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[摘要]煤层气井压裂的研究方向主要在压裂设计、压裂工艺和压裂液上下功夫。压裂设计的关键是解决裂缝几何形状的问题和加砂程序的问题；压裂工艺的关键是解决压裂液的滤失、支撑剂的嵌入、煤层的产生和支撑剂的返吐问题；压裂液的关键是解决对煤层的伤害，有一定的造缝携砂能力。由于煤层本身具有低温、易吸附和易受伤害等特性，加上其压裂时滤失量大，故在压裂施工中压力出现异常的情况非常多。本文就山西吉县一大宁区域的煤层气井的压裂进行分析，摸索并总结出一套针对该区域的压裂程序。
[关键词]压裂 滤失 裂缝 煤层气
1煤层气井压裂工艺
山西吉县一大宁区域的煤层气井平均深度在500—1200m，大多数井均有2—3个层，即8#层、5#层和PlT砂岩层。由于大多数均采用光套管方式进行压裂，故一次只能压1个层。在经过多次试验和创新后，我们发明了一系列新的压裂方式，如不动管柱分层压裂、双旋塞投尼龙球分层压裂以及尝试多种压裂液（胍胶液、清洁压裂液和活性水）进行压裂施工，均取得了良好的效果。
1.1支撑剂现场应用情况
1.1.1加砂规模的控制
加砂规模决定于煤层的厚度、煤层的顶底板条件、支撑裂缝的长度和支撑裂缝的面积及铺砂的浓度。该区域煤层加砂规模为30-50m3/层，由于煤层压裂裂缝比较复杂，压裂后的裂缝表面极不规则，裂缝面不光滑，且存在严重裂缝扭曲现象，压裂过程中极易出现在裂缝中沉砂现象，不利于大规模砂量的加入，所以应控制加砂规模和施工砂比。
1.1.2加砂强度的控制
加砂规模决定了加砂强度的大小，煤层压裂加砂强度适中，而不是越大越好。支撑剂在煤层裂缝中的分布形态决定了裂缝的导流能力，因此合理的铺砂浓度将获得较好的压裂效果。该区域煤层水利压裂加砂强度一般控制在2-10m3/m。
1.1.3砂比的控制
煤层压裂裂缝非常复杂，压裂后煤岩裂缝表面极不规则，裂缝或平行于煤层的割理或垂直穿越割理，裂缝面不光滑，呈阶梯形状，所以支撑剂难以到达和支撑更远的裂缝。为了达到支撑更远更多裂缝的目的，在压裂施工中控制比较低的砂比进行泵注。这样做的结果可能影响支撑裂缝的宽度，但是获得了更长更大面积的支撑裂缝。这对于压降的传导和气水的流动都是有利的，最终会获得更大面积的煤层甲烷解吸，有利于提高单井产能。该区域煤层加砂压裂砂比一般控制在5%—15%。
1.1.4支撑剂的基本组合
煤层的天然裂缝发育，基质中存在大量割理，加之煤层弹性模量小、泊松比大，煤层裂缝扩张极其复杂，呈现大量的不规则性裂缝和微裂缝，所以应采用几种不同粒径的支撑剂，可以充填不同宽度的裂缝。目前我们常用的支撑剂组合，石英砂支撑剂组合50—80目的石英砂占20%，20-40目的石英砂占70%—80%，11—20目的石英砂占10%，50-80目的石英砂不但可以起到降滤作用，还能支撑微裂缝，增强裂缝导流能力。个人认为煤层压裂支撑剂应该以小粒径为主，而不是粒径越大越好。
1.2压裂液优选及评价
由于煤储层具有松软、割理发育、表面积大、吸附性强、压力低等与油气藏储层不同的特性，由此而引起的高注入压力、复杂的裂缝系统、砂堵、支撑剂的嵌入、压裂液的返排及煤粉堵塞等问题，使得煤层气井用压裂液与油气田压裂液存在着差异，主要表现在：
由于煤岩的表面积非常巨大，具有较强的吸附能力，要求压裂液同煤层及煤层流体完全配伍，不发生不良的吸附和反应；
煤层割理发育，要求压裂液本身清洁，除配液用水应符合低渗层注入水水质要求以外，压裂液破胶残渣也应较低，以避免对煤层孔隙的堵塞；
压裂液应满足煤岩层防膨、降滤、返排、降阻、携砂等要求。对于交联冻胶压裂液，要求其快速彻底破胶。
考虑到煤层储层特点及压裂工艺要求，对煤層气井用压裂液的各种添加剂、压裂液性能及经济成本进行合理优化，其优化原则为：
尽可能少的使用添加剂，特别是有机类添加剂，以减少对煤储层的伤害；
开发适合煤层气压裂用的压裂液材料，使其与煤储层相配伍；
在保证压裂工艺及施工的条件下，降低压裂液成本以满足市场经济的要求。
2煤层气井压裂曲线分析
山西吉县一大宁区域煤层裂缝割理发育，石炭一二叠系煤层内天然裂缝密度大于300条/m，易出现多裂缝和裂缝曲折。
2.1破压的影响
一般来说出现明显的破压是地层压开的最直接反应的方式之一，就该区域煤层气井进行大量的实验统计表明，一旦开泵后立刻出现破压的井，在后期加砂过程中会比较顺利，相反，如果在注前置液阶段没有形成明显破压的井，后期的加砂是相对困难的。
2.2砂浓度的控制以及预防砂堵
由于煤层本身具有低温、易吸附和易受伤害等特性，加上其压裂时滤失量大，故在压裂施工中压力出现异常的情况非常多，此时对砂浓度的调控显得尤为重要。
（1）在加砂前期，特别是刚刚开始加砂时，要严格把握加砂速率，控制砂比在5%—8%，待打够2-3个井容后根据现场压力的情况再提砂比。若在提高砂比后压力依然平稳，那么可以遵循这个原则一步步的缓慢提砂比，直至砂子加完。
（2）一旦发现砂子进入地层后压力出现上扬，且比加砂前的压力高于1—2Mpa，必须立刻停砂进行顶替，待顶替1.5—2个井容后继续打一定数量的压裂液，观察压力的变化，如果区域平稳方可尝试进行低砂比加砂。
（3）一旦砂堵应及时放喷，由于大多数井均采用活性水加光套管方式压裂，故沉砂速度较快。如果没有及时放喷很有可能造成砂子下沉，最终导致掩埋射孔段而无法施工。
在该区域的煤层气井，不仅煤层对支撑剂较为敏感，而且PlT砂岩层也是较为敏感，由于PlT层与煤层间隔不是很远，故在压裂过程中很有可能造成压窜或是压开水层，这就要求在每一次施工前要准确核对压裂设计上的数据，及时与甲方做好沟通并细心观察施工中压力的变化，一旦发生异常及时采取措施。
3结论及建议
（1）煤层气作为新兴的一种清洁环保的能源，有着广泛的前景，虽然有很多未知领域，但我们还是应该更一步去探索和认识煤层的特性，并针对不同的情况去开采和开发煤层气；
（2）目前煤层气压裂大多数均局限于单层的光套管压裂，随着今后的技术发展，可以尝试多种不同工艺的压裂，通过对比我们可以选用最合理最经济的方式去压裂煤层气；
（3）煤层气压裂比较复杂，现场出现异常情况比较多，经过近50口井的统计，建议煤层单层的加砂量不易超过30m3，过多的加砂量会导致煤层严重受损，使原本形成的裂缝被挤压变形形成粉煤，影响后期的排采和该井的产量；
（4）针对不同煤层可以灵活选择压裂液，不要追求单一的形式而导致破坏煤层及周边的环境。
[关键词]压裂 滤失 裂缝 煤层气
1煤层气井压裂工艺
山西吉县一大宁区域的煤层气井平均深度在500—1200m，大多数井均有2—3个层，即8#层、5#层和PlT砂岩层。由于大多数均采用光套管方式进行压裂，故一次只能压1个层。在经过多次试验和创新后，我们发明了一系列新的压裂方式，如不动管柱分层压裂、双旋塞投尼龙球分层压裂以及尝试多种压裂液（胍胶液、清洁压裂液和活性水）进行压裂施工，均取得了良好的效果。
1.1支撑剂现场应用情况
1.1.1加砂规模的控制
加砂规模决定于煤层的厚度、煤层的顶底板条件、支撑裂缝的长度和支撑裂缝的面积及铺砂的浓度。该区域煤层加砂规模为30-50m3/层，由于煤层压裂裂缝比较复杂，压裂后的裂缝表面极不规则，裂缝面不光滑，且存在严重裂缝扭曲现象，压裂过程中极易出现在裂缝中沉砂现象，不利于大规模砂量的加入，所以应控制加砂规模和施工砂比。
1.1.2加砂强度的控制
加砂规模决定了加砂强度的大小，煤层压裂加砂强度适中，而不是越大越好。支撑剂在煤层裂缝中的分布形态决定了裂缝的导流能力，因此合理的铺砂浓度将获得较好的压裂效果。该区域煤层水利压裂加砂强度一般控制在2-10m3/m。
1.1.3砂比的控制
煤层压裂裂缝非常复杂，压裂后煤岩裂缝表面极不规则，裂缝或平行于煤层的割理或垂直穿越割理，裂缝面不光滑，呈阶梯形状，所以支撑剂难以到达和支撑更远的裂缝。为了达到支撑更远更多裂缝的目的，在压裂施工中控制比较低的砂比进行泵注。这样做的结果可能影响支撑裂缝的宽度，但是获得了更长更大面积的支撑裂缝。这对于压降的传导和气水的流动都是有利的，最终会获得更大面积的煤层甲烷解吸，有利于提高单井产能。该区域煤层加砂压裂砂比一般控制在5%—15%。
1.1.4支撑剂的基本组合
煤层的天然裂缝发育，基质中存在大量割理，加之煤层弹性模量小、泊松比大，煤层裂缝扩张极其复杂，呈现大量的不规则性裂缝和微裂缝，所以应采用几种不同粒径的支撑剂，可以充填不同宽度的裂缝。目前我们常用的支撑剂组合，石英砂支撑剂组合50—80目的石英砂占20%，20-40目的石英砂占70%—80%，11—20目的石英砂占10%，50-80目的石英砂不但可以起到降滤作用，还能支撑微裂缝，增强裂缝导流能力。个人认为煤层压裂支撑剂应该以小粒径为主，而不是粒径越大越好。
1.2压裂液优选及评价
由于煤储层具有松软、割理发育、表面积大、吸附性强、压力低等与油气藏储层不同的特性，由此而引起的高注入压力、复杂的裂缝系统、砂堵、支撑剂的嵌入、压裂液的返排及煤粉堵塞等问题，使得煤层气井用压裂液与油气田压裂液存在着差异，主要表现在：
由于煤岩的表面积非常巨大，具有较强的吸附能力，要求压裂液同煤层及煤层流体完全配伍，不发生不良的吸附和反应；
煤层割理发育，要求压裂液本身清洁，除配液用水应符合低渗层注入水水质要求以外，压裂液破胶残渣也应较低，以避免对煤层孔隙的堵塞；
压裂液应满足煤岩层防膨、降滤、返排、降阻、携砂等要求。对于交联冻胶压裂液，要求其快速彻底破胶。
考虑到煤层储层特点及压裂工艺要求，对煤層气井用压裂液的各种添加剂、压裂液性能及经济成本进行合理优化，其优化原则为：
尽可能少的使用添加剂，特别是有机类添加剂，以减少对煤储层的伤害；
开发适合煤层气压裂用的压裂液材料，使其与煤储层相配伍；
在保证压裂工艺及施工的条件下，降低压裂液成本以满足市场经济的要求。
2煤层气井压裂曲线分析
山西吉县一大宁区域煤层裂缝割理发育，石炭一二叠系煤层内天然裂缝密度大于300条/m，易出现多裂缝和裂缝曲折。
2.1破压的影响
一般来说出现明显的破压是地层压开的最直接反应的方式之一，就该区域煤层气井进行大量的实验统计表明，一旦开泵后立刻出现破压的井，在后期加砂过程中会比较顺利，相反，如果在注前置液阶段没有形成明显破压的井，后期的加砂是相对困难的。
2.2砂浓度的控制以及预防砂堵
由于煤层本身具有低温、易吸附和易受伤害等特性，加上其压裂时滤失量大，故在压裂施工中压力出现异常的情况非常多，此时对砂浓度的调控显得尤为重要。
（1）在加砂前期，特别是刚刚开始加砂时，要严格把握加砂速率，控制砂比在5%—8%，待打够2-3个井容后根据现场压力的情况再提砂比。若在提高砂比后压力依然平稳，那么可以遵循这个原则一步步的缓慢提砂比，直至砂子加完。
（2）一旦发现砂子进入地层后压力出现上扬，且比加砂前的压力高于1—2Mpa，必须立刻停砂进行顶替，待顶替1.5—2个井容后继续打一定数量的压裂液，观察压力的变化，如果区域平稳方可尝试进行低砂比加砂。
（3）一旦砂堵应及时放喷，由于大多数井均采用活性水加光套管方式压裂，故沉砂速度较快。如果没有及时放喷很有可能造成砂子下沉，最终导致掩埋射孔段而无法施工。
在该区域的煤层气井，不仅煤层对支撑剂较为敏感，而且PlT砂岩层也是较为敏感，由于PlT层与煤层间隔不是很远，故在压裂过程中很有可能造成压窜或是压开水层，这就要求在每一次施工前要准确核对压裂设计上的数据，及时与甲方做好沟通并细心观察施工中压力的变化，一旦发生异常及时采取措施。
3结论及建议
（1）煤层气作为新兴的一种清洁环保的能源，有着广泛的前景，虽然有很多未知领域，但我们还是应该更一步去探索和认识煤层的特性，并针对不同的情况去开采和开发煤层气；
（2）目前煤层气压裂大多数均局限于单层的光套管压裂，随着今后的技术发展，可以尝试多种不同工艺的压裂，通过对比我们可以选用最合理最经济的方式去压裂煤层气；
（3）煤层气压裂比较复杂，现场出现异常情况比较多，经过近50口井的统计，建议煤层单层的加砂量不易超过30m3，过多的加砂量会导致煤层严重受损，使原本形成的裂缝被挤压变形形成粉煤，影响后期的排采和该井的产量；
（4）针对不同煤层可以灵活选择压裂液，不要追求单一的形式而导致破坏煤层及周边的环境。