瓦斯壓裂液的研究進展與應(yīng)用實踐

韓文靜

（永城職業(yè)學(xué)院，永城 476600）

瓦斯壓裂液的研究進展與應(yīng)用實踐

韓文靜

（永城職業(yè)學(xué)院，永城 476600）

主要闡述瓦斯壓裂液研究發(fā)展及應(yīng)用實踐進展，重點介紹清潔壓裂液在煤層的應(yīng)用情況，認為使瓦斯壓裂液具有“瓦斯橋”功能，發(fā)展高效環(huán)保、低成本、低成本瓦斯壓裂液具有重要的意義。

瓦斯壓裂液 清潔壓裂液 成本 瓦斯橋

引言

我國區(qū)域防治煤與瓦斯突出常采用煤層預(yù)抽瓦斯的措施。井下水力壓裂作為提高煤層預(yù)抽效果的一種有效方法，是借助壓裂液傳導(dǎo)力進行瓦斯防治。瓦斯壓裂液加速甲烷解吸能力，降低煤的毛細管阻力。因而，對瓦斯壓裂液發(fā)展及應(yīng)用實踐進行研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1 瓦斯壓裂液的研究進展

瓦斯壓裂液主要有活性水壓裂液、泡沫壓裂液、清潔壓裂液和線性膠/凍膠壓裂液。四種壓裂液性能對比見表1。

研究表明，目前煤礦井下水力壓裂常用壓裂液以清水為主，存在造縫效率低與濾失量大的問題[1-2]。針對此問題，學(xué)者不斷進行新型壓裂液的優(yōu)選[3]，下面主要針對線性膠/凍膠壓裂液和清潔壓裂液情況進行研究。

表1 四種壓裂液對比

在線性膠/凍膠壓裂液方面，郭建春等[4]利用瓜膠的天然高分子特性，配置了0.55%超高溫改性瓜膠瓜膠壓裂液。實驗結(jié)果表明，這種壓裂液抗的剪切能力良好。

趙輝等[5]采用人工合成的非離子型聚丙烯酰胺，得到了新型的凍膠壓裂液配方(0.400%PAM+0.035%ZrOCl2)。這些新型壓裂液取得了一定的增透效果，評價對優(yōu)選出的凍膠壓裂液，發(fā)現(xiàn)其具有耐剪切、無殘渣、對煤層傷害低的特點。

清潔壓裂液具有良好的流變性能和破膠性能，作為一種新型壓裂液在天然氣井中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。2005年，中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司成功將清潔壓裂應(yīng)用在陜西韓城地區(qū)煤層氣井壓裂中[6]，現(xiàn)在開始逐漸被應(yīng)用在煤層上[7]。目前，已經(jīng)有學(xué)者針對清潔壓裂液的造縫效果進行了試驗研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)清潔壓裂液比清水造縫效果更好[3]。

陳尚斌等[8]進行了實驗室瓦斯吸附解吸試驗，發(fā)現(xiàn)清潔壓裂液（配方為表面活性劑（0.8%VES）＋膠束促進劑（0.2%SYN）＋防膨劑（鹽）（1.0%KCL）），比水更能促進煤層解吸，從而有利于瓦斯抽采。李亭等[9]在煤層現(xiàn)場水力壓裂試驗中，施工10口煤層氣井均獲得成功，發(fā)現(xiàn)清潔壓裂液能有效提高瓦斯抽放效果。這種新型清潔壓裂液所具有的特點是能很好地溶解煤層的部分有機物質(zhì)。

通過研究國內(nèi)外學(xué)者的研究結(jié)果[10-12]發(fā)現(xiàn)，高壓壓裂液在煤層中造縫時，在濾失作用下也會進入煤層孔隙中，從而對滲透率產(chǎn)生極大的傷害。盧義玉，楊楓[13]等開展了多組在有效應(yīng)力作用下三種煤樣烘干、含水與含清潔壓裂液（表面活性劑（VES）+膠束促進劑（SYN）+放膨劑（KCL））的滲透率對比試驗。研究發(fā)現(xiàn)：滲透率方面飽和清潔壓裂液煤樣比飽和水煤樣平均高出177.83%；與清水相比，清潔壓裂液有效降低了煤體內(nèi)部孔隙表面液體張力，增大了瓦斯運移通道，有利于煤層氣的抽采。車星祥等[14]使用五種液體進行煤巖填砂裂縫導(dǎo)流能力影響實驗，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)流能力由小到大依次為胍膠壓裂液、0.5%微乳劑、清潔壓裂液、0.3%SFA+0.5%SFB和晉城水源水。在導(dǎo)流能力上，清潔壓裂液跟水源水較接近。

康毅力等[15]以川南煤田煤樣為研究對象，進行工作液配伍性和順序接觸損害評價實驗，發(fā)現(xiàn)與鉆井完井液接觸后，清潔壓裂液損害最輕，瓜膠壓裂液損害嚴重。陳德飛等[16]選取寧武盆地9號煤和現(xiàn)場用壓裂液，采用氮氣吸附和壓裂液處理前后煤樣的等溫吸附實驗，發(fā)現(xiàn)壓裂液體系對煤樣孔隙結(jié)構(gòu)的影響程度依次為：清潔壓裂液＜活性水壓裂液＜瓜膠壓裂液。

2 對瓦斯壓裂液的發(fā)展展望

利用瓦斯壓裂液，降低煤裂隙的毛細管阻力，提高壓裂效果，并易于返排。充分提高瓦斯壓裂液對煤的潤濕能，把吸附瓦斯“驅(qū)趕”為“游離”瓦斯，使瓦斯壓裂液同時具有“瓦斯橋”功能，給瓦斯壓裂液中添加一種或幾種能夠吸附瓦斯的化學(xué)試劑（主要是偶極性表面活性劑），使裂隙下方的瓦斯在濃度差的作用下進入水中。在壓裂液中，攜帶瓦斯的表面活性劑大分子做布朗運動，運移到裂隙上部時，在濃度差的作用下，這個過程就像是水中有一個允許瓦斯通過的橋，由此瓦斯進入瓦斯抽放系統(tǒng)。

在未來一段時期，滿足控制成本和瓦斯壓裂液技術(shù)需求的決定因素是瓦斯壓裂液主體技術(shù)多元化及實現(xiàn)回收再利用?？梢?，未來瓦斯壓裂液發(fā)展方向仍然是具備低傷害、低成本、高效環(huán)保等技術(shù)指標。

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[16]陳德飛，康毅力，李相臣.壓裂液處理對煤巖孔隙結(jié)構(gòu)的影響研究[C].中國力學(xué)學(xué)會，2013.

Research Progress and Application of Gas Fracturing Fluid

HAN Wenjing
(Yongcheng Vocational College, Yongcheng 476600)

Focuses on gas fracturing fluid on the development and application of practice, focuses on the application of clean fracturing fluid in the coal seam, the gas fracturing fluid is considered "gas bridge" function, development, environmental protection, low cost and low cost gas fracturing fluid has important significance.

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