 韩韩3-4-0853-4-08511#11#NE57NE57238238 韩韩3-4-0863-4-08611#11#NE57NE57 6464 水力裂缝在长轴方向的动水力裂缝在长轴方向的动 态裂缝半长在态裂缝半长在85-195m85-195m 之间，平均为之间，平均为119m119m；在；在 短轴方向的动态裂缝半长短轴方向的动态裂缝半长 在在50-85m50-85m之间，平均为之间，平均为 63.5m63.5m；长轴与短轴之比；长轴与短轴之比 为为1:0.531:0.53 为便于后面研究和计算，为便于后面研究和计算， 设定裂缝规模：长轴、短设定裂缝规模：长轴、短 轴方向的动态裂缝半长分轴方向的动态裂缝半长分 别为别为120120、60m60m，长轴与，长轴与 短轴之比为短轴之比为2:12:1 二二. .煤层压裂裂缝规律煤层压裂裂缝规律 vv 裂缝规模：裂缝规模：用煤层压裂三维模拟软件计算支撑裂缝（有效裂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：水力统计模拟结果表明：水力 裂缝在长轴方向的支撑裂裂缝在长轴方向的支撑裂 缝半长在缝半长在45-81m45-81m之间，之间， 平均为平均为59.2 m59.2 m，占动态，占动态 裂缝半长的裂缝半长的49.7%49.7%；估算；估算 在短轴方向的支撑裂缝半在短轴方向的支撑裂缝半 长为长为40m40m左右左右 为便于后面研究和计算，为便于后面研究和计算， 设定裂缝规模：长轴、短设定裂缝规模：长轴、短 轴方向的支撑裂缝半长分轴方向的支撑裂缝半长分 别为别为6060、40m40m，长轴与，长轴与 短轴之比为短轴之比为3:23:2 动态裂缝网络动态裂缝网络 支撑裂缝网络支撑裂缝网络 汇汇 报报 提提 纲纲 1 1 煤层压裂地质特征煤层压裂地质特征 2 2 煤层压裂裂缝规律煤层压裂裂缝规律 3 3 煤层气采出机制煤层气采出机制 4 4 煤层压裂技术革命的发展方向煤层压裂技术革命的发展方向 5 5 煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 6 6 煤层压裂技术革命的可行方案煤层压裂技术革命的可行方案 7 7 煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 8 8 结论、展望与建议结论、展望与建议 三三. .煤层气采出机制煤层气采出机制 vv 采出机理及过程：采出机理及过程：煤层气的储集主要依赖于吸附作用，当煤煤层气的储集主要依赖于吸附作用，当煤 层压力降落到解吸压力之下时，煤层气从微孔隙表面分离，层压力降落到解吸压力之下时，煤层气从微孔隙表面分离， 通过基质和微孔隙扩散进入裂缝中，再经裂缝流入井筒，即通过基质和微孔隙扩散进入裂缝中，再经裂缝流入井筒，即 先解吸扩散后渗流入井的采出过程先解吸扩散后渗流入井的采出过程 面割理 端割理 气体从基质中解析 流入支撑裂缝或井筒 三三. .煤层气采出机制煤层气采出机制 vv 采出机理及过程：采出机理及过程：煤层气的储集主要依赖于吸附作用，当煤煤层气的储集主要依赖于吸附作用，当煤 层压力降落到解吸压力之下时，煤层气从微孔隙表面分离，层压力降落到解吸压力之下时，煤层气从微孔隙表面分离， 通过基质和微孔隙扩散进入裂缝中，再经裂缝流入井筒，即通过基质和微孔隙扩散进入裂缝中，再经裂缝流入井筒，即 先解吸扩散后渗流入井的采出过程先解吸扩散后渗流入井的采出过程 面割理 端割理 气体从基质中解析 流入支撑裂缝或井筒 三三. .煤层气采出机制煤层气采出机制 vv 影响产气量的因素：影响产气量的因素：主要有七大因素主要有七大因素 煤层厚度煤层厚度 吨煤含气吨煤含气量量 煤层压力煤层压力 解吸压力解吸压力 煤层渗透煤层渗透率率 压降面积压降面积 排采制度与举升工艺排采制度与举升工艺 地质因素地质因素 压裂因素压裂因素 排采因素排采因素 不可控因素不可控因素 可控因素可控因素 三三. .煤层气采出机制煤层气采出机制 vv 渗透率的影响：渗透率的影响：研究表明，煤层的低渗严重限制了煤层气井研究表明，煤层的低渗严重限制了煤层气井 的产量，例如的产量，例如: 0.1mD: 0.1mD的低渗煤层在的低渗煤层在10MPa10MPa的压差下，的压差下，5 5年年 流过流过50.6m50.6m， 1010年流过年流过64.1m64.1m， 1515年流过年流过69.7m69.7m 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 三三. .煤层气采出机制煤层气采出机制 vv 压裂的作用：压裂的作用：主要是形成支撑裂缝带，犹如大幅扩张井筒或主要是形成支撑裂缝带，犹如大幅扩张井筒或 钻水平井，有效沟通远井区域，缩短流体流入井筒的距离钻水平井，有效沟通远井区域，缩短流体流入井筒的距离 不压裂不压裂 压裂压裂 压裂形成水平缝压裂形成水平缝 压裂形成垂直缝压裂形成垂直缝 或或 支撑裂缝带支撑裂缝带 两相渗流解吸区两相渗流解吸区 单相渗流压降区单相渗流压降区 三三. .煤层气采出机制煤层气采出机制 vv 压降面积的影响及其计算：压降面积的影响及其计算：根据裂缝评估结果，可计算压降根据裂缝评估结果，可计算压降 面积；结果表明：现有压裂技术不能支持高产；即使高产，面积；结果表明：现有压裂技术不能支持高产；即使高产， 无论如何排采，由于供气不足，必将快速衰竭，无法稳产无论如何排采，由于供气不足，必将快速衰竭，无法稳产 面积面积 （mm 2 2 ） 5 5年年1010年年1515年年 不压裂不压裂压裂压裂不压裂不压裂压裂压裂不压裂不压裂压裂压裂 支撑裂缝面积支撑裂缝面积 0 0 75407540 0 0 75407540 0 0 75407540 压降面积压降面积8044804431480314801290812908405864058615262152624469944699 条件：煤层均质且各向同性，渗透率为条件：煤层均质且各向同性，渗透率为0.1mD0.1mD，不因压裂和排采而变，不因压裂和排采而变 10MPa10MPa压差稳定、连续生产压差稳定、连续生产 排采不影响支撑裂缝的规模和导流能力排采不影响支撑裂缝的规模和导流能力 压降面积与支撑裂缝面积随生产时间的变化压降面积与支撑裂缝面积随生产时间的变化 因此，煤层压裂技术必须革命；同时，唯有煤层压裂技术革命，才能实现煤因此，煤层压裂技术必须革命；同时，唯有煤层压裂技术革命，才能实现煤 层气井高产稳产，从而推动煤层气勘探开发事业和煤层气大规模开发利用！层气井高产稳产，从而推动煤层气勘探开发事业和煤层气大规模开发利用！ 汇汇 报报 提提 纲纲 1 1 煤层压裂地质特征煤层压裂地质特征 2 2 煤层压裂裂缝规律煤层压裂裂缝规律 3 3 煤层气采出机制煤层气采出机制 4 4 煤层压裂技术革命的发展方向煤层压裂技术革命的发展方向 5 5 煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 6 6 煤层压裂技术革命的可行方案煤层压裂技术革命的可行方案 7 7 煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 8 8 结论、展望与建议结论、展望与建议 vv 非常规体积压裂：非常规体积压裂：在尽可能不降低煤层在尽可能不降低煤层 渗透率的前提下，造最大可能的支撑裂渗透率的前提下，造最大可能的支撑裂 缝网络，形成横贯南北、跨越东西、四缝网络，形成横贯南北、跨越东西、四 通八达的立体化裂缝网络，完全彻底地通八达的立体化裂缝网络，完全彻底地 沟通远井区域，流体奔流入井沟通远井区域，流体奔流入井 四四. .煤层压裂技术革命的发展方向煤层压裂技术革命的发展方向 发展方向发展方向 vv 同时，承前启后，推动地质选区、选井选层、井网部署、合同时，承前启后，推动地质选区、选井选层、井网部署、合 理完井、正确排采等技术，实现跨越式发展（后面专门详细理完井、正确排采等技术，实现跨越式发展（后面专门详细 探讨井网部署、正确排采等）探讨井网部署、正确排采等） 四四. .煤层压裂技术革命的发展方向煤层压裂技术革命的发展方向 汇汇 报报 提提 纲纲 1 1 煤层地质特征煤层地质特征 2 2 煤层压裂裂缝规律煤层压裂裂缝规律 3 3 煤层气采出机制煤层气采出机制 4 4 煤层压裂技术革命的发展方向煤层压裂技术革命的发展方向 5 5 煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 6 6 煤层压裂技术革命的可行方案煤层压裂技术革命的可行方案 7 7 煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 8 8 结论、展望与建议结论、展望与建议 vv 扩张动态裂缝：扩张动态裂缝：最大可能地扩张动态裂最大可能地扩张动态裂 缝网络，主裂缝深度穿透，次裂缝充分缝网络，主裂缝深度穿透，次裂缝充分 延伸，微细裂缝完全开启延伸，微细裂缝完全开启 五五. .煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 最重要和关键的途径：最重要和关键的途径： 压裂液粘度压裂液粘度 施工排量施工排量 压裂液用量压裂液用量 vv 扩张动态裂缝：扩张动态裂缝：提高压裂液粘度是必然的选择，但压裂液提高压裂液粘度是必然的选择，但压裂液 的高效能与低伤害、与低成本永远是矛盾的高效能与低伤害、与低成本永远是矛盾 五五. .煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 uu 根据模拟结果，考虑低伤害根据模拟结果，考虑低伤害 与低成本的要求，压裂液粘与低成本的要求，压裂液粘 度可选度可选3 36cp6cp，最佳，最佳5cp5cp 12060m12060m 143.776.2m143.776.2m vv 扩张动态裂缝：扩张动态裂缝：提高压裂施工排量是必须的，唯有强大的提高压裂施工排量是必须的，唯有强大的 动能，才能满足超常规的需求动能，才能满足超常规的需求 五五. .煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 uu 根据模拟结果，考虑设备能根据模拟结果，考虑设备能 力，施工排量可选力，施工排量可选151520 20 mm 3 3 /min/min，最佳，最佳16m16m 3 3 /min/min 12060m12060m 176.293.4m176.293.4m vv 扩张动态裂缝：扩张动态裂缝：众所周知，大规模众所周知，大规模 五五. .煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 uu 根据模拟结果，找拐点，压根据模拟结果，找拐点，压 裂液用量可选裂液用量可选280028003500 3500 mm 3 3 ，最佳，最佳3000m3000m 3 3 12060m12060m 258.3136.9m258.3136.9m vv 有效支撑裂缝：有效支撑裂缝：动态裂缝不管用，支撑裂动态裂缝不管用，支撑裂 缝才有效，这与页岩气体积压裂本质不同缝才有效，这与页岩气体积压裂本质不同 五五. .煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 最重要和关键的途径：最重要和关键的途径： 高性能压裂液和超高排量高性能压裂液和超高排量 支撑剂轻重结合支撑剂轻重结合 支撑剂大小结合支撑剂大小结合 布砂方式优化布砂方式优化 vv 有效支撑裂缝：有效支撑裂缝：高粘压裂液易于携砂，高粘压裂液易于携砂， 超高排量便于带远超高排量便于带远 五五. .煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 vv 有效支撑裂缝：有效支撑裂缝：超低密度支撑剂输送到超低密度支撑剂输送到 远端，普通密度支撑剂铺设于近井地带远端，普通密度支撑剂铺设于近井地带 五五. .煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 vv 有效支撑裂缝：有效支撑裂缝：细砂进入微细裂缝，中细砂进入微细裂缝，中 砂支撑次裂缝，粗砂饱填主裂缝砂支撑次裂缝，粗砂饱填主裂缝 五五. .煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 vv 有效支撑裂缝：有效支撑裂缝：系统优化布砂方式，例系统优化布砂方式，例 如优化前置液用量、合理设置砂比等如优化前置液用量、合理设置砂比等 五五. .煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 vv 汇总及要求：汇总及要求：这里命名为这里命名为非常规体积压裂非常规体积压裂 五五. .煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 压裂液：压裂液：高效能、低伤害、低成本压裂液，其粘度为高效能、低伤害、低成本压裂液，其粘度为3 36cp6cp，最，最 佳佳5cp5cp，其低伤害应与活性水的伤害（，其低伤害应与活性水的伤害（1515）相当，其低成本应）相当，其低成本应 与活性水的成本（与活性水的成本（1 1KClKCl，添加剂，添加剂4343元元/m/m 3 3 ）相当）相当 支撑剂：支撑剂：两结合的支撑剂，大小结合指应有两结合的支撑剂，大小结合指应有100100目、目、40/7040/70目、目、 30/5030/50目、目、20/4020/40目的支撑剂，而轻重结合指应有常规密度支撑目的支撑剂，而轻重结合指应有常规密度支撑 剂、超低密度支撑剂剂、超低密度支撑剂 施工排量：施工排量：施工排量施工排量151520 m20 m 3 3 /min/min，最佳，最佳16m16m 3 3 /min/min 压裂液用量：压裂液用量：压裂液用量压裂液用量280028003500 m3500 m 3 3 ，最佳，最佳3000m3000m 3 3 施工压力：施工压力：预计施工压力比普通情况高预计施工压力比普通情况高101020MPa20MPa 汇汇 报报 提提 纲纲 1 1 煤层压裂地质特征煤层压裂地质特征 2 2 煤层压裂裂缝规律煤层压裂裂缝规律 3 3 煤层气采出机制煤层气采出机制 4 4 煤层压裂技术革命的发展方向煤层压裂技术革命的发展方向 5 5 煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 6 6 煤层压裂技术革命的可行方案煤层压裂技术革命的可行方案 7 7 煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 8 8 结论、展望与建议结论、展望与建议 vv 压裂液可行方案：压裂液可行方案：现有的活性水、现有的活性水、 TD-1TD-1清洁压裂液、清洁压裂液、胍胶胍胶 压裂液压裂液显然不能满足要求，而且为充分张开煤层割理和微裂显然不能满足要求，而且为充分张开煤层割理和微裂 隙，最佳方式是采用复合压裂液（高粘与低粘配合）以交替隙，最佳方式是采用复合压裂液（高粘与低粘配合）以交替 的形式注入。目前，西南石油大学已成功研制出这两种压裂的形式注入。目前，西南石油大学已成功研制出这两种压裂 液体系及配方，完全满足要求液体系及配方，完全满足要求 六六. .煤层压裂技术革命的可行方案煤层压裂技术革命的可行方案 性能指标性能指标活性水压裂液活性水压裂液TD-1TD-1清洁压裂液清洁压裂液胍胶压裂液胍胶压裂液无伤害压裂液无伤害压裂液 高效能压裂液高效能压裂液 伤害率（伤害率（%）13.5113.5115.8215.8275751.861.869.79.7 粘度（粘度（cpcp）1.01.015.015.01201201.01.05.05.0 悬砂能力（悬砂能力（s s）2.82.8282835355252 3 3 1616 摩阻（摩阻（%）100100303040402525353510010035354040 成本（元成本（元/ /方）方）434312012023023020209090 vv 支撑剂可行方案：支撑剂可行方案：现有石英砂为现有石英砂为100100目、目、40/7040/70目、目、30/5030/50 目、目、20/4020/40目等各种粒径，体积密度为目等各种粒径，体积密度为1.55 g/cm1.55 g/cm 3 3 。超低。超低 密度支撑剂已有密度支撑剂已有20/4020/40目，体积密度为目，体积密度为1.15 g/cm1.15 g/cm 3 3 ；但理；但理 想的超低密度支撑剂应为想的超低密度支撑剂应为100100目、目、40/7040/70目两种粒径，体积目两种粒径，体积 密度为密度为1.001.001.05 g/cm1.05 g/cm 3 3 ；如无现货供应，可自行生产，；如无现货供应，可自行生产， 因为该技术的核心已被掌握因为该技术的核心已被掌握 六六. .煤层压裂技术革命的可行方案煤层压裂技术革命的可行方案 石英砂 超低密度支撑剂 vv 泵注可行方案：泵注可行方案：范例：非常规体积压裂的三级交替注入范例：非常规体积压裂的三级交替注入 六六. .煤层压裂技术革命的可行方案煤层压裂技术革命的可行方案 第一段：第一段：无伤害压裂液无伤害压裂液400m400m 3 3 ，缓慢提升排量，由，缓慢提升排量，由1 115m15m 3 3 /min/min，起到，起到 保护煤层、减轻压敏效应的作用，同时压开煤层，初步延伸裂缝保护煤层、减轻压敏效应的作用，同时压开煤层，初步延伸裂缝 第二段：第二段：无伤害压裂液无伤害压裂液700m700m 3 3 ，排量，排量15m15m 3 3 /min/min，充分延伸裂缝，充分延伸裂缝 第三段：第三段：高效能压裂液高效能压裂液400m400m 3 3 ，排量，排量15m15m 3 3 /min /min ，100100目和目和40/7040/70目超目超 低密度支撑剂、低密度支撑剂、30/5030/50目石英砂目石英砂2 28 8砂比，以进入微细裂缝为主砂比，以进入微细裂缝为主 第四段：第四段：无伤害压裂液无伤害压裂液200m200m 3 3 ，排量，排量16168 816m16m 3 3 /min/min，排量提升并，排量提升并 脉冲，充分起裂新的割理和微细裂隙脉冲，充分起裂新的割理和微细裂隙 第五段：第五段：高效能压裂液高效能压裂液500m500m 3 3 ，排量，排量16m16m 3 3 /min /min ，100100目和目和40/7040/70目超目超 低密度支撑剂、低密度支撑剂、30/5030/50目石英砂目石英砂5 51212砂比，兼顾次裂缝和微细裂缝砂比，兼顾次裂缝和微细裂缝 第六段第六段：无伤害压裂液无伤害压裂液200m200m 3 3 ，排量，排量1717101018m18m 3 3 /min/min，排量再次提，排量再次提 升并脉冲，充分扩张主裂缝、次裂缝和微细裂缝升并脉冲，充分扩张主裂缝、次裂缝和微细裂缝 第七段第七段：高效能压裂液高效能压裂液600m600m 3 3 ，排量，排量18m18m 3 3 /min /min ，30/5030/50目、目、 20/4020/40目目 石英砂石英砂10103030砂比，饱填主裂缝，支撑次裂缝砂比，饱填主裂缝，支撑次裂缝 vv 压力、设备、井场可行方案：压力、设备、井场可行方案： 六六. .煤层压裂技术革命的可行方案煤层压裂技术革命的可行方案 压力：压力：预计施工压力比普通情况高预计施工压力比普通情况高 101020MPa20MPa，一方面是因为，一方面是因为 井筒摩阻变大，另一方面是因为故意有所堵塞，以便更充分地开井筒摩阻变大，另一方面是因为故意有所堵塞，以便更充分地开 启割理和微细裂隙。这就要求更高钢级（至少启割理和微细裂隙。这就要求更高钢级（至少N80N80）、尽可能更）、尽可能更 大管径（大管径（ 7 7英寸）、质量合格的套管，井口耐压也要提升，可选英寸）、质量合格的套管，井口耐压也要提升，可选 用用7070井口井口 设备：设备：现有设备可以满足要求，两套压裂车可确保施工排量达到现有设备可以满足要求，两套压裂车可确保施工排量达到 151520m20m 3 3 /min/min 井场：井场：丛式井井场的优势得以发挥。对于要求的丛式井井场的优势得以发挥。对于要求的3000m3000m3 3 压裂液 压裂液 用量，如果液灌容积不够，可改为折叠式、能加高的液灌，或者用量，如果液灌容积不够，可改为折叠式、能加高的液灌，或者 类似于国外页岩气压裂的模式，挖坑造湖类似于国外页岩气压裂的模式，挖坑造湖 vv 经济可行方案：经济可行方案： 六六. .煤层压裂技术革命的可行方案煤层压裂技术革命的可行方案 压裂费用估算：压裂费用估算：与两层压裂合计相比，非常规体积压裂需要增加与两层压裂合计相比，非常规体积压裂需要增加 的费用主要源于设备运行时间加长和压裂液增加，可以减少的费的费用主要源于设备运行时间加长和压裂液增加，可以减少的费 用主要是一次动迁、一次射孔、一次下泵，因此估算非常规体积用主要是一次动迁、一次射孔、一次下泵，因此估算非常规体积 压裂的费用大致为压裂的费用大致为7070万元万元55万元万元 费用对比：费用对比：泡沫压裂的费用为泡沫压裂的费用为9090万元，与之相比，非常规体积压万元，与之相比，非常规体积压 裂的费用不高，何况效果远好于泡沫压裂裂的费用不高，何况效果远好于泡沫压裂 综合效益：综合效益：正如后面井网部署所述，采用非常规体积压裂后，每正如后面井网部署所述，采用非常规体积压裂后，每 平方公里可少部署平方公里可少部署1 14 4口井，其节约的费用足以补偿非常规体积口井，其节约的费用足以补偿非常规体积 压裂增加的费用；甚至为达到接近的压降面积，每平方公里现有压裂增加的费用；甚至为达到接近的压降面积，每平方公里现有 压裂需部署压裂需部署5050口井，而非常规体积只部署口井，而非常规体积只部署8 8口井（后面阐述）口井（后面阐述） 总之，虽然一些细节还未考虑，但非常规体积压裂的可行性是肯定的总之，虽然一些细节还未考虑，但非常规体积压裂的可行性是肯定的 汇汇 报报 提提 纲纲 1 1 煤层压裂地质特征煤层压裂地质特征 2 2 煤层压裂裂缝规律煤层压裂裂缝规律 3 3 煤层气采出机制煤层气采出机制 4 4 煤层压裂技术革命的发展方向煤层压裂技术革命的发展方向 5 5 煤层压裂技术革命的实现途径煤层压裂技术革命的实现途径 6 6 煤层压裂技术革命的可行方案煤层压裂技术革命的可行方案 7 7 煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 8 8 结论、展望与建议结论、展望与建议 vv 井网部署：井网部署：一个长期困扰的难题现在基本可以回答了一个长期困扰的难题现在基本可以回答了 七七. .煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 现有井网（现有井网（350350m350350m正方形）及压裂正方形）及压裂 最小主应力方向最小主应力方向 350m350m150m150m350m350m150m150m 150m150m 350m350m 350m350m 150m150m 生产生产5 5年：年： 压降面积压降面积283320m283320m 2 2 ，覆盖率，覆盖率 28.3%28.3%，未见井间干扰，未见井间干扰 生产生产1010年：年： 压降面积压降面积365274m365274m 2 2 ，覆盖率，覆盖率 36.5%36.5%，未见井间干扰，未见井间干扰 生产生产1515年：年： 压降面积压降面积402291m402291m 2 2 ，覆盖率，覆盖率 40.2%40.2%，未见井间干扰，未见井间干扰 条件仍是：条件仍是：0.1mD0.1mD煤层，煤层，10MPa10MPa压差压差 覆盖率低，覆盖率低，1515年都不能井间干扰年都不能井间干扰 vv 井网部署：井网部署：对于近期调整后的矩形井网对于近期调整后的矩形井网 七七. .煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 现有井网（现有井网（350250m350250m矩形）及压裂矩形）及压裂 最小主应力方向最小主应力方向 125m125m250m250m125m125m 150m150m 350m350m 350m350m 150m150m 生产生产5 5年：年： 压降面积压降面积377760m377760m 2 2 ，覆盖率，覆盖率 37.8%37.8%，未见井间干扰，未见井间干扰 生产生产1010年：年： 压降面积压降面积487032m487032m 2 2 ，覆盖率，覆盖率 48.7%48.7%，未见井间干扰，未见井间干扰 生产生产1515年：年： 压降面积压降面积536388m536388m 2 2 ，覆盖率，覆盖率 53.6%53.6%，未见井间干扰，未见井间干扰 条件仍是：条件仍是：0.1mD0.1mD煤层，煤层，10MPa10MPa压差压差 覆盖率低，覆盖率低，1515年仍不能井间干扰年仍不能井间干扰 250m250m250m250m vv 井网部署：井网部署：实施非常规体积压裂，调整井网实施非常规体积压裂，调整井网 七七. .煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 最小主应力方向最小主应力方向 生产生产5 5年：年： 压降面积压降面积920754m920754m 2 2 ，覆盖率，覆盖率 92.1%92.1%，1 1年就实现井间干扰年就实现井间干扰 生产生产1010年：年： 压降面积压降面积938211m938211m 2 2 ，覆盖率，覆盖率 93.8%93.8%，1 1年就实现井间干扰年就实现井间干扰 生产生产1515年：年： 压降面积压降面积945835m945835m 2 2 ，覆盖率，覆盖率 94.6%94.6%，1 1年就实现井间干扰年就实现井间干扰 条件仍是：条件仍是：0.1mD0.1mD煤层，煤层，10MPa10MPa压差压差 若平移错位形成菱形井网，更佳若平移错位形成菱形井网，更佳 新井网（新井网（500250m500250m）及非常规体积压裂）及非常规体积压裂 vv 井网部署（总结理想的井网）：井网部署（总结理想的井网）：影响井网部署的因素较多，影响井网部署的因素较多， 但最主要的因素是两个，即压裂和煤层渗透率。为达到理想但最主要的因素是两个，即压裂和煤层渗透率。为达到理想 的压降覆盖率，总结井网如下的压降覆盖率，总结井网如下 七七. .煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 菱形优于矩形，矩形优于正方形菱形优于矩形，矩形优于正方形 渗透率渗透率0.1mD0.1mD（8 8口井）：口井）： 菱形井网：菱形井网：1000250m1000250m 矩形井网：矩形井网：500250m500250m 渗透率为渗透率为1mD1mD（6 6口井）：口井）： 菱形井网：菱形井网：1100300m1100300m 矩形井网：矩形井网：550300m 550300m 现有压裂现有压裂非常规体积压裂非常规体积压裂 菱形优于矩形，矩形优于正方形菱形优于矩形，矩形优于正方形 渗透率渗透率0.1mD0.1mD（5050口井）：口井）： 菱形井网：菱形井网：400100m400100m 矩形井网：矩形井网：200100m200100m 渗透率渗透率1mD1mD（4040口井）：口井）： 菱形井网：菱形井网：500100m500100m 矩形井网：矩形井网：250100m 250100m vv 井网部署（现有井网的补救措施）：井网部署（现有井网的补救措施）：新钻四口加密井，实施新钻四口加密井，实施 非常规体积压裂，效果较好；选择四口老井进行重复压裂，非常规体积压裂，效果较好；选择四口老井进行重复压裂， 若实施非常规体积压裂，效果也还不错若实施非常规体积压裂，效果也还不错 七七. .煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 vv 正确排采：正确排采：错误的排采可能导致前功尽弃，这在多年的生产错误的排采可能导致前功尽弃，这在多年的生产 实际中得以充分体验；同时，基于问题的复杂性，现有的煤实际中得以充分体验；同时，基于问题的复杂性，现有的煤 层气排采是目前最薄弱的环节，也是煤层气勘探开发最突出层气排采是目前最薄弱的环节，也是煤层气勘探开发最突出 的问题和瓶颈。因此，下面将用大量篇幅加以论述的问题和瓶颈。因此，下面将用大量篇幅加以论述 七七. .煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 n n西南石油大学在近期论证煤层压裂技术革命的过程中，从非排采专业西南石油大学在近期论证煤层压裂技术革命的过程中，从非排采专业 人员的角度，获得了一些独到的认识和见解，具有一定理论基础。这人员的角度，获得了一些独到的认识和见解，具有一定理论基础。这 里精选要点，奉献出来，以期抛砖引玉、推动煤层气排采技术发展里精选要点，奉献出来，以期抛砖引玉、推动煤层气排采技术发展 vv 正确排采：西南石油大学的认识正确排采：西南石油大学的认识 七七. .煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 原则原则1 1：即使不能扩大压降面积，至少也不能缩小压降面积：即使不能扩大压降面积，至少也不能缩小压降面积 原则原则2 2：即使不得不伤害煤层渗透率，至少也要努力降到最低：即使不得不伤害煤层渗透率，至少也要努力降到最低 原则原则3 3：既不能缩小支撑裂缝面积，也不能降低裂缝导流能力：既不能缩小支撑裂缝面积，也不能降低裂缝导流能力 遗憾的是，这三条原则缺乏可操作性，因为目前还缺乏技术手段去认知遗憾的是，这三条原则缺乏可操作性，因为目前还缺乏技术手段去认知 压降面积、煤层渗透率、支撑裂缝的状况及其实时变化。为此，下面进压降面积、煤层渗透率、支撑裂缝的状况及其实时变化。为此，下面进 行分析，并寻找技术对策；同时，为简明直观，建立了相应的模型行分析，并寻找技术对策；同时，为简明直观，建立了相应的模型 根据煤层气排采机制，正确的排采应满足下列三条原则：根据煤层气排采机制，正确的排采应满足下列三条原则： （一）（一）正确排采的原则 七七. .煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 借用借用 渗流公式渗流公式 变形变形 得到得到 引入引入 记号记号 从而从而 得到得到 vv 正确排采：西南石油大学的认识正确排采：西南石油大学的认识 （二）（二）模型及说明 用于煤层气排采分析的简易模型用于煤层气排采分析的简易模型 （三条原则的要素皆包含其中，虽然不一定精细和完善，但简明直观，寓意深远）（三条原则的要素皆包含其中，虽然不一定精细和完善，但简明直观，寓意深远） 有效井径有效井径 压降半径压降半径 排水指数排水指数流体粘度流体粘度 煤层渗透率煤层渗透率 表皮系数表皮系数 （三）主要（三）主要影响因素及分析 七七. .煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 vv 正确排采：西南石油大学的认识正确排采：西南石油大学的认识 有效井径有效井径 有效井径与井径、压裂形成的有效井径与井径、压裂形成的 支撑裂缝面积和裂缝导流能力支撑裂缝面积和裂缝导流能力 相关，由相关，由 PratsPrats提出，郭大立提出，郭大立 清楚揭示了其函数关系。压降清楚揭示了其函数关系。压降 半径与有效井径成正比关系，半径与有效井径成正比关系， 而非常规体积压裂的核心就是而非常规体积压裂的核心就是 最大可能地扩大有效井径最大可能地扩大有效井径 压裂的主要作用是形成支撑裂缝带，犹如大幅扩张井筒或钻水平井，有压裂的主要作用是形成支撑裂缝带，犹如大幅扩张井筒或钻水平井，有 效沟通远井区域，缩短流体流入井筒的距离效沟通远井区域，缩短流体流入井筒的距离 七七. .煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 vv 正确排采：西南石油大学的认识正确排采：西南石油大学的认识 有效井径有效井径 毫无疑问，理想的排采是控毫无疑问，理想的排采是控 制最佳的流速，使得支撑剂制最佳的流速，使得支撑剂 保持稳定、而煤粉可以返排保持稳定、而煤粉可以返排 出来、同时排采设备能够连出来、同时排采设备能够连 续生产。因此，在既定的客续生产。因此，在既定的客 观条件下，找到日产水量和观条件下，找到日产水量和 日产气量的最佳范围、并予日产气量的最佳范围、并予 以控制十分重要以控制十分重要 有效井径由压裂形成的支撑裂缝决定，但随排采过程而可能变化；主要有效井径由压裂形成的支撑裂缝决定，但随排采过程而可能变化；主要 影响因素是支撑剂回流和煤粉污染支撑裂缝，现场表现为支撑剂和煤粉影响因素是支撑剂回流和煤粉污染支撑裂缝，现场表现为支撑剂和煤粉 返排，甚至可能造成卡泵，不得不修井而影响连续排采返排，甚至可能造成卡泵，不得不修井而影响连续排采 七七. .煤层压裂技术革命的配套措施煤层压裂技术革命的配套措施 vv 正确排采：西南石油大学的认识正确排采：西南石油大学的认识 排水指数排水指数 排水指数是创造性引入的新概念。由下面两式可以看出，排水指数是可排水指数是创造性引入的新概念。由下面两式可以看出，排水指数是可 测量、易计算的，也是压降半径、有效井径、煤层渗透率、表皮系数等测量、易计算的，也是压降半径、有效井径、煤层渗透率、表皮系数等 客观因素的综合体现客观因素的综合体现 事实上，煤层气排采是利用排水降压原理，通过先解吸扩散后渗流入井事实上，煤层气排采是利用排水降压原理，通过先解吸扩散后渗流入井 的采出过程而实现的，因此压差和产水量是最重要的控制参数的采出过程而实现的，因此压差和产水量是最重要的控制参数 排水指数的引入具有重大意义，它改变了单参数控制的现状，强调多参排水指数的引入具有重大意义，它改变了单参数控制的现状，强调多参