林亮 刘勇

摘要：压裂工艺是煤层气开发中的关键技术之一。中联煤层气有限责任公司承担国家科技重大专项项目¬—“鄂尔多斯盆地石炭-二叠系煤层气勘探开发示范工程”，已经在柳林区块内开展了大量现场工作。利用区内80口煤层气井山西组煤层压裂施工资料，结合相关生产数据，对比分析典型井压裂施工效果，优选了压裂方式。研究表明，活性水加砂压裂是较适合柳林地区山西组煤层气井的增产改造措施。

关键词：柳林区块;煤层气;压裂;活性水;

1区域地质背景

河东煤田处在黄河东岸——吕梁山西坡的南北向构造带上，属于李四光指出的“黄河两岸南北向构造带”的东岸部分。煤田总体上是一个基本向西倾斜的单斜构造，属于吕梁复背斜西翼的一部分，在单斜上又发育次一级的褶曲和经向或新华夏系的断裂构造。

2 压裂方式

目前多煤层的煤层气井压裂方式主要有合压和分压两种，通过对柳林地区前期压裂方式进行统计，投球分压技术好于合压技术，从压裂效果来看，投球压裂施工过程中，大多数井投球前后压裂施工压力变化比较明显，甚至出现了明显的破裂点，以XXX-06井投球压裂为例，该井3号、4号煤层破裂压力20.15MPa，投橡胶封堵球35个压开5号煤层，5号煤层破裂压力24.26MPa，投球前后压力变化明显。

3 压裂液

中联公司施工的80口压裂井，压裂液都为活性水压裂液，并添加1%的KCl作为粘土膨胀抑制剂和0.05%的杀菌剂，压裂效果比较明显。泡沫压裂液携砂能力强，对煤储层的伤害低，但目前国内泡沫压裂技术条件有限且成本很高，目前在柳林地区没有应用。气体增能压裂技术（CO2伴注）在柳林地区的FL-EP8和FL-EP9中进行了现场应用，但成本高，增产效果不明显。

综合考虑各种因素，选择活性水压裂液为柳林地区首选压裂液。压裂液配方为：清水+1%KCl+0.05% YT-1。

4支撑剂

气井压裂常用的支撑剂有石英砂、陶粒（实心、空心、多孔）、玻璃球、铝球、树脂包层砂等，类型选择主要考虑其强度和成本。柳林地区煤层闭合压力为6～16MPa，对支撑剂强度要求不高，从降低成本和便于活性水压裂液输送的角度考虑，选择价格适宜的兰州石英砂作为支撑剂，其强度完全符合该区煤储层压裂施工的要求。柳林地区煤层气井压裂采用合适粒度组合的石英砂支撑剂，如先泵入20～40目的中砂，再泵入12～20目粗砂，粒径较大的石英砂将使近井范围的裂缝具有较高的导流能力。

5 压裂规模

总的来说，柳林地区前期的加砂规模及砂比并不高，同时由于煤储层相对比较软，石英砂极易被嵌入，降低了石英砂的支撑效果;另一方面，石英砂具有很强的磨细作用，容易产生大量的煤粉，运移后一起充填到中粗砂空隙中，从而降低压裂改造效果。为此，后期在该区进行压裂施工时，适当提高了加砂规模及砂比，平均砂比达到15%，每米加砂规模不低于8 m3/m。

6 施工排量

为了有效提高压裂液的造缝效果，提高压裂加砂规模和砂比，实现造长缝和宽缝效果，后期将施工排量设计提高到不低于7m3/min，并且所有井的设计都采用光套管注入、大排量压裂技术，除个别井出现暂时性的砂堵外，均顺利完成压裂。

7 降滤失工艺

考虑到有机高分子添加剂对煤储层的伤害较大，因此压裂中都采用前置液加砂降滤失工艺，在煤层前置液压裂中加入70～100目的粉砂作为降滤失剂。粉砂的渗透率远远高于试验区煤层的原始渗透率，压裂70～100目的粉砂可以充填天然裂缝，降低压裂液的滤失，压裂后这些天然裂缝受粉砂的支撑不能重新闭合，从而可提高目标煤层的渗透性，适合柳林区块煤层压裂的地质条件。

8 典型井施工分析

XXX-1D井为定向井，2012年3月压裂，压裂层位山西组煤层，射孔位置平面投影距离井口约150米，注入方式为套管注入，采用投球分层压裂工艺。先用活性水灌满井筒，做小型测试压裂，小型测试采用阶梯升排量法，最大排量8m3，最大压力20.50Mpa，测压降60min，压力降至13.43Mpa。该井3号煤层破裂压力23.70MPa，3号煤层施工压力稳定在22.00Mpa左右，第一层加砂按设计顺利完成。

第一层压裂完成后，打投球液并投橡胶封堵球102个封堵3号煤层，计划压开4号、5号煤层。4号、5号煤层破裂压力25.83MPa，施工压力稳定在22.70MPa左右，当压裂作业进行到143分钟时，距离施工井口西南方向约30米处发生压裂液携煤块、石英砂喷涌出地面的异常情况，随之加砂尾追1.18-0.85mm石英砂3m3，打顶替液6m3后停止施工。停泵压力14.45MPa，压后测压降92min降至11.45Mpa，加砂量总计44.81m3，完成设计砂量的82.98%。

研究区域资料后，发现井口附近有一口山西煤田地质局148队于1989年施工的煤田勘探孔，孔号19，终孔深度676.89m，全孔取芯，终孔层位入O2 16.93m。

通过分析数据，XXX-1D井（定向井）的压裂煤层平面投影距离19号煤田勘探孔（直井）对应的煤层平面投影直线距离约114米，表明在压裂过程中随着主裂缝的形成和不断扩大，当裂缝延伸114米到19号孔处，由于该孔可能存在的封孔问题，压裂液携煤粉沿原有的裸眼段喷涌出地面，此次压裂施工从侧面上表明已有的压裂方案在柳林区块有较好的造缝能力，最大主应力方向上主裂缝延伸长度超过100米。

9 结论

活性水压裂改造技术能改善储层的渗透性以及与井筒的连通性，提高单井产量;压裂产生的裂缝可以通过改变井眼周围和储层中的渗流模式，提高“有效井眼半径”，扩大泄流面积;压裂还可以在一定程度上消除钻井施工对近井带储层的伤害。该压裂工艺技术适应性广，尤其是低压低渗煤层，大多采用这种增产措施。综合分析柳林地区的地质条件、煤层特征和开采因素，认为活性水加砂压裂技术较适合柳林区块的煤地质条件，是该地区煤层气井增产改造的首選技术

参考文献：

[1] 刘新社，席胜利，周焕顺.鄂尔多斯盆地东部上古生界煤层气储层特征[J].煤田地质与勘探，2007，35（1）