新疆维吾尔自治区煤田地质局一六一煤田地质勘探队
摘要：近几年，我国经济建设发展迅速，煤矿企业为我国发展做出了很大贡献。我国煤层具有松软、压力低、表面积大和割理发育的特征，导致煤层气开采普遍存在经济效益低、单井产量低的问题。为了适应煤层气特殊的产出条件，本文探讨煤层气压裂工艺技术与实施要点，以期为我国煤层气开采提供参考意见。
关键词：煤层气；压裂工艺技术；实施要点
引言
我国地大物博，矿产资源丰富，煤层气资源总储量占居首位，可以与天然气的总储量相媲美。因为煤层气本身属于清洁能源发展行列，本身带有极强的清洁性能和使用的高效性，对于此资源进行科学合理的开发应用，能够有效缓解现阶段我国能源紧缺的尴尬局面。进行开采过程中，需要对煤层的低饱和、低渗透和低压的发展特点充分了解，可以通过对水力压裂技术的改造升级，完成增产增效工作，保证煤层气井开采效率和高质量发展。在此过程中，需要注意的问题是，因为不同煤层在发展过程中，都受到不同介质的作用，其内部构成和物质特性方面都存在很大差异性，所以，科学掌握煤层气压裂工艺技术有着重要的现实意义。
1煤层气探采历史
1733年美国首次实现地下管道煤层气抽放，1920年第一次完成3口地面煤层气抽采井。1953年在圣胡安完成高产井，日产1.2万m3。我国起步较晚，1957年阳泉四矿在井下成功实现，临近煤层瓦斯抽采。1992年正式开始研究实验。1996年中联煤层气有限责任公司的成立，标志着我国煤层气开发研究的新纪元。
2矿岩压裂的主要影响因素
2.1天然裂缝割理
在煤层开采发展过程中，主要的裂缝系统包括天然裂缝和割理，这两种现象会严重影响到压裂裂缝的发展形态，同时还会对周围水文地质的发展起到一定的影响作用。通常它们的主要性能会对水力裂缝的形态进行延伸，造成冲击作用，也就是说，通过这两个作用力的共同作用，煤层气井在发展和延伸的时候，很容易发生突然转向和次生裂缝。
2.2矿岩力学性质
对矿岩力学性质进行研究的过程中，需要重点做好三个方面的工作：首先，做好矿岩硬度和密实度的勘察工作。第二，对整体强度和弹性力度问题进行研究。第三，深入探讨研究断裂相关内容。对有显著特点的矿样进行综合检测分析，通过观察和对比，得到的结论是，矿岩在受到某些压力和应力的共同作用下，其自身的特征也会发生改变，呈现出弹性模量低、脆性大、易破碎和易受压缩等显著特点，所以，需要对矿岩力学性质进行综合研究。
2.3地应力
在矿井气层发生水力起裂现象的过程中，地应力的变化情况会对裂缝整体位置和形态产生主要影响作用。通过科学调查结果显示，起裂压力大小情况与地应力差之间存在负相关的变化发展联系。换言之，破裂压力的影响因素主要为天然裂缝与最大水平主应力间的夹角，在高水平应力差作用力的影响下，会发生层次较规律的主缝问题。在低水平应力差作用力的影响下，裂缝问题就会向周边进行延伸和扩展。
3煤层气压裂工艺技术
3.1大排量压裂技术
在煤层储层中，有着大量的天然割理系统，加之在压裂施工中使用了活性水压裂液，因此容易造成在压裂过程中滤失量过大及效率低的情况。而为了控制液体滤失以保障效率，应当要根据活性水压裂液的特点，选择大排量注入压裂液的施工方式。
3.2低砂比压裂技术
煤层气压裂的砂比是由多种因素共同决定的，包括煤层本身的特性、压裂液及其排量、支撑剂密度等等。煤层具有性脆、易破碎以及易滤失等特性，而这些都容易引起压裂过程中煤层出现砂堵；再者压裂液粘度低，也是造成砂堵的一项常见因素。而若应用低砂比压裂技术，则能够十分有效地预防砂堵现象。
3.3脉冲加砂技术
若想实现煤层气开采的增产，其主要途径之一就是尽量增加缝长和沟通天然割理系统。在深层煤层气的压裂施工过程中，支撑剂的泵入可以选择采用将前置液与携砂液交替注入的方式。这种方法既能够更多地增加缝长和沟通天然割理系统，同时又能够防止砂堵，提高压裂效率。
3.4复合支撑技术
该深层煤层气储层的闭合压力＜20MPa，经分析和评价后，认为其在支撑剂的选择上以石英砂为宜。由于煤层气储层具有易滤失的特点，所以在加砂前，首先要处理天然割理，即加入适量的细粒径石英砂，从而降低其滤失；其次在加砂过程中，要加入适量的中粒径石英砂，从而延伸裂缝；而在加砂后期，则要加入粗粒径石英砂，以使煤层中的气流畅通。
4煤层气压裂工艺技术及实施要点分析
4.1优选煤层气压裂液体系
在煤层气压裂中，压裂液既需要携砂、造缝，又会因液体浸入储层而伤害煤层，所以优选压裂液体系至关重要，即要求煤层气压裂液满足压裂工艺的技术要求、与储层配伍性且尽量不伤害煤层。煤层气井从客观实际出发优选压裂液体系，具体要点包括：一是少用添加剂，如有机类添加剂，以免伤害煤储层；二是研发与煤层气压裂条件相适宜的压裂液材料，以提高其与煤储层的配伍性；三是在满足压裂工艺与施工要求的前提下，提高压裂液的经济性，从而适应市场经济的发展要求。据此，山西沁水盆地煤层气井决定选用清水压裂。
4.2泥浆漏失处理技术的应用
在勘探过程中，由于煤层裂缝、孔洞、地下河道等地质因素和勘探过程中泥浆压力低于地层压力等工艺因素，不可避免地会出现泥浆漏失现象。泥浆漏失会导致严重的勘探事故，从而耽误正常的勘探工作，造成严重的损失。针对硬脆碎煤层勘探过程中的泥浆漏失问题，主要采用超声波流量测试技术。该技术是通过一对超声波换能器测量超声在泥浆流体介质传播过程中信号的频率变换情况，进而判断出泥浆漏失煤层位置和泥浆漏失的流速，然后采取相对应的措施，防止泥浆漏失带来更严重的危害。
找到煤层泥浆漏失的具体位置和泥浆漏失的流速是处理泥浆漏失问题的关键。为此，技术人员根据泥浆漏失的处理技术设计出泥浆漏失超声测量系统，应用于测量泥浆漏失位置和传输数据信号的具体工作中。其硬件设施和软件设施分别为超声波换能器和超声波信号发射电路，超声波换能器是测量超声流速的传感器，相对应的超声接收和发射电路的设计必须以它为依据。超声波换能器能最大程度地确保对泥浆漏失流速的精准测量。超声信号发射电路在一定程度上则能够避免实际勘探工作中的噪声、地理环境和地质构造对信号接收的干扰作用。并且，超声信号发射电路能够及时检测出信号的实部及虚部，最后再经过时阈、相阈或频阈值处理，从而识别出泥浆的流向信息。
4.3优化压裂施工参数
为了提高煤层气储层压裂工艺的应用效果，要求从下列方面优化压裂施工参数。①优化施工排量：煤层气藏易因滤失性过大而出现砂堵，所以要求优化施工排量。煤层气井应用的是清水大排量施工工艺，其设计施工排量为6.5-7.0m3/min，此举使压裂液具有更好的携砂性能。②优化施工规模：关于加砂规模，主要参考山西沁水盆地煤层气井最近几年的施工概况，即：通过优化砂体厚度和长度，设计施工规模为单井加砂量40m3，注意一旦最佳加砂规模确定后，不得随意追求大规模。③优化砂比：鉴于山西沁水盆地煤层气井的地层具有较大滤失性，且返排效果较差，则单井最高砂比设计为25%-30%，以适应施工井的实际需要和减少用液量。
结语
综上所述，随着社会经济的不断发展，对能源的需求量也随之增大，煤层气的开发使用问题已经受到社会各界的普遍关注。我们需要合理使用煤层气压裂工艺技术，对煤层发展比例进行深入了解，掌握其发展参数，找到引发裂缝问题的具体原因，提供相应的技术支持，为煤层气开采事业做出贡献。
参考文献
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