压裂裂缝高度控制技术在煤层气开采工艺中的应用

（1）常规控制裂缝高度技术

①利用地应力高的泥质隔层控制裂缝高度。利用泥质隔层控制裂缝高度，储层上下的泥质隔层厚度一般应不小于2～5m，上下隔层地应力高于储层的地应力2.1～3.5MPa时更为有利。隔层厚度可以通过测井曲线确定，储层和隔层地应力值可以通过小型测试压裂、声波和密度测井或岩芯试验取得。

②利用施工排量控制裂缝高度。施工工程中，压裂液排量越大，对储层作用力越大，则压裂裂缝相对越高，所以可以通过控制施工压裂液排量来控制压裂裂缝的高度。

③利用压裂液黏度和密度控制裂缝高度。压裂液黏度越大，压裂裂缝也越高。利用压裂液密度控制裂缝高度，是通过控制压裂液中垂向压力分布来实现的。若要控制裂缝不向上延伸，应采用密度较高的压裂液，若要控制裂缝不向下延伸，则应采用密度较低的压裂液。

（2）人工隔层控制裂缝高度技术

①用漂浮式转向剂控制裂缝向上延伸。在压裂加砂前通过前置液将漂浮式转向剂带入裂缝，并使其上浮聚集在新生成裂缝顶部，形成压实的低渗透区，阻挡缝内流体压力向上部地层传递，从而实现控制裂缝不向上延伸。漂浮式转向剂控制裂缝向上延伸技术见图5－1。

图5－1　漂浮式转向剂控制裂缝向上延伸技术

τ1，τ2，τ3——不同压裂压力下流体的剪切应力。
（1）储层压力状态；（2）无转向剂时流体的剪切应力；（3）漂浮式转向剂作用下流体的剪切应力。

τ用漂浮式转向剂控制裂缝向上延伸技术适用于生产层与非生产层互层的块状均质地层，水层位于生产层之上，两者之间无良好隔层。生产层与上隔层的地应力差较小时，不能阻止裂缝垂向延伸。(www.xing528.com)

②用重质沉降式转向剂控制裂缝向下延伸。这一技术是通过使用重质沉降式转向剂在裂缝底部形成压实的低渗透层，阻止裂缝向下延伸。其工艺过程基本上与使用漂浮式转向剂相同。不同之处仅在于所使用的转向剂不相同，沉降式转向剂目前主要用石英砂和陶粒。

③同时使用两种转向剂控制裂缝向上和向下延伸。这种技术是将上述两种技术综合应用，见图5－2。

图5－2　同时使用两种转向剂控制裂缝向上和向下延伸

——储层上部隔层压力；σ2——压裂压力作用下储层上部隔层应力；pr——储层压力；σ1——压裂压力作用下储层应力；——储层下部致密隔层压力；σ3——压裂压力作用下储层下部致密隔层应力。

（3）冷水水力压裂控制裂缝高度技术

向温度较高的地层注入冷水，可使地层产生热弹性应力，大幅度地降低地层应力，使缝高和缝长控制在产层范围内。

冷水水力压裂控制裂缝高度压裂工艺是在低于地层破裂压力的条件下，向地层注入冷水预冷地层，然后提高排量和压力，使压力仅大于被冷却区水平应力，在冷却区内压开一条裂缝，控制排量和压力，注入含高浓度降滤剂的冷水前置液延伸裂缝，最后注入低温黏性携砂液支撑裂缝，完成压裂全过程。

冷水水力压裂控制裂缝高度技术适用于不存在水敏、水锁伤害问题的产层，对于采用常规水力压裂技术难以控制裂缝延伸方向的油气层和胶结性较差的地层具有理想效果。