利用鏤空陶瓷支撐劑顆粒分析研究極傾斜煤層煤層氣開(kāi)發(fā)

楊恒新　王剛

摘要：新疆是我國(guó)重要的煤炭資源產(chǎn)地，蘊(yùn)藏著1.9萬(wàn)億噸煤炭資源和豐富的煤層氣資源，但由于新疆煤炭資源開(kāi)發(fā)主要位于山前地帶、受地殼運(yùn)動(dòng)的影響，煤層傾角普遍較大，這為新疆煤層氣分析、研究、開(kāi)發(fā)帶來(lái)了非常大的困難，尤其是壓裂支撐劑的選擇成為一大難點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)鏤空陶瓷支撐劑顆粒分析研究，發(fā)現(xiàn)可根據(jù)其硬度高、重量輕、易懸浮的特征，提高對(duì)新疆極傾斜煤層煤層氣研究開(kāi)發(fā)程度，并可以運(yùn)用于其它相近行業(yè)。

關(guān)鍵詞：納米陶瓷；支撐劑顆粒；極傾斜煤層

1 鏤空陶瓷顆粒的特征

鏤空陶瓷顆粒形狀整體為一球形構(gòu)造，內(nèi)部為鏤空結(jié)構(gòu)，盡可能在強(qiáng)度不變的情況下增加鏤空體積，使其具有強(qiáng)度高、重量輕、易懸浮等特點(diǎn)，這將增強(qiáng)得支撐劑向上的運(yùn)移能力，并極大的降低其對(duì)壓裂液的選擇，甚至可以采用清水作為壓裂液，盡可能減少壓裂液對(duì)煤層的破壞，使得煤層氣能更好的從煤層中運(yùn)移出來(lái)。還并可以根據(jù)研究需要在其內(nèi)部加入放射性微粒，或?qū)⑵浣萦诤蟹派湫栽氐囊后w中，其鏤空結(jié)構(gòu)可以更好的保持放射性元素的存在時(shí)間，以便追蹤其到達(dá)煤層的范圍及具體位置，為極傾斜煤層煤層氣的研究開(kāi)發(fā)提供重要的研究手段。

目前常用支撐劑：石英砂、低密度陶粒、樹(shù)脂砂；它們對(duì)壓裂液的選擇非常高，且會(huì)發(fā)生部分地區(qū)壓裂液可以到達(dá)，但支撐劑無(wú)法到達(dá)的情況，降低了裂隙的延伸和保持，最終降低了壓裂效果，采用該方法后將極大提升支撐劑的到達(dá)范圍，保持對(duì)微裂隙的支撐，最終達(dá)到長(zhǎng)期產(chǎn)氣的效果，極大延長(zhǎng)生產(chǎn)井的產(chǎn)氣周期。

2 新疆阜康白楊河礦區(qū)煤層特征

新疆阜康白楊河礦區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地東南緣之博格達(dá)山北麓低山丘陵地帶，主要含煤地層為侏羅系下統(tǒng)八道灣組，屬于南傾斜單斜構(gòu)造，地層傾角達(dá)到45°～53°，壓裂施工壓力往往異常，前期壓裂一次成功率低（40%）；主力煤層厚度達(dá)到8.67m～22.39m，平均18.32m，埋深在520m～1200m，既可能形成水平裂縫、也可能形成垂直裂縫、還可能形成復(fù)雜裂縫，裂縫延展規(guī)律不清楚，嚴(yán)重影響了壓裂方案的適應(yīng)性和針對(duì)性；煤層物性較好（試井解釋結(jié)果表明，阜康1井41#煤層、42#煤層和44#煤層的孔隙度為3%、3%和2%，滲透率為1.45mD、7.30mD和0.285mD），但水力壓裂后實(shí)際產(chǎn)生情況表明，見(jiàn)氣后產(chǎn)水下降較快，壓降漏斗難以擴(kuò)展，導(dǎo)致煤層氣的產(chǎn)量下降過(guò)快。

3 解決辦法

極傾斜煤層在壓裂過(guò)程中形成一個(gè)正常的壓降漏斗非常難，幾乎不可能，找到其壓降范圍和裂隙延伸主要方向顯得尤其重要，這里鏤空陶瓷顆粒就顯示其查找裂隙方向的重要作用，根由于其重量輕、易懸浮，基本上可以達(dá)到所有裂隙的延伸范圍；由于其強(qiáng)度夠大，可以起到支撐作用；因?yàn)槠溏U空構(gòu)造，使得微裂隙中的鏤空陶瓷顆粒還可以起到構(gòu)建煤層氣運(yùn)移通道的作用；在進(jìn)行單孔研究中還可以根據(jù)精確探測(cè)放射性元素的位置來(lái)確定裂隙延伸方向、壓裂液到達(dá)范圍、支撐劑達(dá)到具體位置，甚至可以根據(jù)煤層氣流經(jīng)鏤空顆粒導(dǎo)致檢測(cè)放射性強(qiáng)度的變化來(lái)監(jiān)測(cè)煤層氣的運(yùn)移情況。

4 鏤空陶瓷顆粒的制作方法

初步設(shè)想，通過(guò)四步完成鏤空陶瓷的制作。

步驟1，調(diào)制原料成漿料；

步驟2，制作鏤空坯體，用鏤空模具將已調(diào)制好的漿料采用擠壓成型方式或注塑成型方式制得鏤空坯體，該坯體由模具直接得到鏤空形狀；

步驟3，將坯體脫脂、排塑；

步驟4，預(yù)燒結(jié)，預(yù)燒溫度控制在1200℃-1400℃之間；

步驟5，氫氣燒結(jié)，燒結(jié)溫度控制在1850℃-1950℃之間；

步驟6，冷卻，制得鏤空陶瓷顆粒。

本方法提供的鏤空陶瓷的制作工藝，直接形成鏤空，其制作的強(qiáng)度較高，耐磨損、耐腐蝕，且工藝簡(jiǎn)單可靠，降低了生產(chǎn)成本，生產(chǎn)效率高，有利于工業(yè)化大批量生產(chǎn)。

5 鏤空陶瓷支撐劑使用前景

目前已有成熟的支撐劑對(duì)寬緩煤層煤層氣的開(kāi)發(fā)已經(jīng)非常成熟，但是目前極傾斜煤層煤層氣開(kāi)發(fā)支撐劑選擇一直是難點(diǎn)，該方法若經(jīng)推廣并因地制宜進(jìn)行改進(jìn)，將為像新疆等地極傾斜煤層的研究開(kāi)發(fā)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，為“十三五”期間新疆等地區(qū)煤層氣開(kāi)發(fā)提供有力保障。該方法的改進(jìn)型很強(qiáng)，可根據(jù)地區(qū)情況的不同對(duì)鏤空陶瓷顆粒的鏤空結(jié)構(gòu)及顆粒大小進(jìn)行調(diào)整，實(shí)用性較強(qiáng)。

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作者簡(jiǎn)介：楊恒新（1979），男，工程師，2004年7月獲得新疆大學(xué)地理信息系統(tǒng)專業(yè)學(xué)士學(xué)位，目前工作于新疆維吾爾自治區(qū)煤炭綜合勘查院，主要從事煤田地質(zhì)及煤炭資源分質(zhì)利用研究工作。