张新宇 王天尧

摘要：我國煤层气储层一直存在单井产量低的难题，因此需要利用多脉冲压裂技术进行破岩处理，通过多级脉冲压裂破岩的理论建立是力学模型。为多级脉冲下的煤层破裂提供了理论基础，多级脉冲压裂开发在进行过程中，会产生多条裂缝，形成有效的渗流过程，从而提升了煤层气储层的单井产量。

关键词：煤层气储层;多脉冲;压裂

我国煤层气储层的含量比较大，但是由于具有低渗、低压、低孔等特征，在开采方面往往会出现很多技术难题。提高煤层渗透性的方法主要有洞穴法和水力压裂法，在实际运用过程中，对煤层产生裂缝而增加煤层的渗透性，但是这两种方法在使用的过程中会有一定的局限性。为此提出了多脉冲压裂开发技术，这种技术取决于火药产生的高能气体总量控制与作用地层的能量利用率，该方法能够在很大程度上提升储层裂缝，因此建立全封闭性多脉冲压裂装置和工艺，能够进一步提升煤层气储层的开采量。

1煤层气储层开发现状

目前我国的常规石油和天然气储量一直在不断减少，并且随着开采的不断深入，会增加开采成本和难度。而煤层气作为一种非常规能源在我国能源消费结构中的地位越来越重要，另外由于我国的煤层多为结构性煤层，在成煤后会对煤层构造产生严重的破坏，这种情况的出现阻碍了煤层气的解析，从而在开采过程中不会形成渗流能力，同时煤层中的低渗透率，低孔隙度、低压力的存在，也对煤层气的开采造成了难度，目前我国主要运用的开发技术为水力压裂技术，但由于该技术在实际运用的过程中会存在一定的局限性，并且开采成本比较高，严重制约了我国对煤层气的开发。

2煤层气储层多脉冲压裂开发机理

2.1煤层气储层裂缝的破岩依据

（1）假设煤层气储层为同性弹性介质，煤层气储层中会存在大量的割理结构，但是多极脉冲压力引起的应力波长会大于其宽度，当应力波传送至微裂缝时，会发生衍射现象，煤层气储层中的应力分布不会产生明显的变化，因此可以确定煤层气储层为同性弹性介质。

（2）假设位移会沿重力的方向发生变化，动力会处于平面应变状态。

（3）假设体积力为零。

煤层气储层在原始状态下会受到最大水平应力和最小水平应力以及垂向用力的作用下，处于一种平衡状态，因此可以对储层中的某一井段选取一个微裂缝的体积单元，建立数学模型。

2.2多脉冲压裂开发机理

多脉冲压裂火药在泄气管内会产生大量的高温、高压气体，并且会以非常快的速度从泄气孔喷射而出，由于射流速度比较快，一般不会在环空射流出现断裂，所以可以这样认为，从泄气孔射出的气流会全部射入到孔眼内，并且在孔眼内迅速聚集，形成高压状态。会对煤层气储层产生破裂，从而会产生大量的裂缝，降低煤层气储层中的应力使煤层气能够有效形成渗流，进而提高煤层气单井产能。

3煤层气储层多脉冲压裂工艺研究

通过大量实践表明，煤层基质中的渗流通道受到地应力的作用会处于闭合状态，要想实现流通道打开，就必须采用一些技术手段来产生新的裂缝和天然裂缝进行相连，从而缓解围城中的地应力，提高储层的渗透率，增强煤层气的解吸能力，由于煤层的地质特性，常规的方法在进行压裂过程中会有一定的局限性，因此需要利用高能气体进行压裂，高能气体压裂主要是依靠火药在燃烧后所产生的高温高压气体会以脉冲波的形式对地层产生裂缝，从而减少地层中的地应力。该压裂技术在使用过程中的成本比较低，而且不会对环境产生污染，使用范围比较广。

3.1设计方法

低渗煤气层与其他油层相比，煤气层储层的渗透率非常低，而且可塑性比较大，容易受到外力的影响而造成破坏，油层虽然也有低渗透率，地层中的岩石致密性比较强，抗破坏能力比较强，因此两者所产生的裂缝条件不完全一样，利用高能气体来改善油田的增产效果，使用范围比较广，由于煤层气储层比较复杂，岩层中的可塑性较强，低渗透性储层非常容易受到伤害。很难利用高能气体对储层进行改造，通过这些因素可以得知，应当选择脆性煤气层储层来进行实验，得出相关的裂缝延伸条件以及沟通条件，开发煤层的高能气体压裂技术，满足煤层气压裂的使用功能和条件，这是研究煤层气多脉冲压裂技术的基本构想。

3.2设计原理

针对煤气层储层的特征完井方式以及井身的结构特点，利用高能气体压裂作用原理，通过具体的实验，研究煤层气多脉冲高能气体压裂技术，其主要的作用原理就是通过中低燃速组合和特种延时控制技术，形成多脉冲压裂高能气体发射器，各级燃烧产生的大量高温高热气体进行释放，形成高脉冲压力对地层进行连续的压裂，其主要的功能就是通过延时点火系统来进行延时点火，高压泄气枪够促使储层产生裂缝，低燃泄气足能够使裂缝迅速进行扩展，以达到对煤层气实现多级压力，进而产生比又长又多的裂缝。

3.3作用机理

利用多脉冲压力装置在煤气层的中进行引燃产生大量的高温高压气体，从而形成较高的脉冲压力。对地层进行强脉冲压力作用，能够使煤气层中产生裂缝，并且利用所产生的裂缝来连接天然裂缝，最终形成裂缝网络来改善煤气层的泄气通道，随着多脉冲的震荡作用，煤气层中的基质空间隙会出现很好的连通性和渗透性，通过网络裂缝，热效作用以及脉冲震动可以改善煤层气中的解吸环境，有利于煤层气的解吸和泄出，提升煤气层的渗透率，从而达到煤层气单井产量增高的目的。

4结束语

利用煤层气储层裂缝破裂理论所建立的力学模型，能够为多脉冲压裂技术提供技术理论，利用多脉冲压裂技术能够有效的对煤层气储层产生裂缝，从而改善煤层气储层中的渗流能力，有效提高煤层气的产量，通过多脉冲压列技术产生的裂缝体系，不会受地应力影响。该技术的研究能够提高我国煤层气的有效开发，为非常规天然气的开采提供了新的研究思路。

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