煤礦區(qū)采煤采氣一體化技術(shù)及其對(duì)設(shè)備的要求

田永東 （中國(guó)石油大學(xué)(北京)）

摘要   隨著煤礦區(qū)采煤采氣一體化進(jìn)程的推進(jìn), 煤層氣開(kāi)發(fā)工程對(duì)設(shè)備提出了更高的要求。在論述煤礦區(qū)煤層氣抽采技術(shù)的基礎(chǔ)上, 分析了煤礦區(qū)煤層氣抽采對(duì)設(shè)備的要求?？傮w而言, 煤層氣地面鉆井施工設(shè)備價(jià)格偏高, 配件供應(yīng)和維修時(shí)間較長(zhǎng), 施工成本較高, 而且鉆井深度也很有限；井下鉆井設(shè)備需要解決松軟突出煤層鉆進(jìn)問(wèn)題, 應(yīng)研制開(kāi)發(fā)大直徑、長(zhǎng)鉆孔、定向鉆進(jìn)設(shè)備以及有效的鉆孔循環(huán)介質(zhì); 壓裂設(shè)備要求壓裂泵車(chē)的排量盡量大、穩(wěn)定性好、成本低、維修方便及時(shí), 同時(shí)應(yīng)嘗試液氮代替常規(guī)的水基壓裂液, 并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的液氮壓裂設(shè)備體系。

 

關(guān)鍵詞  煤層氣  一體化   鉆井設(shè)備   壓裂設(shè)備   氮?dú)馀菽瓑毫?/span>   

 

0引言

煤礦區(qū)煤層氣抽采是目前我國(guó)煤層氣抽采的重點(diǎn)領(lǐng)域。2010年，全國(guó)煤層氣(煤礦瓦斯) 抽采量8 億m³，其中煤礦井下瓦斯抽采量73.5億m³，地面煤層氣抽采量14.5億m³。地面煤層氣抽采量主要也來(lái)自于煤礦區(qū)。煤礦區(qū)煤層氣抽采的特點(diǎn)是結(jié)合煤礦生產(chǎn)安全實(shí)施煤層氣(瓦斯)抽采，遵循“采煤采氣一體化”的原則，先采氣，后采煤其中采氣為采煤創(chuàng)造了條件，抽采鉆孔和抽采工程需要結(jié)合煤礦井下煤炭的生產(chǎn)銜接以及煤炭開(kāi)采布局實(shí)施。

 

1 煤礦區(qū)煤層氣抽采技術(shù)

目前，煤礦區(qū)煤層氣抽采技術(shù)主要有地面鉆井預(yù)抽采、本煤層瓦斯抽采、鄰近層瓦斯抽采和采空區(qū)瓦斯抽采等幾種形式^[1]。

1.1本煤層瓦斯抽采技術(shù)

本煤層瓦斯抽采技術(shù)本煤層瓦斯抽采又稱為開(kāi)采煤層瓦斯抽采, 是指在開(kāi)采煤層內(nèi)預(yù)先掘進(jìn)或施工鉆孔抽采本煤層瓦斯, 目的是減少煤層瓦斯含量, 降低回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛? 以確保礦井安全生產(chǎn)。本煤層瓦斯抽采按抽采機(jī)理分為未卸壓抽采和卸壓抽采2 類(lèi)方式, 按匯集瓦斯方法分為鉆孔抽采、巷道抽采和巷道與鉆孔綜合抽采3 類(lèi)^[2]。

1.1.1本煤層未卸壓鉆孔抽采

本煤層預(yù)抽瓦斯是鉆孔打人未卸壓的原始煤體進(jìn)行抽采瓦斯。按鉆孔和煤層的關(guān)系,本煤層未卸壓鉆孔抽采技術(shù)分為穿層鉆孔和順層鉆孔,按鉆孔和角度分為上向孔、下向孔和水平孔等方式。

穿層鉆孔抽采是在開(kāi)采煤層的頂板或底板巖巷（或煤巷)內(nèi),每隔一段距離開(kāi)采長(zhǎng)約10 m的鉆場(chǎng),再?gòu)你@場(chǎng)向煤層施工3——5個(gè)穿透煤層全厚的鉆孔,然后封孔或?qū)⒄麄€(gè)鉆場(chǎng)封閉起來(lái),安裝抽采管路并與抽采系統(tǒng)連接起來(lái)進(jìn)行抽采,穿層鉆孔抽采鉆場(chǎng)布置形式如圖l 所示。

 

圖1 穿層鉆孔抽采鉆場(chǎng)布里示意圖

l一煤層； 2一鉆孔； 3一鉆場(chǎng)； 4一巖巷； 5一密閉； 6一抽采瓦斯管路。

順層鉆孔是在巷道進(jìn)人煤層后再沿煤層所打鉆孔,可以用于石門(mén)見(jiàn)煤處、煤巷及采煤工作面, 我國(guó)多在采煤工作面進(jìn)行。在采煤工作面開(kāi)采前,按不同的方式布置鉆孔,抽采一段時(shí)間后再進(jìn)行開(kāi)采,以減少回采過(guò)程中的瓦斯涌出量。順層鉆孔有種鉆孔布置方式：一是石門(mén)穿煤點(diǎn)抽采,在采區(qū)煤巷尚未掘進(jìn)之前,利用石門(mén)見(jiàn)煤點(diǎn)向兩側(cè)及頂部打沿層扇形鉆孔預(yù)抽瓦斯；二是在回采巷道圈出后或在巷道掘進(jìn)過(guò)程中,于運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷或切眼布置不同方式的順層鉆孔。本煤層順層鉆孔抽采區(qū)域布置如圖2 所示。

 

圖2 本煤層順層鉆孔抽采區(qū)域布置圖

本煤層順層鉆孔與穿層鉆孔相比,順層鉆孔的單孔抽采瓦斯量大；鉆孔的自排量和抽采量一般呈隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸衰減的規(guī)律,基本符合負(fù)指數(shù)方程；交叉鉆孔比單一的平行鉆孔瓦斯抽采量有明顯的增加。

 

  1．1.2本煤層卻壓鉆孔抽采

本煤層卸壓鉆孔抽采技術(shù)包括邊采邊抽和邊掘邊抽2 種方式。邊采邊抽本煤層瓦斯鉆孔布置如圖3所示。邊采邊抽技術(shù)即在工作面前方, 在進(jìn)風(fēng)巷或回風(fēng)巷中每隔一定距離打平行于工作面的鉆孔然后插管、封孔進(jìn)行抽采 (圖3a )。也可以每隔一定距離掘一鉆場(chǎng)(深度小于6 m )，布置3 個(gè)扇形鉆孔,然后插管、封孔進(jìn)行抽采 (圖3b )。

邊采邊抽技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：采動(dòng)影響致使煤層已卸壓,煤層透氣性增加, 抽采效果好；不受采掘工作影響和時(shí)間限制,具有較強(qiáng)的靈活性和針對(duì)性。其不足之處點(diǎn)是：開(kāi)孔位置在煤層,封孔不易保持嚴(yán)密,影響抽采效果和瓦斯?jié)舛?；另?鉆孔與煤層層理平行,層理之間不易勾通,瓦斯不易流動(dòng),也影響了抽采效果。

 

邊掘邊抽是在掘進(jìn)巷道兩幫每隔一定距離掘一鉆場(chǎng)(深度小于6m)，在鉆場(chǎng)向工作面推進(jìn)方向打5——10 個(gè)超前鉆孔,然后插管、封孔進(jìn)行抽采。邊掘邊抽本煤層瓦斯的鉆孔布置如圖4 所示。隨著工作面的推進(jìn),鉆場(chǎng)不斷向前接替,2 個(gè)鉆場(chǎng)的接替重疊長(zhǎng)度一般為20 ——30 m。淮南礦業(yè)集團(tuán)謝橋礦采用這種技術(shù),鉆孔抽采瓦斯體積分?jǐn)?shù)可達(dá)50%——60%，每個(gè)鉆場(chǎng)抽出瓦斯純量5——6 m³/min。

圖4 邊掘邊抽本煤層瓦斯的鉆孔布置示意圖

 

1.2鄰近層瓦斯抽采技術(shù)

能向開(kāi)采煤層采掘空間涌出瓦斯的鄰近煤層，稱為鄰近層。為了防止和減少鄰近層的瓦斯通過(guò)層間的裂隙大量涌向開(kāi)采層,可采用抽采的方法處理這一部分瓦斯, 這種抽采方法稱鄰近層瓦斯抽采。鄰近層瓦斯抽采按鄰近層的位置分為上鄰近層或頂板鄰近層)抽采和下鄰近層(或底板鄰近層)抽采,按匯集瓦斯的方法分為鉆孔抽采、巷道抽采和巷道鉆孔綜合抽采3類(lèi)^[3]。

1.2.1上鄰近層瓦斯抽采

上鄰近層瓦斯抽采,即鄰近層位于開(kāi)采層的上部,通過(guò)巷道或鉆孔來(lái)抽采上鄰近層的瓦斯。根據(jù)巖層的破壞程度與位移狀態(tài)可把頂板劃分為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶,底板劃分為裂隙帶和變形帶。冒落帶高度一般為采厚的5 倍左右,在距開(kāi)采層近的處于冒落帶內(nèi)的煤層, 隨冒落帶的冒落而冒落,瓦斯完全釋放到采空區(qū)內(nèi),很難進(jìn)行上鄰近層抽采。裂隙帶的高度為采厚的8——30 倍,此帶因充分卸壓, 瓦斯大量解吸,是抽采瓦斯的最好區(qū)帶,抽采量大,濃度高。因此,上鄰近層取冒落帶高度為下限距離,裂隙帶的高度為限距離。上鄰近層抽采按抽采鉆孔的布置位置, 分為以下2 種方式：1開(kāi)采層層內(nèi)巷道打鉆抽采。這是上鄰近層抽采經(jīng)常采用的一種方式。將鉆場(chǎng)設(shè)在回風(fēng)副巷內(nèi)，由鉆場(chǎng)向上鄰近層打穿層鉆孔, 然后接管進(jìn)行抽采（圖5 )。2開(kāi)采層層外巷道打鉆抽采。鉆場(chǎng)設(shè)在開(kāi)采煤層頂板的巖巷中, 由鉆場(chǎng)向上鄰近層打扇形鉆孔進(jìn)行抽采。

1.2.2下鄰近層瓦斯抽采

下鄰近層瓦斯抽采即鄰近層位于開(kāi)采層的下部, 通過(guò)巷道或鉆孔來(lái)抽采下鄰近層的瓦斯。根據(jù)上述3帶原理,由于下鄰近層不存在冒落帶, 所以不考慮上部邊界,至于下部邊界,一般為60——80m。同上鄰近層抽采一樣,下鄰近層瓦斯抽采也分為層內(nèi)和層外巷道打鉆抽采2 種方式。

 

圖5 開(kāi)采層層內(nèi)巷道打鉆抽采上鄰近層瓦斯的鉆孔布置示意圖

   

1．3采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)

采空區(qū)瓦斯主要來(lái)源于2 個(gè)方面, 一是未能采出而被留在采空區(qū)煤炭中存有的一定數(shù)量的殘存瓦斯；二是頂板和周?chē)?巖)中的瓦斯。當(dāng)回采工作面的采空區(qū)或老空區(qū)積存大量瓦斯時(shí),往往被漏風(fēng)帶入生產(chǎn)巷道或工作面空間,或由于大氣壓力或通風(fēng)系統(tǒng)變化使采空區(qū)瓦斯大量涌人工作面, 往往造成瓦斯超限而影響生產(chǎn),甚至釀成重大事故因而應(yīng)對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采^[4]。

1.3.1插管采空區(qū)瓦斯抽采

進(jìn)行回采工作面采空區(qū)瓦斯抽采時(shí),應(yīng)將采空區(qū)封閉嚴(yán)密,防止漏風(fēng),后在回風(fēng)巷的密閉處插管進(jìn)行抽采?；夭晒ぷ髅娌骞艹椴刹煽諈^(qū)瓦斯如圖6所示。

 

圖6  回未工作面插管抽采采空區(qū)瓦斯  1一抽采瓦斯管路; 2一密閉區(qū); 3一采空區(qū)。

 

1.3.2鉆孔采空區(qū)瓦斯抽采

鉆孔抽采采空區(qū)瓦斯是指在回采工作面回采過(guò)程中,在工作面回風(fēng)巷每隔30——100m 掘一鉆場(chǎng)，向采空區(qū)上方施工頂板走向(或傾向) 鉆孔,鉆孔進(jìn)入冒落帶或裂隙帶,然后將封閉(或?qū)@孔逐個(gè)封閉) 進(jìn)行抽采。此外,還可采用在回風(fēng)巷預(yù)先埋置管路或在煤層中距回風(fēng)巷相近的其他巷道中向采空區(qū)打鉆等方式, 抽采采空區(qū)瓦斯。

1.3.3走向巷道抽采采空區(qū)瓦斯

沿工作面走向距回風(fēng)巷10 ——30m 的上覆巖層裂隙帶內(nèi)布置巷道,封閉巷口,插管聯(lián)人抽采系統(tǒng),對(duì)回采工作面采空區(qū)裂隙帶內(nèi)的高濃度瓦斯進(jìn)行抽采(見(jiàn)圖7)。

  

圖7 回采工作面采空區(qū)抽采瓦斯

 

2煤礦區(qū)煤層氣抽采對(duì)設(shè)備的要求

煤礦區(qū)煤層氣抽采的設(shè)備主要包括施工井下抽放鉆孔所用的鉆機(jī)和抽放泵, 地面預(yù)抽采所需要的鉆機(jī)和壓裂設(shè)備等。

目前, 我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)幾個(gè)關(guān)鍵工序所用施工設(shè)備供應(yīng)不夠充分, 設(shè)備緊缺,施工價(jià)格偏高。在目前煤層氣垂直井鉆井施工中,我國(guó)普遍采用煤田地質(zhì)勘探鉆機(jī)和鉆井液鉆進(jìn),而對(duì)煤層氣開(kāi)發(fā)有利的空氣鉆進(jìn)設(shè)備,目前國(guó)內(nèi)數(shù)量有限,而且是最近幾年才裝備,其數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要。煤層氣增產(chǎn)所需要的壓裂施工設(shè)備, 目前國(guó)內(nèi)除滿足石油天然氣行業(yè)施工以外,可供煤層氣開(kāi)發(fā)使用的壓裂設(shè)備也極其有限,而且多為老舊設(shè)備,性能較差,液氮壓裂泵車(chē)更是稀缺很難組織規(guī)?；氖┕ぁＶ荚诤?jiǎn)化工藝、降低成本的連續(xù)油管設(shè)備,在我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)中很難規(guī)模利用。這些技術(shù)設(shè)備的短缺, 不僅使煤層氣規(guī)模發(fā)展的速度受到限制,而且物以稀為貴,施工價(jià)格較高,增加了煤層氣開(kāi)發(fā)的成本,使本身經(jīng)濟(jì)可行性就差的煤層氣開(kāi)發(fā)雪上加霜,難以靠自身的贏利健康發(fā)展,在一定程度制約了煤層氣開(kāi)發(fā)的產(chǎn)業(yè)化。

2.1對(duì)鉆井施工設(shè)備的要求

2.1.1對(duì)地面鉆井施工設(shè)備的要求

車(chē)載空氣鉆機(jī)效率高、移動(dòng)方便、有利于保護(hù)煤層,適宜于地面煤層氣井鉆井施工。目前供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的空氣鉆機(jī)廠家主要為美國(guó)阿特拉斯、雪姆和寶峨3 家,這些鉆機(jī)各有特點(diǎn),但總體都價(jià)格偏高,鉆機(jī)配件供應(yīng)和維修時(shí)間較長(zhǎng),導(dǎo)致施工成本較高,普及率低,在國(guó)內(nèi)煤層氣鉆井市場(chǎng)中所占份額很小。

  其次, 在實(shí)際施工過(guò)程中,空氣鉆機(jī)適應(yīng)復(fù)雜地層的能力有限,地層涌水量較大時(shí)采用空氣鉆進(jìn)困難, 采用鉆井液鉆進(jìn)失去了煤層保護(hù)的意義。另外當(dāng)煤層深度較大時(shí),即時(shí)配備額外的移動(dòng)空壓機(jī)和增壓機(jī),鉆井深度也很有限,通常不超過(guò)800m。

2.1.2 對(duì)井下鉆孔設(shè)備的要求

(1)解決松軟突出煤層鉆進(jìn)問(wèn)題。松軟突出煤層強(qiáng)度低、滲透性極差, 但瓦斯含量卻很高。在這種煤層中鉆進(jìn), 容易產(chǎn)生卡鉆、塌孔和噴孔等現(xiàn)象,鉆孔鉆不進(jìn)去,瓦斯抽不出來(lái)。目前在松軟突出煤層中鉆進(jìn)大部分的鉆孔深度都在100m以下,且成孔率低,瓦斯抽放成本很高。松軟煤層在我國(guó)煤層所占比例較高,松軟突出煤層的鉆進(jìn)成孔問(wèn)題一直是函待解決的難題。

  松軟突出煤層鉆進(jìn)需要解決鉆孔排渣問(wèn)題和鉆孔支護(hù)問(wèn)題,盡管采用螺旋鉆進(jìn)工藝對(duì)于較完整煤層或局部坍塌煤層能夠取得較好的成孔效果,但由于受鉆機(jī)能力和鉆具強(qiáng)度等因素的影響,鉆孔深度仍然有限。

  （2）研制開(kāi)發(fā)大直徑、長(zhǎng)鉆孔和定向鉆進(jìn)設(shè)備。煤礦井下鉆孔的直徑和長(zhǎng)度在很大程度上決定抽采效果,目前煤礦井下鉆機(jī)鉆頭的直徑多為96——120mm,鉆孔長(zhǎng)度為幾百米,研制更大直徑的井下鉆機(jī)裝備系統(tǒng),對(duì)煤礦區(qū)的瓦斯抽采具有重要意義。

  （3）開(kāi)發(fā)有效的鉆孔循環(huán)介質(zhì)。煤礦井下鉆探施工時(shí),目前大部分都用水作為鉆孔循環(huán)介質(zhì)由于煤層松軟,高壓水流對(duì)孔壁的沖刷和浸泡導(dǎo)致孔壁坍塌、掉塊, 嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致鉆桿卡死, 孔底水壓升高, 形成憋泵現(xiàn)象。用壓縮空氣作為鉆孔循環(huán)介質(zhì)有利于孔壁的穩(wěn)定和瓦斯的釋放,可有效減少瓦斯突出的可能,但由于井下管路風(fēng)壓較低, 限制了鉆孔深度的增大。

2.2對(duì)壓裂施工設(shè)備的要求

高壓水力壓裂技術(shù)仍然是目前垂直煤層氣井的主要增產(chǎn)手段,是目前煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)體系中重要的環(huán)節(jié), 水力壓裂施工的針對(duì)性和施工效果在很大程度上決定著煤層氣井的產(chǎn)量。一套壓裂設(shè)備主要包括壓裂泵車(chē)、混砂車(chē)、儀表車(chē), 以及配套的管匯車(chē)、砂罐和運(yùn)砂車(chē)、水罐和運(yùn)水車(chē)等,其中壓裂泵車(chē)由若干臺(tái)(通常5——8臺(tái))組成,具體的數(shù)量根據(jù)施工所需要的壓力和排量確定。

  國(guó)外壓裂設(shè)備的知名制造商為雙S公司和哈里伯頓公司。雙S公司是目前全球最大的壓裂設(shè)備制造廠家,壓裂泵車(chē)的年生產(chǎn)量400臺(tái), 產(chǎn)品除壓裂設(shè)備外,還包括固井水泥車(chē)、連續(xù)管設(shè)備和液氮壓裂設(shè)備等。雙S公司的壓裂設(shè)備制造業(yè)務(wù)主要是設(shè)備集成,其主要部件,如車(chē)架、臺(tái)上發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)箱和泵等設(shè)備都是外購(gòu)。雙S公司通常只根據(jù)用戶的需求生產(chǎn)壓裂施工設(shè)備,不進(jìn)行壓裂施工服務(wù)。

  哈里伯頓公司的設(shè)備年產(chǎn)量規(guī)模相對(duì)較小,主要滿足自身生產(chǎn)和服務(wù)的需要,其部分配件自己制造,擁有自己相對(duì)完備的機(jī)械加工技術(shù)和車(chē)間,質(zhì)量控制很好,這也是其產(chǎn)量較低的原因之一。哈里伯頓公司不僅制造設(shè)備,還進(jìn)行壓裂施工服務(wù)。

  目前煤層氣井水力壓裂主要采用大排量、中砂比、活性水或清潔壓裂液施工。這種壓裂施工工藝對(duì)壓裂設(shè)備的要求主要有以下幾點(diǎn)。

2.2.1要求壓裂泵車(chē)的排量盡量大

煤層氣井壓裂施工的目的層段深度一般都小于1500m，地應(yīng)力較低,但施工排量較大,通常煤層氣井壓裂施工正常壓力不超40MPa,但施工排量往往達(dá)到10m3/min。目前的主流壓裂設(shè)備2000型的壓裂機(jī)組,泵車(chē)柱塞直徑為127mm(5in)，施工壓50MPa時(shí)單機(jī)排量可以達(dá)到1.7m³/min，壓裂施工至少也需要6臺(tái)泵車(chē),這樣就導(dǎo)致壓裂施工泵車(chē)的臺(tái)數(shù)較多,施工組織困難,成本較高。

  壓裂泵車(chē)所采用的柱塞直徑越大,施工排量越大,壓力越低,目前壓裂設(shè)備泵車(chē)的柱塞通常采用直徑為10l.6mm或127.0mm的柱塞, 根據(jù)煤層氣井壓裂施工排量大、壓力低的特點(diǎn),如果采用更大直徑的柱塞,如直徑152.4mm的柱塞,可以進(jìn)一步提高單車(chē)排量。另外,采用常規(guī)直徑柱塞泵車(chē)的車(chē)上管線直徑為76.2mm,而采用直徑101.6mm柱塞泵車(chē)的車(chē)上要求采用直徑101.6mm的管線,同時(shí)需要將施工管匯的直徑也增加到101.6mm。當(dāng)然,采用直徑152.4mm柱塞同樣也存在一些問(wèn)題, 目前這樣的設(shè)備不經(jīng)常使用,廠家需要特制。如果采用直徑101.6mm的管線,從車(chē)上到井口泵車(chē),需要增加額外的投資,另外還存在設(shè)備通用性差,只能用于煤層氣井壓裂施工,將來(lái)為石油行業(yè)服務(wù)時(shí)可能存在壓裂壓力低的缺點(diǎn)。

2.2.2要求壓裂泵車(chē)的穩(wěn)定性好

煤層氣井壓裂施工用液量大,施工時(shí)間較長(zhǎng)通常壓裂l層需要1——2h，單套機(jī)組每天可以施工2——3層,施工工作量大,同時(shí)還要求壓裂施工中排量必須穩(wěn)定,而施工車(chē)輛有限,因此就需要壓裂泵車(chē)的穩(wěn)定性好,施工中不得出現(xiàn)設(shè)備故障,否則將影響壓裂施工質(zhì)量。

  我國(guó)幅員遼闊,地形復(fù)雜,部分煤層氣資源分布在山西、貴州和云南等山區(qū),煤層氣井井場(chǎng)面積有限,井場(chǎng)之間的道路崎嶇,壓裂設(shè)備緊湊的車(chē)體可以減少設(shè)備占地面積,便于設(shè)備搬遷和擺放。

2．2.4要求壓裂設(shè)備成本低、維修方便及時(shí)

目前成套的壓裂設(shè)備價(jià)格高昂,同時(shí)壓裂設(shè)備為專用設(shè)備,配件供應(yīng)特殊,維修存在一定困難這些因素導(dǎo)致壓裂施工費(fèi)用偏高,使得煤層氣項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性較差,在一定程度上影響了煤層氣的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

2.3對(duì)液氮壓裂設(shè)備和連續(xù)管設(shè)備的認(rèn)識(shí)

常規(guī)水力壓裂液不可避免的會(huì)對(duì)地層尤其是低滲透氣層造成一定的傷害,影響生產(chǎn)效果。氮?dú)馀菽瓑毫鸭夹g(shù)采用液氮作為壓裂液代替常規(guī)的水基油基壓裂液進(jìn)行壓裂,適合于低壓、低滲透水敏地層, 特別是煤層。與常規(guī)水力壓裂相比,氮?dú)馀菽瓑毫鸭夹g(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用氮?dú)馀菽瓑毫岩?/span>,只有固體支撐劑和少量壓裂液進(jìn)人地層,降低了壓裂對(duì)煤儲(chǔ)層滲透性的傷害；

(2)氮?dú)馀菽瓑毫岩嚎稍诹芽p壁面形成阻擋層,從而大大降低壓裂液向地層內(nèi)濾失的速度,減少濾失量,減輕壓裂液對(duì)地層的傷害;

(3)返排效果好。表現(xiàn)在2 個(gè)方面: 一是由于氮?dú)饷芏鹊?井筒壓力低,對(duì)煤儲(chǔ)層產(chǎn)生的回壓也大大降低,有利于壓裂液排出井筒;；二是基于氮?dú)馀菽瓑毫岩旱呐蛎涀饔?會(huì)產(chǎn)生一定能量,加速壓裂液的返排。

  氮?dú)馀菽瓑毫褢?yīng)用于煤層氣開(kāi)發(fā)最成功的例子是加拿大。該國(guó)近年來(lái)采用大排量氮?dú)?/span>(無(wú)支撐劑) 壓裂技術(shù),煤層氣井產(chǎn)量獲得巨大突破。大排量氮?dú)鈮毫鸭夹g(shù)借鑒在淺層氣壓裂中獲得成功的連續(xù)管壓裂(FTC) 技術(shù)和經(jīng)驗(yàn), 在多煤層中進(jìn)行試驗(yàn)。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是施工排量大,效率高成本大幅下降,煤層氣井產(chǎn)量提高。

  然而, 氮?dú)馀菽瓑毫鸭夹g(shù)和裝備在我國(guó)同樣存在成本高及施工組織困難等問(wèn)題,目前國(guó)內(nèi)在此方面仍然處于試驗(yàn)階段。這些設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化和普及化將會(huì)進(jìn)一步降低壓裂施工成本,并促進(jìn)該項(xiàng)技術(shù)在煤層氣領(lǐng)域的應(yīng)用。

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