煤层气开采中氮气泡沫压裂技术的应用

煤层气开采中氮气泡沫压裂技术的应用

崔连杰

（冀东油田井下作业公司特车分公司，河北 唐山 063200）

摘要：由于氮气泡沫压裂液具有较高强度，其携砂能力较强，能在地层下形成较强支撑，对地层影响较小。因此可以应用于压力低、渗透较低的储层。近年来，为解决煤粉堵塞、滤失严重等问题，技术人员可以针对低产井使用氮气泡沫压裂技术，实现煤层气井的高产稳产。本文从氮气泡沫压裂技术特点出发，全面分析该技术应用优势，并提出压裂技术的具体应用，旨在提升气井生产效率，希望对读者有所帮助。

关键词：煤层气；氮气泡沫；压裂体系

前言：从本质上看，该技术应用原理与水力压裂相同，在作业中将高压流体注入煤层中，压裂煤层气储层，形成强度较高的支撑裂缝以及复杂网络，实现煤层气井高产稳产。并且，氮气泡沫压裂材料能降低体系整体密度，其使用液体量较少，能全面适用于水敏地层作业。

一、氮气泡沫压裂技术优势

当前阶段，泡沫压裂技术具有增能压裂以及泡沫压裂等方式。其中，增能压裂是利用气体以及泡沫材料完成压裂工作。可以全面应用于低压低渗透性矿藏的完善以及优化。技术人员在增能压裂技术应用中，其气体注入比例比传统技术应用高出7%-9%，一般为10%-52%。从实际情况看，当泡沫质量小于52%时，可以称为增能压裂体系，当质量大于52%，可以称之为泡沫压裂体系。从气体类别来看，可以分为二氧化碳增能技术、氮气增能技术等。

由于氮气以及二氧化碳气体整体性质较为稳定，在气体储存、运输以及施工中，能在作业中具有较好的安全性。与此同时，由于气体整体压缩性较强，沸点低，压缩前后整体变化较大。因此可以将氮气以及二氧化碳作为煤层气储藏中常用的增能材料。从目前情况看，二氧化碳在作业、运输、储存以及设备方面具有独特优势。因此二氧化碳在当前使用较多。但由于该气体属于酸性气体，而目前所使用的主要为碱性体系，在使用二氧化碳时要开展针对性地调整，会在一定程度上增加技术应用成本。相比于二氧化碳增能技术，氮气泡沫压裂技术携砂能力较强，能利用支撑剂将砂石带到更远位置。该技术对地层损害更小。相比于其他压裂液，泡沫压裂液通过裂缝的液量相对较少，对地层副作用较少。除此之外，该技术能全面适用于液体敏感、渗透压较低的地层[1]。

二、氮气泡沫压裂技术应用

（一）泡沫流体冲砂洗井技术应用

    在煤层气开采过程中，为避免水基冲砂洗井液漏失量较大以及不反液的问题出现，矿井人员可以使用低密度泡沫流体完成洗井冲砂工作。该技术能在一定程度上降低漏失情况，避免开采污染，增强煤层气清洗效果。其中，可以使用泡沫流体材料的特点堵塞底层，避免清洗液的流失。并且，该材料自身清洁能力以及物理性能较强，可以全面增强应用效果，降低作业时间。由于低密度的泡沫流体主要为水基，对煤层气的污染较小，其生产恢复期较短。例如，在冀东油田的G104-5P60井，其垂直深度为1877.38米，自身斜度为91.74度，其投产初期产出为41.6吨，每日产出338立方米冲洗液，每日出砂0.62方，在该技术应用后，其产出液以及产出数量均有明显提高。

（二）泡沫酸酸化技术应用

从本质上看，该技术是一种低压以及低渗透性的新型酸化增产技术。相比于其他技术，该技术液柱压力较低，在反排方面具有独特优势，该材料粘度较高，能在较远距离条件下发挥良好作用。并且该技术应用较为方便，整体使用成本较低，因此能使企业获得较高经济效益。该技术基本原理为：泡沫酸能利用起泡剂等材料稳定于酸液中，使用压风机使用的氮气将混合酸液渗入煤层气含水层，增强流体整体阻力。科研人员可以利用管道中的气阻效应，使混合酸液在地层下实施化学反应，接触煤层气下层的污染以及堵塞情况，优化煤层气井下生产情况，帮助煤层气井排除剩余酸液。

例如，在冀东油田G104-5P55井日常开采中，该井深度为2229米，最大斜度为89度，该井初次投产使用33.2吨，日产液为307.2立方米，在使用泡沫酸化技术后，科学完成了煤层井地下清理工作，日产出在120吨以上，显著增强矿藏产出效率。

（三）泡沫流体混排技术应用

在开采过程中，由于井下入井液流失、粘土膨胀以及有机物沉积等因素影响，会在一定程度上影响地层，降低整体产量。为提升煤气层矿井整体生产效率，可以针对性开展解堵工作。泡沫流体混排技术能使用泡沫吞吐以及混排等方式，利用泡沫自身独特优势创建压差，将井下的颗粒以及沉淀杂物排除地层，完成煤层气井清理工作。与此同时，技术人员可以使用具有颗粒的流体，自内而外地完成煤层气井清理，得到储油层全面清除的效果。低密度泡沫材料能在油层堵塞处理过程中具有一定选择性，该技术在成本投入较少，使用产出效果较为明显，其技术应用较为简单，能适用于含水量较高，压力低的开采区域[2]。

（四）泡沫流体排酸技术应用

在地层酸化过程中，如果混合酸液以及化学反应产物在地下停留时间过长，其化学产物将形成沉淀，在一定程度上阻塞地层，对后续技术应用造成影响。在常规技术应用中，如果剩余酸液排除不够完全，将会使其在地层内部留存，将会使地层严重污染，降低整体生产效率。其中，技术人员可以在环形空间内注入泡沫液，并在油管内完成排出以及循环，降低内部流体整体密度，降低地层内部回流压力，实现诱喷效果。该技术能全面降低泡沫液压力，在地下形成负压，将内部残留酸液排除，达到剩余酸液排除的目标。

（五）氮气泡沫流体诱喷技术应用

当前阶段，泡沫诱喷本质上是利用氮气泡沫材料自身独特性能，对新产出煤层气井以及产气下降煤层气井开展诱喷工作，增强煤层气井整体生产效率。与此同时，可以使用氮气泡沫举升煤层气井内部液体，使泡沫材料能直接进入环形空间，使其内部液面下降，将其内部液体直接从出口排出，当内部液面降低至油管时，可以内部液体以及气体进行混合，降低煤层气井下方整体压力，使井下与地面出现压力差，地下液体可以直接进入油管，实现诱喷。

（六）泡沫流体压底水技术应用

对于底水较为活跃的矿藏，可以使用氮气泡沫材料抑制地层底水，降低地下整体含水量。从本质上来讲，该技术是利用该材料作为堵塞剂，其能优先进入地层内部的裂缝，利用自身较好的物理性能，使水锥从地层内部向下层移动，降低地层界面。与此同时，由于该材料密度较低，可以使用重力分异方式，使其从油层向顶部移动，形成附加弹性能量，优化地层油水界面。

（七）氮气泡沫流体调剖技术应用

在生产中后时期，随着地下水比例等因素的影响，矿井会在水驱方面存在一定问题。为使注入水能在地层内部不均匀推进，在地层内部形成单层突进，避免矿井提前出水，使其留存地下地层，降低矿井整体生产效率。基于此，可以使用注水井以及出水的方式，针对性采用调剖堵水技术，提升矿井生产效率[3]。

泡沫等材料在地层内部，自身可以利用较好的封堵性能，在煤层气井内部产生较高压力。该技术的应用原理便是利用泡沫流体在内部的气阻效应，增加地层内部岩石的整体阻力，优化油层内部液体性质，增加内部介质的使用，使其内部裂隙煤层气与地层分离，全面提升生产效果。与此同时，为提升泡沫材料使用效果，可以使形成泡沫材料的气相液体在地层内部流动。当地层内部存在足够泡沫时，将会使内部泡沫停止流动，形成具有一定粘度的泡沫形态，增强内部波及系数以及生产效率。

结论：综上所述，氮气泡沫压裂材料具有较高的粘度以及耐剪性能，且其材料残留较小，对地层影响较小，能更好的满足煤层气施工作业要求。因此，企业可以使用该技术弥补常规材料的问题，缩短排气周期，能有效提升煤层气矿井的整体效果，可以作为增产措施使用。

参考文献：

[1]杨琦.氮气泡沫压裂技术在煤层气井重复压裂中的应用[J].能源化工,2022,43(06):23-27.

[2]孔鹏,李忠城,高海滨,等.沁南煤层气井氮气泡沫二次压裂技术研究与应用[J].煤炭技术,2021,40(07):98-100.

[3]张占龙,南树泉,曹雪健.氮气泡沫压裂技术在延川南煤层气田深煤层井中的应用[J].石化技术,2020,27(12):119-120+17.