煤層氣壓裂和排采技術(shù)應用現(xiàn)狀與進展_郭洋

1、62NATURALGASANDOIL天然氣與石油2011年8月煤層氣壓裂和排采技術(shù)應用現(xiàn)狀與進展郭洋楊勝來中國石油大學（北京），北京102249摘要：在當前國際能源供需矛盾日益突出的形勢下，煤層氣的資源勘探開發(fā)備受世界矚目。對于此類非常規(guī)氣田的開發(fā)人們借鑒常規(guī)油氣田開發(fā)技術(shù)并加以改進，探索出開發(fā)煤層氣的技術(shù)。主要概述了國內(nèi)外煤層氣井的壓裂技術(shù)和排采技術(shù)的研究現(xiàn)狀，分析存在的問題；對比各技術(shù)的優(yōu)缺點和適用性，提出我國煤層氣開發(fā)技術(shù)需加強的方面，展望未來發(fā)展趨勢。清潔壓裂液研制、二氧化碳泡沫壓裂和氮氣泡沫壓裂技術(shù)改善，排采使用裝置和排采工作制度改進是目前我國煤層氣發(fā)展的主要技術(shù)突破點。關(guān)鍵詞：煤層

2、氣；壓裂；排采文獻標識碼：A文章編號：1006-5539（2011）04-0062-030引言我國繼俄羅斯、加拿大之后擁有世界上第三大煤對山西晉城煤層氣清水壓裂施工5，把該項技術(shù)首次應用到市場開發(fā)中，壓裂的35口井，成功率達100%，壓后產(chǎn)能良好。施工中對清水壓裂液進行添加劑技術(shù)處理外，還采用了大排量壓裂車組，且單井的最低排量達到8m3/min。層氣儲量，我國地下2000m以內(nèi)的淺煤層氣資源量為36.7×1012m3，與天然氣總量相當1。因此，在能源供求日趨不平衡的形勢下，開發(fā)煤層氣對我國有著戰(zhàn)略性意義。近年來，國家高度重視煤層氣開發(fā)和煤礦瓦斯防治工作，國家發(fā)改委頒布了“煤層氣開發(fā)利

3、用十一五規(guī)劃”23。至今，引進了很多國外先進技術(shù)，摸索著適合我國實際情況的開發(fā)技術(shù)。1.2加砂水壓裂技術(shù)1987年以前，黑勇士盆地進行的水壓裂約占總數(shù)的一半，但后來被凝膠壓裂取代。先導性實驗結(jié)果表明，水壓裂的效果優(yōu)于凝膠壓裂，且其成本是后者的一半，對煤層傷害程度小。它是現(xiàn)在礦場上應用最廣的壓裂方法。1.1煤層氣壓裂技術(shù)應用現(xiàn)狀清水（不加砂）壓裂技術(shù)1.3凍膠壓裂技術(shù)在美國圣胡安盆地北部及黑勇士盆地進行壓裂1990年，Amoco公司在OakGrove氣田進行了清水壓裂并采用了封隔球，成本僅為加砂水壓裂的一半4。對凝膠壓裂過的井用該技術(shù)重復壓裂，結(jié)果產(chǎn)量增長處理時，一般采用硼酸鹽交聯(lián)的羥丙基瓜爾膠

4、（粘彈性好、殘渣低）作為壓裂液4。很多經(jīng)過凍膠壓裂的煤層氣井產(chǎn)量較高，平均達到2832.07079.3m3/d。但該技術(shù)在我國很少應用。1倍，且使用封隔球可以打開更多的煤層。2007年6月，大慶井下作業(yè)分公司井下壓裂隊，收稿日期：2010-11-25基金項目：國家重大專項資助項目（2008ZX05040）作者簡介：郭洋（1986-），女，黑龍江賓縣人，在讀碩士研究生，主要從事油氣田開發(fā)研究。第29卷第4期OILANDGASFIELDDEVELOPMENT油氣田開發(fā)631.4二氧化碳泡沫壓裂技術(shù)煤層氣排水的方法有：有桿泵、螺桿泵、電潛泵、氣舉、水力噴射泵、泡沫法及優(yōu)選管柱法微脈沖試驗。我國目前主

5、要采用有桿泵、螺桿泵和電潛泵來實現(xiàn)油管排水，套管采氣。20世紀90年代，國外將二氧化碳泡沫壓裂技術(shù)成功地應用到了煤層氣的開發(fā)中，稠化劑為氨甲基羧丙基瓜膠。我國于1999年開展此項研究，因沒有該稠化劑，在提高羥丙基瓜膠用量的同時，研制出酸性交聯(lián)劑，其交聯(lián)凍膠性能良好5。2008年4月，二氧化碳壓裂技術(shù)首次在安徽省淮北礦業(yè)集團LG-3井煤層氣井施工獲得成功6。有桿泵適應性強，操作簡單，有多種型號和泵徑可選。螺桿泵螺桿泵的優(yōu)點：成本低、維護費低、占地少。在抽1.5氮泡沫壓裂技術(shù)在欠壓煤層、對液體傷害較敏感的煤層或為減少空情況下泵容易燒壞，因此沉沒度要保持50m以上。且當嚴重磨損時，全套井下裝置必須更

6、換。液體濾失，通常采用泡沫壓裂技術(shù)。20世紀90年代，在圣胡安盆地的南部欠壓與欠飽和煤層，總壓裂作業(yè)中90%采用該技術(shù)。但該技術(shù)在我國應用并不成熟。2.3電潛泵我國從20世紀90年代將電泵用于高產(chǎn)水煤層氣井的排采，由于工藝不夠完善，應用效果較差。1.6水力壓裂設計軟件技術(shù)壓裂設計是壓裂施工的指導性文件，而壓裂設計2000年初，在華北地區(qū)12口煤層氣井的電泵排采試驗的基礎上，任源峰等提出該工藝的關(guān)鍵技術(shù)是變頻調(diào)速控制系統(tǒng)和離心式氣體分離技術(shù)10，逐步改進了電泵排采工藝，使之成為一套比較完善的工藝技術(shù)。2003年以來，將其應用于礦場上的不同井，效果較好，解決了高產(chǎn)水井的排采問題。主要依靠壓裂設計軟

7、件模擬確定。代表國際20世紀90年代先進水平的FRACPRO壓裂設計/模擬軟件7可以進行優(yōu)化設計、實時分析、壓后歷史模擬等。我國引進美國RES公司的PRACPRO擬三維壓裂設計軟件，經(jīng)應用已取得一定效果；國內(nèi)研制的煤層氣井二維、擬三維壓裂設計軟件也有一定的實用價值。2.4氣舉此技術(shù)已在美國的黑勇士和圣胡安盆地得到了1.7實時壓裂模擬分析與處理技術(shù)將壓裂模擬與計算機手段結(jié)合，采用配套作業(yè)技成功應用。其最大特點是能夠處理固體顆粒，受出砂和機械方面的影響較小，同時能適應開采初期大排量排水。氣舉排采地面設備少，井下管柱相對簡單，但在技術(shù)上要求很高。從模糊綜合評判結(jié)果可知，電潛泵和氣舉的排采方式優(yōu)于有桿

8、泵和螺桿泵。由此，加強電潛泵和氣舉排采煤層氣的研究，具有重要意義。術(shù)，對實際壓裂數(shù)據(jù)進行實時檢測與分析處理，并將結(jié)果及時反饋到作業(yè)操作中，從而實現(xiàn)優(yōu)化設計向優(yōu)化施工的轉(zhuǎn)化。該軟件系統(tǒng)為集合三維模型，可與壓裂儀表指揮車直接通訊。1.8壓裂施工技術(shù)馬方明、劉海濱對中聯(lián)公司在沁南區(qū)塊11口井2.5新型無桿開采煤層氣技術(shù)直線電機是一種可以作直線運動的電動機，我國的壓裂試驗總結(jié)8，提出了六個方面的煤層壓裂工藝、注入?yún)?shù)的選擇原則和適合當?shù)貤l件的主要施工參數(shù)。2002年，馮三利等人9針對煤層高濾失性、造長縫難的問題，研制了新型壓裂液，采用了二級加砂工藝技術(shù)、油套混注大排量壓裂施工技術(shù)、前置液降濾失工藝技術(shù)

9、，并在鐵法、阜新地區(qū)進行了成功的煤層氣井壓裂。對此項技術(shù)研究比較成熟。為減少煤層氣直井和定向井中設備磨損，人們提出將其引入煤層氣開采行業(yè)的設想。2.6排采初期排采強度的確定方法2007年，倪小明等人以沁南區(qū)塊現(xiàn)場實測排采數(shù)據(jù)為基礎，用微分幾何學理論和達西定律對煤層氣井排采初期最佳排采強度進行理論推導，為提高采收率提供理論依據(jù)11。1.9裂縫評價技術(shù)通過壓后裂縫半長和導流能力來分析壓裂效果。中聯(lián)公司在沁南3口井應用大地電位法、井溫法、微地震法、放射性示蹤法的綜合壓裂裂縫監(jiān)測試驗，效果良好。2.7排采工作制度的改進2008年，康永尚等人以沁水盆地晉試1井組數(shù)據(jù)為依據(jù)12，討論解決我國煤層氣開發(fā)中存

10、在問題的辦法：認識地下水流動系統(tǒng)和兩類煤層氣資源；建立煤層上覆及下伏地層的流體動力系模型；制定合理的工作制度，提高單井產(chǎn)量和采出程度。2煤層氣排采技術(shù)應用現(xiàn)狀我國煤層氣井排采的主要方法及其適應性開采64NATURALGASANDOIL天然氣與石油2011年8月2羅東坤，夏良玉.煤層氣對能源安全貢獻定量分析方法J.3存在問題與發(fā)展趨勢a）用清水做攜砂液是目前壓裂領域?qū)觽ψ钣蜌馓锏孛婀こ蹋?009，28（5）：17-18.3許茜，薛崗，周玉英，等.沁水盆地煤層氣氣田集氣站標準化設計的經(jīng)驗與體會J.石油工程建設，2010，36（1）：小的技術(shù)。但存在著自身運載能力不足，容易形成砂堵的缺點。所以

11、，尋求更好的輔助強化技術(shù)很重要。104-105.4修書志，江新民.煤層壓裂工藝技術(shù)初探J.油氣井測試，b）我國煤層類型多樣，儲層物性差異大，壓裂形成的裂縫比較復雜。所以，必須因地制宜，編制更加符合我國實際儲層情況的壓裂模擬軟件。1999，8（1）：45-50.5文娟.大慶煤層氣清水壓裂應用成功J.石油鉆采工藝，波，等.CO2泡沫壓裂技術(shù)在煤層氣開2009，29（3）：48.6叢連鑄，吳慶紅，趙7林發(fā)中應用前景J.中國煤層氣，2004，11，1（2）：16-17.剛.煤層氣二氧化碳壓裂技術(shù)取得突破J.低溫與特氣，c）隨著全球?qū)Χ趸悸翊嫣幚淼葐栴}的重視，二氧化碳泡沫壓裂技術(shù)也將是未來可能大量推

12、廣的技術(shù)，如何降低成本成為制約該技術(shù)的關(guān)鍵。d）氮氣壓裂技術(shù)在我國尚不成熟，有待發(fā)展。e）有必要開展往復式潛水排采裝置的研究與應用，避免桿管磨損。2008，26（2）：35.8馬方明，劉海濱.山西沁水盆地煤層水力壓裂A.21世紀第三屆全國煤層氣學術(shù)中國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展與展望研討會論文集C.山西：石油工業(yè)出版社，2002，135-139.9馮三利，葉建平.中國煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)研究進展J.中國煤田地質(zhì)，2003，15（6）：19-23.10任源峰，呂衛(wèi)東，馮義堂.煤層氣井電泵排采工藝技術(shù)的研究及應用J.中國煤層氣，2006，3（1）：33-36.11倪小明，王延斌，接銘訓.煤層氣井排采初期合理排采

13、強度的確定方法J.西南石油大學學報，2007，29（6）：101-104.12康永尚，鄧澤，劉洪林.我國煤層氣井排采工作制度探討J.天然氣地球科學，2008，19（3）：423-426.f）排采技術(shù)一直是制約我國煤層氣開發(fā)的瓶頸，在現(xiàn)有設備條件下，優(yōu)化排采工作制度，是最有效的增產(chǎn)手段。參考文獻：1錢伯章，朱建芳.煤層氣開發(fā)與利用新進展J.天然氣與石油，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