新型煤层气压裂液研究

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1、新型煤层气压裂液研究t李曙光1吴雪飞1(中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司，北京，100011)摘要：煤层气压裂液是煤层气实施压裂增产的关键，是煤层气高效增产的核心技术，也是国际煤层气产业化所面临的、亟待解决的重大科学问题和前沿性课题。对于煤层气压裂改造，煤层具有埋藏浅、温度低、塑性高、最大主应力与最小主应力差异小、割理发育、微裂缝存在、易被伤害等特点。国内外技术情报调研、研究及现场实践表明，现有压裂液存在低伤害与高效的突出矛盾，无法满足煤层气高效增产的需求，不足以推动煤层气产业的发展。在煤层气压裂改造中，国内外先后采用了交联冻胶、线性胶、清洁压裂液、活性水、

2、泡沫压裂液，施工规模和加砂量都有了较大提高，并在局部取到了突破，但大量现场试验和应用也充分暴露了现有各种压裂液的缺点。胍胶压裂液具有较高的造缝效率、携砂能力，但对煤层的伤害高，有实验数据表明其对煤层渗透率伤害达50％一90％，主要原因是煤层温度低，胍胶压裂液在裂缝壁表面形成的滤饼及缝内冻胶难以解除所引起的污染造成的。活性水压裂液(0．2％一0．4％表面活性助排剂+l％～2％KCL)是应用最广泛的煤层气压裂液，成本低，对煤层的伤害低，实验数据表明其对煤层渗透率伤害为20％左右，主要是因为该压裂液由小分子化合物组成不存在滤饼及冻胶难以解除的问题，但正因为分子量低、粘度

3、低，导致其造缝效率及携砂能力差，大大影响了压裂效果。而清洁压裂液等基于成本高、施工难度大等多种因素，难以大规模推广应用。因此，必须展开煤层气低伤害高效的新型压裂液研究。本文提出的新型压裂液应选择小分子(分子量≤400)化合物，系统设计和优化压裂液配方，控制其有机物总浓度≤0．4％；通过分子间化学反应，使之悬砂性比活性水提高lO_40倍，经现场施工证明效果良好，为煤层气开发利用提供必要的技术支撑。关键词：煤层气胍胶压裂液压裂改造1．引言山西沁水盆地南部现有煤层气生产井1000多口，建成产能约10亿立方米／年，已初步形成了我国第一个较成规模的煤层气开发基地。该区95％

4、以上的井均是采用活性水力加砂压裂，取得了较好的单井产气效果。众所周知，活性水加砂压裂具有成本低、对地层污染小的优点，但缺点是压裂液粘度较低、携砂能力作者简介：李曙光，男，(1967年一)，博士，高级工程师，长期从事油气藏压裂技术研究工作，通讯地址：北京安外大街甲88号，E—mail．'wlx-lsg@163．com．。北京，2008年11月13日463赞助商I泰克资源较差、用液量大、易于滤失。清洁压裂液其优点是粘度较高、携砂能力强、造缝能力强，而不足往往是成本相对较高、对地层更易于造成污染等。因此研制成本相对低廉、携砂能力强、而且对地层伤害又不大的压裂液是本次启动

5、TD一1新型压裂液研究及现场应用的主要目的。通过室内研究及现场应用，结果表明：(1)TD一1新型压裂液具有较好携砂及分散煤粉的性能，平均砂比较水力加砂压裂提高了10—15％，并减少了压裂液用量；(2)比活性水摩阻降低了30—40％，从而降低了施工压力，减少了施工难度及对套管的损害，大幅提高了压裂施工的成功率；(3)较之前人研究的清洁压裂液，对储层的伤害率降低，在10—16％，与活性水相当；(4)较前人研究的压裂液成本有一定程度的降低，便于大规模推广应用，为提高本区煤层气开发的整体压裂技术水平及经济效益奠定了基础。2．TD一1新型压裂液室内研究的主要参数指标压裂液对

6、煤层的低伤害及压裂液的低成本是提高压后效果和压裂液得到大面积推广的两个必要条件。因此，本次研制和筛选的压裂液体系应具有以下优点：1)对煤层的低伤害性——低(或无)滤饼、残渣2)液体滤失较少，具有良好的液体性能3)具有较强的携砂性能41降低清洁压裂液的单井压裂成本2。1主凝剂及交联剂的筛选主凝剂的浓度是压裂液成本构成的重要因素，为使成本得到有效控制，本次主凝剂的最高浓度选定不超过0．35％。(1)主凝剂筛选实验通过选择不同主凝剂进行筛选实验，实验结果见表1。从表I可看出表l主凝剂筛选实验巡氯化钠氯化钙氯化铁有机盐一1有机盐一2有机盐一3有机盐-4主凝剂＼自来水2．8

7、2．762．822．752．82．772．8l0P—lO2．92．872．852．862．882．9l2．92Zn-23．13．23．1511．223．183-23．21Zn-33．123．2l3．212．353．173．193．2lZn_43．253．243．2214．383．263．273．2lZn一13．223．263．2726．73．283．233．29烷基氧化胺3．2l3．263．273．223．263．24ABS2．92．922．9l2．932．942．922．93备注：(实验温度1890，主凝剂0．2％．交联剂O．06％)只有zn一1活性剂与有机盐一

8、l的配合才