謝治國 王巧麗 張宇 熊鑫 陳昌渝 張濤

（1.重慶礦產(chǎn)資源開發(fā)有限公司，重慶 401123；2.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 400042）

煤層氣勘探開發(fā)的巖石力學與壓裂關(guān)鍵技術(shù)研究

謝治國1王巧麗2張宇1熊鑫1陳昌渝1張濤1

（1.重慶礦產(chǎn)資源開發(fā)有限公司，重慶 401123；2.重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 400042）

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)已經(jīng)不能滿足當前時代發(fā)展的需求，所以要對其進行完善與優(yōu)化。如果煤層的塑性比較強，水力壓裂技術(shù)挑戰(zhàn)相對也較大。以當前煤層氣勘探巖石力學以及壓裂關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展情況為基礎(chǔ)，結(jié)合近年來的工作經(jīng)驗，提出技術(shù)的優(yōu)化措施。

煤層氣；勘探；巖石力學；壓裂

油氣需求量的不斷增加，讓煤層氣開采變得越來越重要。煤層氣是來自于烴原巖但還未遷移的油體或氣。因為該物質(zhì)滲透率相對較低，所以很難通過傳統(tǒng)方法對其進行開采，是非常規(guī)油氣的一種。目前最常見的開采方式就是借助水力壓裂的方式對其進行開采。經(jīng)過多年來的不斷發(fā)展，針對目前國內(nèi)開采環(huán)境情況，制定了一系列適用性較強的煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)，而且這些技術(shù)也取得了比較理想的使用效果，下文將對相關(guān)技術(shù)進行分析。

1 水力壓裂技術(shù)

水力壓裂屬于煤層氣開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，且被成功的應用到低滲透率改造以及水平井中，所以大部分工作人員都在努力研究該技術(shù)，以起到增產(chǎn)的目的。但是壓裂裂縫的擴展以及壓裂的效果，是會受到地層最大、最小水平主應力影響的，所以要先明確正斷層與滑移斷層的應力情況。如果最大的水平主應力和最小的水平主應力二者之間差距比較大，應沿著最大的水平主應力方向存在的裂縫來延伸裂縫。如果最大的水平主應力和最小的主應力差距比較小，可能會形成十分復雜并且方向性比較差的裂縫。從近年來采排工作開展的情況來看，如果地層處在逆斷層應力狀態(tài)下，則水力壓裂會隨著水平裂縫的擴張而延伸。由于受到這種情況的影響，水平井的生產(chǎn)優(yōu)越性會降低，失去其原有的多段水力壓裂裂縫生產(chǎn)優(yōu)勢，整體產(chǎn)量不夠理想。為了從根本上提升壓裂的效果，可以考慮向水平井當中垂向射出大孔徑孔，之后在長射孔當中進行壓裂處理，進而產(chǎn)生多層水平裂縫，這也是目前使用起來比較理想的一種壓裂形式。

2 間接水力壓裂技術(shù)

目前最為常見的煤層氣開發(fā)技術(shù)就是水力壓裂技術(shù)，并且在近年來的使用中取得了良好的效果。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)的煤層氣平均日產(chǎn)量大約在1000m3左右，絕大部分的垂直井都是通過壓裂技術(shù)來開發(fā)的，而且一般都會將比較堅硬的一些煤層當成壓裂層來看待。但是仔細對工作過程進行分析不難發(fā)現(xiàn)，還是存在許多技術(shù)問題的，并且這些技術(shù)問題會對煤層氣開采產(chǎn)生負面影響。在正常的條件下，因為煤層大部分都是會受到相互垂直面節(jié)理以及端節(jié)理切割影響的，所以可能會出現(xiàn)水力壓裂裂縫沿著這些節(jié)理不斷擴大的情況，所以如果壓力裂縫比較短，則垂直井的產(chǎn)量必然也不夠理想。

除此之外，如果裂縫比較短，還有可能使壓裂液不斷的滲入到煤層當中，并且如果壓裂液內(nèi)部有聚合物，這些聚合物必然還會堵塞一些煤層節(jié)理，導致煤層滲透性逐漸降低。大多數(shù)情況下，如果砂巖、石灰?guī)r處在煤層直接頂?shù)装寤蛘呤敲簩拥膴A層當中，則水平應力會比較低，容易導致形成長裂縫。若在砂巖或者是石灰?guī)r當中出現(xiàn)壓裂的情況，則長裂縫和煤層、煤層垂直節(jié)理交叉點會因為受到壓裂的影響而順溜到生產(chǎn)井當中，這種技術(shù)就是目前經(jīng)常使用的垂直裂縫連接壓裂技術(shù)。各個煤層之間的壓裂并不是煤層壓裂，而是一種對煤層頂?shù)装?、對煤層夾層砂巖、碳酸鹽進行壓裂的一種裂縫表現(xiàn)形式。因為煤層的垂直節(jié)理其滲透性比較強，而且這種滲透性要明顯超出水平節(jié)理的滲透性，所以間接壓裂裂縫也是不需要穿過煤層內(nèi)部。如果其能夠接觸煤層表面，就可以通過該形式來聯(lián)通煤層垂直節(jié)理，并通過該方式來采排煤層氣。該技術(shù)已經(jīng)逐漸純熟，并且在許多行業(yè)都有應用。針對一些新領(lǐng)域來說，工作人員首先要先確定工作安排計劃的可行性。因為煤層大部分都是會受到相互垂直面節(jié)理以及端節(jié)理的影響，所以如果煤層當中的水力壓裂只能產(chǎn)生較短的裂縫，會影響到煤層氣整體生產(chǎn)能力。從目前相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況來看，工作人員可以通過間接煤層壓裂技術(shù)的方式來解決該問題，提升煤層氣生產(chǎn)能力。間接壓裂技術(shù)，就是當壓裂位置處在煤層的直接頂?shù)装寤蛘呤菈毫盐恢锰幵诿簩拥膴A層中時，砂巖、碳酸巖會形成一些比較長的裂縫，這些裂縫的長度會影響到煤層的開采質(zhì)量。如果長裂縫和煤層垂直節(jié)理相互交叉，則煤層氣就有可能通過壓裂縫流入到生產(chǎn)井當中，進而實現(xiàn)大范圍采排煤層氣，提升工作效率以及產(chǎn)量。

3 結(jié)語

上文以目前巖石力學以及壓裂技術(shù)的發(fā)展情況為基礎(chǔ)，對煤層氣勘探開發(fā)方式進行了簡要的分析。首先分析了水力壓裂破裂壓力，之后從多個角度，對煤層氣開發(fā)間接水力壓裂技術(shù)進行了研究。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，雖然巖石力學和壓裂技術(shù)經(jīng)過近年來的不斷發(fā)展已經(jīng)得到了完善，但是在實際使用過程中依然存在各種問題，特別是在細節(jié)處理上，如果處理方式不當，極有可能導致工作質(zhì)量不達標。

[1]張金才，尹尚先.頁巖油氣與煤層氣開發(fā)的巖石力學與壓裂關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭學報，2014，08:1691-1699.

[2]賀天才，王保玉，田永東.晉城礦區(qū)煤與煤層氣共采研究進展及急需研究的基本問題[J].煤炭學報，2014，09:1779-1785.

[3]秦勇，袁亮，胡千庭等.我國煤層氣勘探與開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].煤炭科學技術(shù)，2012，10:1-6.

[4]顏志豐，琚宜文，唐書恒等.沁水盆地南部煤層氣儲層壓裂過程數(shù)值模擬研究[J].地球物理學報，2013，05:1734-1744.