煤层气压裂和排采技术应用现状与进展_郭洋

1、62NATURALGASANDOIL天然气与石油2011年8月煤层气压裂和排采技术应用现状与进展郭洋杨胜来中国石油大学（北京），北京102249摘要：在当前国际能源供需矛盾日益突出的形势下，煤层气的资源勘探开发备受世界瞩目。对于此类非常规气田的开发人们借鉴常规油气田开发技术并加以改进，探索出开发煤层气的技术。主要概述了国内外煤层气井的压裂技术和排采技术的研究现状，分析存在的问题；对比各技术的优缺点和适用性，提出我国煤层气开发技术需加强的方面，展望未来发展趋势。清洁压裂液研制、二氧化碳泡沫压裂和氮气泡沫压裂技术改善，排采使用装置和排采工作制度改进是目前我国煤层气发展的主要技术突破点。关键词：煤层

2、气；压裂；排采文献标识码：A文章编号：1006-5539（2011）04-0062-030引言我国继俄罗斯、加拿大之后拥有世界上第三大煤对山西晋城煤层气清水压裂施工5，把该项技术首次应用到市场开发中，压裂的35口井，成功率达100%，压后产能良好。施工中对清水压裂液进行添加剂技术处理外，还采用了大排量压裂车组，且单井的最低排量达到8m3/min。层气储量，我国地下2000m以内的浅煤层气资源量为36.7×1012m3，与天然气总量相当1。因此，在能源供求日趋不平衡的形势下，开发煤层气对我国有着战略性意义。近年来，国家高度重视煤层气开发和煤矿瓦斯防治工作，国家发改委颁布了“煤层气开发利

3、用十一五规划”23。至今，引进了很多国外先进技术，摸索着适合我国实际情况的开发技术。1.2加砂水压裂技术1987年以前，黑勇士盆地进行的水压裂约占总数的一半，但后来被凝胶压裂取代。先导性实验结果表明，水压裂的效果优于凝胶压裂，且其成本是后者的一半，对煤层伤害程度小。它是现在矿场上应用最广的压裂方法。1.1煤层气压裂技术应用现状清水（不加砂）压裂技术1.3冻胶压裂技术在美国圣胡安盆地北部及黑勇士盆地进行压裂1990年，Amoco公司在OakGrove气田进行了清水压裂并采用了封隔球，成本仅为加砂水压裂的一半4。对凝胶压裂过的井用该技术重复压裂，结果产量增长处理时，一般采用硼酸盐交联的羟丙基瓜尔胶

4、（粘弹性好、残渣低）作为压裂液4。很多经过冻胶压裂的煤层气井产量较高，平均达到2832.07079.3m3/d。但该技术在我国很少应用。1倍，且使用封隔球可以打开更多的煤层。2007年6月，大庆井下作业分公司井下压裂队，收稿日期：2010-11-25基金项目：国家重大专项资助项目（2008ZX05040）作者简介：郭洋（1986-），女，黑龙江宾县人，在读硕士研究生，主要从事油气田开发研究。第29卷第4期OILANDGASFIELDDEVELOPMENT油气田开发631.4二氧化碳泡沫压裂技术煤层气排水的方法有：有杆泵、螺杆泵、电潜泵、气举、水力喷射泵、泡沫法及优选管柱法微脉冲试验。我国目前主

5、要采用有杆泵、螺杆泵和电潜泵来实现油管排水，套管采气。20世纪90年代，国外将二氧化碳泡沫压裂技术成功地应用到了煤层气的开发中，稠化剂为氨甲基羧丙基瓜胶。我国于1999年开展此项研究，因没有该稠化剂，在提高羟丙基瓜胶用量的同时，研制出酸性交联剂，其交联冻胶性能良好5。2008年4月，二氧化碳压裂技术首次在安徽省淮北矿业集团LG-3井煤层气井施工获得成功6。有杆泵适应性强，操作简单，有多种型号和泵径可选。螺杆泵螺杆泵的优点：成本低、维护费低、占地少。在抽1.5氮泡沫压裂技术在欠压煤层、对液体伤害较敏感的煤层或为减少空情况下泵容易烧坏，因此沉没度要保持50m以上。且当严重磨损时，全套井下装置必须更

6、换。液体滤失，通常采用泡沫压裂技术。20世纪90年代，在圣胡安盆地的南部欠压与欠饱和煤层，总压裂作业中90%采用该技术。但该技术在我国应用并不成熟。2.3电潜泵我国从20世纪90年代将电泵用于高产水煤层气井的排采，由于工艺不够完善，应用效果较差。1.6水力压裂设计软件技术压裂设计是压裂施工的指导性文件，而压裂设计2000年初，在华北地区12口煤层气井的电泵排采试验的基础上，任源峰等提出该工艺的关键技术是变频调速控制系统和离心式气体分离技术10，逐步改进了电泵排采工艺，使之成为一套比较完善的工艺技术。2003年以来，将其应用于矿场上的不同井，效果较好，解决了高产水井的排采问题。主要依靠压裂设计软

7、件模拟确定。代表国际20世纪90年代先进水平的FRACPRO压裂设计/模拟软件7可以进行优化设计、实时分析、压后历史模拟等。我国引进美国RES公司的PRACPRO拟三维压裂设计软件，经应用已取得一定效果；国内研制的煤层气井二维、拟三维压裂设计软件也有一定的实用价值。2.4气举此技术已在美国的黑勇士和圣胡安盆地得到了1.7实时压裂模拟分析与处理技术将压裂模拟与计算机手段结合，采用配套作业技成功应用。其最大特点是能够处理固体颗粒，受出砂和机械方面的影响较小，同时能适应开采初期大排量排水。气举排采地面设备少，井下管柱相对简单，但在技术上要求很高。从模糊综合评判结果可知，电潜泵和气举的排采方式优于有杆

8、泵和螺杆泵。由此，加强电潜泵和气举排采煤层气的研究，具有重要意义。术，对实际压裂数据进行实时检测与分析处理，并将结果及时反馈到作业操作中，从而实现优化设计向优化施工的转化。该软件系统为集合三维模型，可与压裂仪表指挥车直接通讯。1.8压裂施工技术马方明、刘海滨对中联公司在沁南区块11口井2.5新型无杆开采煤层气技术直线电机是一种可以作直线运动的电动机，我国的压裂试验总结8，提出了六个方面的煤层压裂工艺、注入参数的选择原则和适合当地条件的主要施工参数。2002年，冯三利等人9针对煤层高滤失性、造长缝难的问题，研制了新型压裂液，采用了二级加砂工艺技术、油套混注大排量压裂施工技术、前置液降滤失工艺技术

9、，并在铁法、阜新地区进行了成功的煤层气井压裂。对此项技术研究比较成熟。为减少煤层气直井和定向井中设备磨损，人们提出将其引入煤层气开采行业的设想。2.6排采初期排采强度的确定方法2007年，倪小明等人以沁南区块现场实测排采数据为基础，用微分几何学理论和达西定律对煤层气井排采初期最佳排采强度进行理论推导，为提高采收率提供理论依据11。1.9裂缝评价技术通过压后裂缝半长和导流能力来分析压裂效果。中联公司在沁南3口井应用大地电位法、井温法、微地震法、放射性示踪法的综合压裂裂缝监测试验，效果良好。2.7排采工作制度的改进2008年，康永尚等人以沁水盆地晋试1井组数据为依据12，讨论解决我国煤层气开发中存

10、在问题的办法：认识地下水流动系统和两类煤层气资源；建立煤层上覆及下伏地层的流体动力系模型；制定合理的工作制度，提高单井产量和采出程度。2煤层气排采技术应用现状我国煤层气井排采的主要方法及其适应性开采64NATURALGASANDOIL天然气与石油2011年8月2罗东坤，夏良玉.煤层气对能源安全贡献定量分析方法J.3存在问题与发展趋势a）用清水做携砂液是目前压裂领域对储层伤害最油气田地面工程，2009，28（5）：17-18.3许茜，薛岗，周玉英，等.沁水盆地煤层气气田集气站标准化设计的经验与体会J.石油工程建设，2010，36（1）：小的技术。但存在着自身运载能力不足，容易形成砂堵的缺点。所以

11、，寻求更好的辅助强化技术很重要。104-105.4修书志，江新民.煤层压裂工艺技术初探J.油气井测试，b）我国煤层类型多样，储层物性差异大，压裂形成的裂缝比较复杂。所以，必须因地制宜，编制更加符合我国实际储层情况的压裂模拟软件。1999，8（1）：45-50.5文娟.大庆煤层气清水压裂应用成功J.石油钻采工艺，波，等.CO2泡沫压裂技术在煤层气开2009，29（3）：48.6丛连铸，吴庆红，赵7林发中应用前景J.中国煤层气，2004，11，1（2）：16-17.刚.煤层气二氧化碳压裂技术取得突破J.低温与特气，c）随着全球对二氧化碳埋存处理等问题的重视，二氧化碳泡沫压裂技术也将是未来可能大量推

12、广的技术，如何降低成本成为制约该技术的关键。d）氮气压裂技术在我国尚不成熟，有待发展。e）有必要开展往复式潜水排采装置的研究与应用，避免杆管磨损。2008，26（2）：35.8马方明，刘海滨.山西沁水盆地煤层水力压裂A.21世纪第三届全国煤层气学术中国煤层气产业发展与展望研讨会论文集C.山西：石油工业出版社，2002，135-139.9冯三利，叶建平.中国煤层气勘探开发技术研究进展J.中国煤田地质，2003，15（6）：19-23.10任源峰，吕卫东，冯义堂.煤层气井电泵排采工艺技术的研究及应用J.中国煤层气，2006，3（1）：33-36.11倪小明，王延斌，接铭训.煤层气井排采初期合理排采

13、强度的确定方法J.西南石油大学学报，2007，29（6）：101-104.12康永尚，邓泽，刘洪林.我国煤层气井排采工作制度探讨J.天然气地球科学，2008，19（3）：423-426.f）排采技术一直是制约我国煤层气开发的瓶颈，在现有设备条件下，优化排采工作制度，是最有效的增产手段。参考文献：1钱伯章，朱建芳.煤层气开发与利用新进展J.天然气与石油，2010，28（4）：2934.!SELECTEDABSTRACTSNATURALGASANDOIL（BIMONTHLY）DynamicScalingTestStudyandScaleInhibitorOptimizationTuYi（China

14、PetroleumUniversitySchoolofPetroleumEngineering，Beijing，102249，China）WuMeng（YangtzeUniversityOilEngineeringCollege，Jinzhou，Hubei，434025，China）LuoHuili（SichuanHuayouGroupChongqingKaiyueOilGasCo.，Ltd.Chongqing，400021，China）NGO，2011，29（4）：57-58ABSTRACT：Inviewofdamagedegreeofinorganiccalciumcarbonatesca

15、leonoilfieldformation，conductedisdy-namicsimulationexperimentalstudytocalculatepermeabilityretentionK/Kiandestimatedamagedegreeofscaling.Theresultsshowthattherockpermeabilityratewilldropby16%-21%if100timesofporevolumesolutionisin-jectedcumulatively，whichmeansthateffectofinorganicscaleonthereservoirp

16、ermeabilitycannotbeneglected.Adoptedarechemicalantiscaletechnologiestoconductexperimentsforscreeningscaleinhibitorsandexperimentre-sultsshowthatsuchorganicphosphonicacidscaleinhibitorsasJPS-04，JPS-05andJPS-06haveobviousantiscaleeffectsandcaneffectivelyrelievedamagedegreeofscalingonoilfieldformation，

17、especiallyJPS-06scaleinhibitorhasoptimumantiscaleeffect.KEYWORDS：Dynamictest；Permeability；ScaleinhibitorCharacteristicsofInterfaceTensionandOilDisplacementwithASPFloodingGuoChunping，ZhuHuifeng，WangHaoyu，SiShurongWangYing，PengShukai（ResearchInstituteofOilExplorationandDevelopment，DaqingOilfield，Daqin

18、g，Heilongjiang，163712，China）NGO，2011，29（4）：59-61ABSTRACT：Inordertobeaccuratelyfamiliarwithoilfieldrecoveryatthisstage，itisnecessarytoputforwardsystem-aticallyasetofevaluationindexesandevaluationstandards，establishanevaluationsystemanddetermineeffectivelythereliabilityoftheevaluationmethodsoastofindo

19、utmainfactorsforimprovingoildisplacementeffectsandimprovingoilrecoveryfurther.AnalyzedarespecificcircumstancesofDaqingOilfieldreservoirs，developedaresurfaceactiveagentswithsametype，sameusageamountanddifferentmoleculararrangements，conductedisphysicalsimulationexperimentofcore，investigatedareoildispla

20、cementeffectsofcharacteristicsystemswithdifferentinterfacetensionsandgivenistherelationbetweentheinterfacetensionandoildisplacementefficiency.Accordingtooildisplacementexperimentalresults，putforwardistheevaluationstandardoftheinterfacetensionofthecompoundsystem，whichishelpfultodirectindoorselectiono

21、fthecompoundsystemandperformanceoptimizationoffillingsystem.KEYWORDS：Compoundsystem；Interfacetension；Oildisplacementefficiency；Dynamicinterfacetension；Equilibri-uminterfacetensionCurrentStatusandDevelopmentTrendofCBMFracturingandDrainageGuoYang，YangShenglai（ChinaPetroleumUniversity，Beijing，102249，Ch

22、ina）NGO，2011，29（4）：62-64ABSTRACT：Incurrentmoreandmoreunbalancesituationbetweenenergysourcessupplyanddemand，develop-mentofcoalbedmethane（CBM）attractstheworld'sattention.Insuchunconventionalgasfielddevelopment，thosetechnologieswidelyadoptedinconventionalgasfielddevelopmentareusedforreferenceandimprovedinordertoexploretechnologiesusefulforcoalbedmethanedevelopment.Summarizedarethefracturinganddrainagetechnolo-giesadoptedincoalbedmethanedevelopmentandcurrentstatusofstudies