超低密度压裂支撑剂 在煤层气井压裂中的应用

1. 北京奥陶科技有限公司 超低密度压裂支撑剂 在煤层气井压裂中的应用 汇报人：侯风岗 2013年4月20日

2. 汇报提纲 一.前言 二.煤层气水力压裂的裂缝及支撑剂分析 三.研究超低密度压裂支撑剂的意义 四.研究方法和技术特点 五.超低密度支撑剂综合技术 六.煤层气压裂工艺对策 七.经济效益分析

3. 前言 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 1. 1 煤层气产业——朝气蓬勃 • 我国煤层气研究起于上世纪八十年代； • 九十年代初，引进美国的地面抽采技术和国内天然气开采技术获得突破。 • 九十年代中后期，以压裂改造为核心技术的煤层气勘探取得较快发展。煤层气勘探开发研究取得一批重大科研成果。 • 本世纪初，以晋煤集团和中联公司为代表的煤层气开发在沁南地区获得巨大成功，极大地推动了我国煤层气产业的快速发展。同时，多分支水平井技术也获得了成功，更加促进了该区煤层气地面抽采的发展。 • 目前，沁南地区累计完成各类煤层气地面抽采井3000余口，煤层气年产能力超过20亿m³，实际产量已经达到10亿m³/年。 • 继沁南煤层气地面抽采成功后，山西柳林、临兴、保德，宁武、阳泉、乡宁，辽宁铁法、阜新，安徽淮南、淮北，陕西韩城、铜川、吴堡，四川古蔺等地区煤层气勘探相继获得突破，部分地区已经进入商业性开发。 • 我国煤层气产业的发展正迎来一个朝气蓬勃的春天。

4. 前言 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 1.2 煤层气产能——存在瓶颈 • 80%产能不理想：自从美国在煤层气、页岩气有所突破后，我国也积极响应，煤层气的勘探和开发研究也进行了20年，打了将近上万口井，表面看好像我们已完全掌握了煤层气的开采技术，但80%的井产出的气不具备工业产能，直接影响了我国煤层气事业的发展。 • 存在技术瓶颈：一个关键技术的突破有可能直接会改变一个区块能否具有经济开发价值，甚至会改变一个行业的发展前景。 • 压裂是关键：从地质勘探、储量评价，以及钻井、测井、录井、完井等工艺借鉴石油行业的成果已基本掌握，但我们认为在压裂的认识中仍存在问题。 • 攻坚克难： • 1. 思想不够开放； • 2. 低密度支撑剂技术没有掌握，没有得到大胆应用，所以直接造成许多井产量低下甚至不出气的情况。 • 本文不对其他方面讨论，只针对煤层气的特点，如何应用超低密度支撑剂进行探讨和研究。

5. 汇报提纲 一.前言 二.煤层气水力压裂的裂缝及支撑剂分析 三.研究超低密度压裂支撑剂的意义 四.研究方法和技术特点 五.超低密度支撑剂综合技术 六.煤层气压裂工艺对策 七.经济效益分析

6. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 2.1 压裂简介 a—致密岩石 b—微裂缝高渗岩石 pF—破裂压力 pE—延伸压力 pC—闭合压力 pS—地层压力 pH—停泵压力 S1 S2 水力压裂典型施工曲线 S3

7. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 2.2 煤层压裂裂缝形成的控制因素 1）煤岩本身的岩石力学性质 2）地应力，不同构造部位煤层与褶皱中和面的位置关系（局部构造地应力） 3）割理、孔隙系统，先存裂隙 4）煤层埋深 5）温度,在深井中也会对破裂 压力造成影响 6）压裂施工作业参数，如施工 规模和施工排量等，也可以在一定程度上改变裂缝形状。 7）控缝高压裂技术，通过上浮式和下沉式导向剂在裂缝的顶部和底部形成人工遮 挡层，阻止裂缝中的压力向上下传播，继而达到控制裂缝在高度方向上进一步 延伸的目的。 人工裂缝方位：裂缝面垂直于最小主应力方向 δy或δx﹥δz时→垂直裂缝 δz 最小时→水平裂缝

8. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 2.3.1 煤层裂缝形态及扩展规律 裂缝形态主要包括裂缝的长度、宽度、高度及走向 长度：随着裂缝宽度的增加，裂缝长度将受到限制。 宽度：压裂裂缝的宽度与其弹性模量成反比。 方位：同一盆地没有明显的方向性，但是存在着在某一方向裂缝出现机率相对较大的现象。 裂缝形态4种类型：水平缝、垂直缝、先水平缝后垂直缝、两翼不对称缝 (一翼为垂直缝，一冀为水平缝)。形态复杂的例如“T”、“工”，‘爪’ 型裂缝。

9. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 2.3.2 煤层裂缝形态及扩展规律 一般首先在井筒附近产生不规则水平缝，然后随着裂缝的进一步延伸，有的井产生水平缝，有的井产生垂直缝。 裂缝的高度超过压裂层厚度的4倍，最高达到6倍，一般在2~4倍。

10. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 2.4 支撑剂的分类 • 压裂用支撑剂可大致分为天然的与人造的两大类。 • 前者以石英砂为代表，后者则是通常称之为陶粒的支撑剂。 • 在油气增产市场上广泛使用六种价格不同的标准支撑剂，它们是天然石英砂、人造的中等强度低密度的硅酸铝支撑剂（陶粒砂）、人造的中等强度高密度的氧化铝和硅酸盐支撑剂、高强度的铝矾土和高强度的硅酸锆支撑剂、以及涂敷预固化涂层、可固化涂层树脂的天然砂或人造支撑剂和超低密度支撑剂。 • 目前在煤层气压裂中主要是使用石英砂。

11. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 2.5 石英砂的优缺点 优点 a）适用于低闭合压力的各类储层； b）相对密度低，便于施工泵送。施工中减少泵和设备以及施工管线、管柱在井口内和井口部位磨蚀； c）圆、球度较好的石英砂破碎后成少小碎块状，但仍可保持一定的导流能力； d）价格便宜，资源丰富。 缺点 a）石英砂抗压强度低，开始破碎压力约为20MPa，不适合在中、高闭合压力的压裂层中使用； b）石英砂抗压强度低，破碎后的碎屑造成微粒运移、堵塞、嵌入、压裂液的伤害（滤饼和残渣）及非达西流动、时间等因素的影响，大大降低导流能力，甚至降低到原来的1/10或更低一些。

12. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 1）煤层的杨氏模量低，泊松比大，压裂时形成短、宽裂缝，影响压裂效果。且井眼的坍塌和大量煤粉的产生都给压裂和排采造成不利的影响。 2）煤层气储层一般呈低压、低温状态，会给压裂液的破胶和返排造成特殊困难。 3)煤层气赋存机理不同于天然气，其中90% 吸附在煤层中，开采前需要降压解吸过程。 4)因煤层比较软，容易发生支撑剂嵌入现象，以及近井地带出现严重的脱砂。 5)煤层中有天然裂缝存在，且压裂时会产生多裂缝和复合裂缝，易造成压裂液严重滤失，引起煤层空隙的堵塞和基质的膨胀进而降低煤层的渗透率，影响造缝效果。 2.6 煤层气井压裂的难点

13. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 2.7 裂缝缝高缝长 • 前者以石英砂为代表，后者则是通常称之为陶粒的支撑剂。 • 在油气增产市场上广泛使用六种价格不同的标准支撑剂，它们是天然石英砂、人造的中等强度低密度的硅酸铝支撑剂（陶粒砂）、人造的中等强度高密度的氧化铝和硅酸盐支撑剂、高强度的铝矾土和高强度的硅酸锆支撑剂、以及涂敷预固化涂层、可固化涂层树脂的天然砂或人造支撑剂和超低密度支撑剂。 • 目前在煤层气压裂中主要是使用石英砂。 • 压裂用支撑剂可大致分为天然的与人造的两大类。 13

14. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 2.7裂缝缝高缝长 • 在油气增产市场上广泛使用六种价格不同的标准支撑剂，它们是天然石英砂、人造的中等强度低密度的硅酸铝支撑剂（陶粒砂）、人造的中等强度高密度的氧化铝和硅酸盐支撑剂、高强度的铝矾土和高强度的硅酸锆支撑剂、以及涂敷预固化涂层、可固化涂层树脂的天然砂或人造支撑剂和超低密度支撑剂。 • 目前在煤层气压裂中主要是使用石英砂。 • 压裂用支撑剂可大致分为天然的与人造的两大类。 14

15. 汇报提纲 一.前言 二.煤层气水力压裂的裂缝及支撑剂分析 三.研究超低密度压裂支撑剂的意义 四.研究方法和技术特点 五.超低密度支撑剂综合技术 六.煤层气压裂工艺对策 七.经济效益分析

16. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 • 不管压裂液的缺陷还是石英砂在煤层气压裂中的不足，如果用超低密度支撑剂，所有问题都迎刃而解。可是，原来所有的研究都集中在压裂液和压裂工艺的改进上，但都没有真正意义上的突破，很少针对煤层气的压裂支撑剂进行深入研究。 • 一方面是大家一致有个惯性思维，认为超低密度支撑剂生产工艺复杂，难以在技术上有所突破，（国内生产密度低于1.25的基本上没有）。 • 另一方面，认为价格太高（壳牌在中国煤层气行业用过，每吨18000元），不适合煤层气低成本战略。 • 鉴于此，我们联合西南石油大学、中国矿业大学、北京能源科技股份有限公司进行联合攻关，针对煤层气的特点和压裂出现的问题，吸收国外的技术和经验，开发了OT-1和OT-2型超低密度支撑剂，为中国煤层气的开发技术产生了革命性的突破。 三研究超低密度压裂支撑剂对煤层气压裂的意义

17. 汇报提纲 一.前言 二.煤层气水力压裂的裂缝及支撑剂分析 三.研究超低密度压裂支撑剂的意义 四.研究方法和技术特点 五.超低密度支撑剂综合技术 六.煤层气压裂工艺对策 七.经济效益分析

18. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 4.1 超低密度压裂支撑剂的研究方向和方法 超低密度压裂支撑剂在国内外都处于发展阶段，BJ Services公司已经有相关报道和商业产品，但是其应用还处于推广阶段，国内无商业产品且相关研究极少。 • 研究方向：超低密度支撑剂的研制首先在骨料选择，一定要有一定的强度且比重较轻。 • 研究方法：我们在大量的实验基础上，针对煤层储层的特点，以及压裂裂缝不同的充填部位，选用了两种骨料： • 多孔陶粒：选用特殊的铝矾土添加一些添加剂，经过高温烧结增加它的强度而成。 • 坚果壳颗粒：选用优质坚果，经过粉磨、筛选而成。

19. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 4.2 超低密度压裂支撑剂的研制 多孔陶粒测试参数

20. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 4.2 超低密度压裂支撑剂的研制 • 坚果壳具有较高的强度：坚果壳颗粒因为多孔疏松纤维材料,而利用硬度较高的高分子材料填充其疏松纤维孔隙，能增加材料的密实性并赋予材料较高的强度。 • 坚果壳的主要化学组分：纤维素，多戊糖，木素等，这些组分中的酚型单元、醛基结构以及醇羟基均可以与醛类、酚类、异氰酸酯类等发生缩合反应。酚醛树脂在受热或酸性条件下，羟甲基之间、羟甲基与苯酚或取代苯酚的邻位、对位可发生缩聚，交联成硬度高的体型高聚物。 • 坚果壳与树脂的相容性：酚醛树脂又能与坚果壳中存在的反应型基团发生反应，使坚果壳与树脂间的相容性变好，且树脂内的苯环又赋予复合材料更高的刚度。

21. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 4.2 超低密度压裂支撑剂的研制 处理过的多空陶粒和坚果壳颗粒参数： OT-1型（坚果壳颗粒）

22. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 4.2 超低密度压裂支撑剂的研制 处理过的多空陶粒和坚果壳颗粒参数：OT-2型（多孔陶粒）

23. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 4.3 超低密度压裂支撑剂的特点 从以上测试结果看，在满足煤层气压裂条件下，密度大大降低。新型支撑剂有“低密高强高渗透防砂防嵌防返吐”的特点，具体如下： 1.表面的高韧高强材料，可将原来颗粒点与点接触，变成小面积的接触，分散了作用于颗粒上的负荷，从而使颗粒抗破碎能力提高。

24. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 4.3 超低密度压裂支撑剂的特点 2.坚果壳可以因其含有大量的亲水基团，如羟基、醚键，极易吸水而膨胀，且易水解。包敷环氧树脂后，减少了空隙和低分子物质，使其耐水性大大增强。浸渍酚醛树脂的坚果壳48小时后吸水能力由包敷前的30.45%降到6,58%。 3.由于在支撑剂表面包敷了一层高强度树脂，这样即使压碎了包敷在内的支撑剂，外边的树脂层仍可以将碎块、颗粒包裹在一起，而不迁移堵塞支撑带的空隙，使裂缝有较高的导流能力。

25. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 4.3 超低密度压裂支撑剂的特点 4.根据地层温度，可有选择性匹配调整覆膜的树脂性能参数，这个树脂膜比较薄，以至于在裂缝中的接触压力下就能使它粘合在一起，形成一个宽度较大的充填层。这种支撑剂可以说是唯一不嵌入地层的支撑剂。 • 加上一定的施工工艺，同时可以有效地防止压裂液的滤失， • 也可以解决煤层气排采时最头疼的煤粉问题，有效阻止煤粉进入裂缝， • 在近井地带，同样可以防止支撑剂的返吐。

26. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 • 5.超低密度压裂支撑剂因是真正的低密度，在活性水的输送下几乎是全部悬浮的。 • 输送距离远：能够到达裂缝的最远端； • 充填缝隙多：裂缝的上半部分可以全部充填，避免了石英砂只沉淀到裂缝下部的缺陷，增大了裂缝支撑体积； 4.3 超低密度压裂支撑剂的特点 • 支撑裂缝长：根据Stoke定律，尺寸大小同样为20/40目条件下，密度为1.25g/cm3的支撑剂在液体中的最终沉降速度比石英砂低4倍,计算机模拟和应用实例都说明,低密度支撑剂产层覆盖性好,使用低密度支撑剂进行水力压裂的支撑裂缝更长。 • 生产周期长：因裂缝的最远端得到支撑剂的支撑，使煤层气井的生产周期得到延长，使原来的3-5年提高到5-10年,最终获得几倍的效益。

27. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 4.3 超低密度压裂支撑剂的特点 6.超低密度压裂支撑剂外面包敷的树脂膜耐酸、耐碱，适合所有煤层气层。 7.由于覆膜后，该支撑剂憎水，煤粉不粘结，对煤层气、设备摩阻降低，自然提高支撑剂的导流能力。 • 一口煤层气井投资200多万，如果这口井因为压裂效果不佳变成低产井，那将造成巨大的损失；进一步对这个区块的评价造成负面因素，直至放弃。 • 如果对这些低产井进行改造，使用超低密度支撑剂重复压裂，救活低产井，使它具有工业气流，那么对煤层气行业的发展将起到不可估量的作用。

28. 汇报提纲 一.前言 二.煤层气水力压裂的裂缝及支撑剂分析 三.研究超低密度压裂支撑剂的意义 四.研究方法和技术特点 五.超低密度支撑剂综合技术 六.煤层气压裂工艺对策 七.经济效益分析 28

29. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 5 超低密度支撑剂综合技术 • 通过中国石油大学油气CAE研究中心闫相祯教授自主开发的压裂软件《非常规天然气压裂设计与产能预测软件》(3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0)来模拟煤层气水力压裂以及对压裂结果进行优化。 29 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0软件启动界面

30. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 5 超低密度支撑剂综合技术 • 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0软件简介 试 井 资 料 地 质 构 造 煤 层 地 应 力 煤 层 厚 度 煤 岩 性 质 含 气 性 水 文 条 件 煤 层 顶 底 板 现场数据 优化方法 低密度支撑剂水力压裂优化设计 优化结果 支撑剂密度、粒径、 用量及组合 泵注程序、排量 30

31. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 5 超低密度支撑剂综合技术 • 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0软件简介 地应力计算模块 31 分层地应力计算结果 读入测井资料 煤层气井射孔附近地应力

32. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 5 超低密度支撑剂综合技术 • 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0软件简介 煤层气水力压裂设计模块 支撑剂密度 计算结果 压裂设计模块输入窗口 32

33. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 5 超低密度支撑剂综合技术 • 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0软件简介 井眼应力分布

34. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 5 超低密度支撑剂综合技术 • 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0软件简介 煤层气水力压裂设计模块 模拟结果 水力压裂裂缝扩展图 缝内压裂分布云图 水力压裂过程中压力曲线 34

35. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 5 超低密度支撑剂综合技术 • 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0软件简介 煤层气水力压裂设计模块 支撑剂的密度对于输送过程的影响非常大，支撑剂密度越大，沉降速度越快，过多的支撑剂在裂缝底部沉淀形成沙堤，即降低了裂缝的支撑面积，同时还可能导致砂堵的发生。 支撑剂沉降判别准则： 层流状态下平衡流速 紊流状态下平衡流速 35 支撑剂分布示意图

36. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 5 超低密度支撑剂综合技术 • 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0软件简介 煤层气水力压裂设计模块 模拟结果 38m 93m 131m C表示砂比 支撑剂密度（kg/m³） 支撑剂密度对裂缝扩展的影响 上图所示，支撑剂密度/砂比降低，裂缝有效面积增加，且有效裂缝边缘不关于x轴对称，而是向下偏移，反映了支撑剂的沉降。 36

37. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 5 超低密度支撑剂综合技术 • 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0软件简介 煤层气水力压裂设计模块 模拟结果 支撑剂密度对裂缝有效形状的影响 37

38. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 5 超低密度支撑剂综合技术 • 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0软件简介 煤层气水力压裂设计模块优化结果 根据地质观察、取芯实验及试井数据，采用中国石油大学开发软件模拟，进行区块与单井优化设计。针对以下四口煤层气井进行优化，结果如下表所示： 软件低密度支撑剂计算结果分析表 38

39. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 5 超低密度支撑剂综合技术 • 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0软件简介 煤层气水力压裂设计模块优化结果 原始方案：活性水+石英砂施工排量7-8m³/min，平均砂比8%，最高砂比15%，前置液和携砂液用液量在700-800m³； 改进方案：活性水+超低密度支撑剂施工排量5-6m³/min，平均砂比20%，最高砂比30-35%，形成缝网系统和支撑主裂缝用液量最多500-600m³。 缝网系统形成了，渗流体积增大了，铺砂浓度和导流能力增大了，形成生产能力的几率大大增加了，实现了压裂有限，支撑剂无限的设计初衷！ 39

40. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 5 超低密度支撑剂综合技术 • 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0软件简介 煤层气水力压裂产能预测模块 40 煤层气产能预测的IPR曲线

41. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 5 超低密度支撑剂综合技术 • 3D-UGMulti-Fracture Designer V1.0软件简介 煤层气水力压裂产能预测模块 煤层气产能预测的敏感性分析 41 支撑剂密度 裂缝有效形状 煤层气产能 影响 影响

42. 汇报提纲 一.前言 二.煤层气水力压裂的裂缝及支撑剂分析 三.研究超低密度压裂支撑剂的意义 四.研究方法和技术特点 五.超低密度支撑剂综合技术 六.煤层气压裂工艺对策 七.经济效益分析

43. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 六.煤层气压裂工艺对策 对策一：实现“即时支撑工艺”是基础 我们现在应用在煤层气上的压裂工艺，基本是二十多年前那一套老工艺，即：活性水+大排量+40m3石英砂。并且不管在什么煤阶都是好不走样的一套工艺，完全没有根据煤层实际采取的一套新工艺。那么，煤层压裂新工艺的基础思想是什么？那就是“即时支撑工艺”。这是一个新的工艺技术概念。在砂岩中，压裂的过程分为前置液+携砂液+顶替液。在煤层中，前置液应该去掉，从裂缝延伸的那一刻起，就要添加相应的支撑剂。煤层中压裂时，裂隙和节理随着液体到达的前缘，不断张开，形成了任意形状的复杂的立体缝网结构，压裂液滤失到煤岩孔隙中的液体反而是少数，这就需要在裂隙节理不断张开的过程中，添加细小的具有一定强度的固体裂缝控制剂，我们把这项工艺称为“即时支撑工艺”

44. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 6.煤层气压裂工艺对策 • 在这个新的工艺概念中，最关键的是两条：一是最大限度地使得煤层形成最大体积的缝网结构，这样可以大幅度提高渗气面积；二是所形成的缝网要得到有效及时的支撑，以保持长久的渗气通道。这样，在这项工艺中，最重要的技术就是即时添加裂缝控制剂。这种控制剂，要求粒径小、具有降滤失性，具有一定的强度，具有一定的导流能力。缝网系统近端应用较大粒径控制剂（1,80-120目,密度1.58g/cm3）， 在远端应用较小粒径（2,70-140目,密度1.38g/cm3）这样就能做到水力走到哪里，那里就形成缝网，并得到及时支撑。

45. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 6.煤层气压裂工艺对策 • 对策二：压裂液选择是关键 • 压裂液对煤层的伤害机理和伤害试验我们做的工作还不够，原来有人对瓜胶压裂液、清洁压裂液以及活性水压裂对煤层的伤害做过一些试验，得出的结论是瓜胶冻胶对煤层伤害最大，活性水对煤岩伤害最小，这也许是煤层压裂多用活性水的重要原因。但也有人做了另一些实验，认为对煤岩的伤害主要是滤入煤岩孔隙的液体的水化膨胀伤害和细菌伤害，无论是水还是冻胶破胶液，只要滤入煤岩基质孔隙，就会引起孔隙中粘土膨胀而堵塞孔隙，或是水中具有细菌，进入孔隙后的细菌泥堵塞孔隙。所以认为，在压裂过程中，尽量添加100目或更细的固体降滤失剂或用粘度高的凝胶类压裂液，减少滤液进入孔隙的量是减小伤害的关键。 • 煤层压裂液现在中国还没有根据煤层实际去认真选择，而是模仿先于创新，经过多年的探索和实验，我们认为煤层压裂液可以有以下几种： • 1、活性防膨水+液氮。液氮是增大水的造缝携砂能力，而不是助排功能（由于煤裂隙发育，液氮滤失极远，所起到的助排作用有限）； • 2、活性防膨水+特制短纤维。纤维的作用也是提高清水的造缝携砂能力，另外还有抑制煤粉和防支撑剂回流的作用； • 3、超低温低浓度瓜胶压裂液。煤层温度低，应用瓜胶压裂液，除了部分吸附伤害外，主要是破胶不彻底造成的乳化伤害。超低温瓜胶压裂液可以在15-30℃范围内彻底破胶，用石英砂做支撑剂，可以达到平均砂比40-50%以上，这也许是中低阶煤岩压裂的福音.

46. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 6.煤层气压裂工艺对策 • 对策三:使用超低密度支撑剂组合 • 对于活性水造缝、携砂能力差的问题是公认的事实，我们换个思路：就是可以大幅度降低支撑剂的密度来提高地面加砂比和裂缝铺砂浓度，增加裂缝的有效支撑长度。这种支撑剂视密度为1.25g/cm3，体密度为0.635g/cm3，粒径与石英砂相同，10-20目，20-40目，40-70目，70-140目 • 压裂施工时，活性水+石英砂施工排量7-8m3/min，平均砂比8%，最高砂比15%，前置液和携砂液用液量在700-800m3；活性水+低密度支撑剂施工排量5-6m3/min，平均砂比20%，最高砂比30-35%，形成缝网系统和支撑主裂缝用液量最多500-600m3。缝网系统形成了，渗流体积增大了，设备、用液都节省了，铺砂浓度和导流能力增大了，形成生产能力的几率大大增加了！

47. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 6.煤层气压裂工艺对策 • 综合来说，目前条件下，最优的煤层压裂工艺方案有以下三种，都可以在现场试验： 1、以5-6m3/min的排量注入活性防膨水（加液氮，180升/分）100m3，以10%的砂比加入80-120目裂缝控制剂10吨，再以同样的液体100m3，同样的砂比加入70-140裂缝控制剂10吨，然后用300m3活性防膨水（加液氮）加入低密度支撑剂 30m3，平均砂比20%，最高砂比30%。 2、以5-6m3/min的排量注入活性防膨水（加特制短纤维，1%加量）100m3，以10%的砂比加入80-120目裂缝控制剂10吨，再以同样的液体100m3，同样的砂比加入70-140裂缝控制剂10吨，然后用300m3活性防膨水（加特制短纤维，1%）加入低密度支撑剂SK-01 30m3，平均砂比20%，最高砂比30%。 3、以5-6m3/min的排量注入超低温瓜胶压裂液100m3，以30%的砂比加入80-120目裂缝控制剂20吨，然后用150-200m3超低温度瓜胶压裂液（可考虑加入1%特制短纤维，防止排液时产生煤粉）加入石英砂60m3，平均砂比40-50%，最高砂比70-80%。压裂完，两小时内放喷压裂液，压力为零后，即开始抽汲排出压裂液，也可以考虑用防煤粉螺杆泵排液。

48. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 七.使用超低密度支撑剂的经济效益 7.1 美国使用超低密度压裂支撑剂的案例 美国本纳特煤层气田，130口井使用超低密度支撑剂后，产量是不使用超低密度支撑剂的3-5倍，单井产量从300-2500m3提高到1500-8500m3，个别井甚至超过10000m3。 美国在煤层气压裂中使用超低密度支撑剂的比例是25%。随着对超低密度支撑剂的不断认识和实施工艺的不断优化，在煤层气压裂中采用超低密度支撑剂的比例将会越来越高。 48

49. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 使用超低密度支撑剂的经济效益分析 7.2 使用超轻密度支撑剂的效益分析 举两个例子： A： 重复压裂：X井目前产能只有300M3 /天,那么这口井基本上处于报废,投资的200多万基本上是全部损失。如果进行重复压裂，使用超轻密度支撑剂，再增加投资40万元（包括压裂费用），产能按保守点说提高到1500 M3 /天，每天增产1200方，按每方1.5元计算，每天新产生的效益为： 1200*1.5=1800元， 投资回收期为：400000/1800=223天。也即7个半月收回投资。 更重要的是挽回了先期投资的200多万。 如果加上延长煤层气井寿命3-5年，经济效益更加可观。 B： 新井投产：Y井为新井，如果一口和Y井同样地质条件的Z井使用石英砂，产能只有1000M3 /天,而采用超低密度支撑剂的Y井产量为2500方的话，收回投资的时间将更短。Y井和Z井的投资增加20万元左右。 1500*1.5=2250元， 投资回收期为：200000/2250=89天。也即3个月收回投资。 并且同样，Y井的产气寿命比Z井延长寿命3-5年，经济效益显而易见。 49

50. 超低密度压裂支撑剂在煤层气井压裂中的应用 使用超低密度支撑剂的经济效益分析 7.3 认识 对于开发一个煤层气区块，最终还是落实到开采的经济效益上，如果没有任何开采价值，这个区块的投资就会全部沉没。 现在，我国开发煤层气在国家的大力提倡和扶持下，表面上看呈现一片欣欣向荣的局面，但仔细分析，真正有经济效益的煤层气公司不多，90%的煤层气公司处于亏损阶段，只好找一个堂而皇之的理由：勘探阶段。这其实是一个自欺欺人的说法。好像我们的煤层气行业进入到一个无法克服的瓶颈阶段。但我不这样认为，我的观点是我们在一些关键技术上没有获得大的突破，思想上没有得到解放。 我和一些国外专家交流，他们的经验就是：只要能产生工业气流，综合算有经济效益，就是要对煤层进行大力改造。