谢治国 王巧丽 张宇 熊鑫 陈昌渝 张涛

（1.重庆矿产资源开发有限公司，重庆 401123；2.重庆地质矿产研究院，重庆 400042）

煤层气勘探开发的岩石力学与压裂关键技术研究

谢治国1王巧丽2张宇1熊鑫1陈昌渝1张涛1

（1.重庆矿产资源开发有限公司，重庆 401123；2.重庆地质矿产研究院，重庆 400042）

随着科学技术的不断发展，传统煤层气勘探开发技术已经不能满足当前时代发展的需求，所以要对其进行完善与优化。如果煤层的塑性比较强，水力压裂技术挑战相对也较大。以当前煤层气勘探岩石力学以及压裂关键技术的发展情况为基础，结合近年来的工作经验，提出技术的优化措施。

煤层气；勘探；岩石力学；压裂

油气需求量的不断增加，让煤层气开采变得越来越重要。煤层气是来自于烃原岩但还未迁移的油体或气。因为该物质渗透率相对较低，所以很难通过传统方法对其进行开采，是非常规油气的一种。目前最常见的开采方式就是借助水力压裂的方式对其进行开采。经过多年来的不断发展，针对目前国内开采环境情况，制定了一系列适用性较强的煤层气勘探开发技术，而且这些技术也取得了比较理想的使用效果，下文将对相关技术进行分析。

1 水力压裂技术

水力压裂属于煤层气开发的关键技术，且被成功的应用到低渗透率改造以及水平井中，所以大部分工作人员都在努力研究该技术，以起到增产的目的。但是压裂裂缝的扩展以及压裂的效果，是会受到地层最大、最小水平主应力影响的，所以要先明确正断层与滑移断层的应力情况。如果最大的水平主应力和最小的水平主应力二者之间差距比较大，应沿着最大的水平主应力方向存在的裂缝来延伸裂缝。如果最大的水平主应力和最小的主应力差距比较小，可能会形成十分复杂并且方向性比较差的裂缝。从近年来采排工作开展的情况来看，如果地层处在逆断层应力状态下，则水力压裂会随着水平裂缝的扩张而延伸。由于受到这种情况的影响，水平井的生产优越性会降低，失去其原有的多段水力压裂裂缝生产优势，整体产量不够理想。为了从根本上提升压裂的效果，可以考虑向水平井当中垂向射出大孔径孔，之后在长射孔当中进行压裂处理，进而产生多层水平裂缝，这也是目前使用起来比较理想的一种压裂形式。

2 间接水力压裂技术

目前最为常见的煤层气开发技术就是水力压裂技术，并且在近年来的使用中取得了良好的效果。据不完全统计，目前国内的煤层气平均日产量大约在1000m3左右，绝大部分的垂直井都是通过压裂技术来开发的，而且一般都会将比较坚硬的一些煤层当成压裂层来看待。但是仔细对工作过程进行分析不难发现，还是存在许多技术问题的，并且这些技术问题会对煤层气开采产生负面影响。在正常的条件下，因为煤层大部分都是会受到相互垂直面节理以及端节理切割影响的，所以可能会出现水力压裂裂缝沿着这些节理不断扩大的情况，所以如果压力裂缝比较短，则垂直井的产量必然也不够理想。

除此之外，如果裂缝比较短，还有可能使压裂液不断的渗入到煤层当中，并且如果压裂液内部有聚合物，这些聚合物必然还会堵塞一些煤层节理，导致煤层渗透性逐渐降低。大多数情况下，如果砂岩、石灰岩处在煤层直接顶底板或者是煤层的夹层当中，则水平应力会比较低，容易导致形成长裂缝。若在砂岩或者是石灰岩当中出现压裂的情况，则长裂缝和煤层、煤层垂直节理交叉点会因为受到压裂的影响而顺溜到生产井当中，这种技术就是目前经常使用的垂直裂缝连接压裂技术。各个煤层之间的压裂并不是煤层压裂，而是一种对煤层顶底板、对煤层夹层砂岩、碳酸盐进行压裂的一种裂缝表现形式。因为煤层的垂直节理其渗透性比较强，而且这种渗透性要明显超出水平节理的渗透性，所以间接压裂裂缝也是不需要穿过煤层内部。如果其能够接触煤层表面，就可以通过该形式来联通煤层垂直节理，并通过该方式来采排煤层气。该技术已经逐渐纯熟，并且在许多行业都有应用。针对一些新领域来说，工作人员首先要先确定工作安排计划的可行性。因为煤层大部分都是会受到相互垂直面节理以及端节理的影响，所以如果煤层当中的水力压裂只能产生较短的裂缝，会影响到煤层气整体生产能力。从目前相关技术的发展情况来看，工作人员可以通过间接煤层压裂技术的方式来解决该问题，提升煤层气生产能力。间接压裂技术，就是当压裂位置处在煤层的直接顶底板或者是压裂位置处在煤层的夹层中时，砂岩、碳酸岩会形成一些比较长的裂缝，这些裂缝的长度会影响到煤层的开采质量。如果长裂缝和煤层垂直节理相互交叉，则煤层气就有可能通过压裂缝流入到生产井当中，进而实现大范围采排煤层气，提升工作效率以及产量。

3 结语

上文以目前岩石力学以及压裂技术的发展情况为基础，对煤层气勘探开发方式进行了简要的分析。首先分析了水力压裂破裂压力，之后从多个角度，对煤层气开发间接水力压裂技术进行了研究。通过分析可以发现，虽然岩石力学和压裂技术经过近年来的不断发展已经得到了完善，但是在实际使用过程中依然存在各种问题，特别是在细节处理上，如果处理方式不当，极有可能导致工作质量不达标。

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