朱碧云 樊崇建 霍洪濤 李城 張忠璽 齊守金

1.中國石油華北油田山西煤層氣分公司；2.中國石油渤海鉆探工程有限公司油氣井測試分公司；3.中國石油華北石油管理局有限公司江蘇儲(chǔ)氣庫分公司

0 引言

沁南盆地位于山西省沁水縣和高平市等地，是我國的主要采煤區(qū)之一。煤層氣資源預(yù)估產(chǎn)量達(dá)到3.9 億m3［1］，煤炭儲(chǔ)藏量達(dá)到2.8 千億t。該地區(qū)產(chǎn)層屬于石炭?二疊系，具有低孔、低壓、低滲透率特點(diǎn)，需要對煤層進(jìn)行改造來提升產(chǎn)量。目前在沁南盆地，改造煤層的主流方法是進(jìn)行水力壓裂，相對于常規(guī)油氣田產(chǎn)層，煤層具有質(zhì)地松軟、壓力低、氣水共存、面積大的特點(diǎn)，其本身天然裂縫系統(tǒng)發(fā)育。水力壓裂對煤層氣生產(chǎn)確實(shí)起到了推動(dòng)作用，但效果并不十分明顯。

低滲透煤層原有孔隙較為復(fù)雜，壓裂液漏失嚴(yán)重，削弱了造縫效果，難以形成長裂縫，最終形成的裂縫導(dǎo)流能力低；煤層吸附特性導(dǎo)致其易在壓裂過程中受損，被沖刷下來的煤粉等雜質(zhì)以及遇水膨化后的煤基質(zhì)等易堵塞煤層微孔隙，造成孔隙度降低和滲透率降低；煤巖要比油藏中常見的砂巖更容易受到壓力傷害［2-3］，壓力急升急降對孔隙度有著不可逆的傷害；濾失導(dǎo)致大量壓裂液留在煤層，減緩了排采期，延長了滯留在煤層的時(shí)間，從而導(dǎo)致長期浸泡煤層，加劇了對煤層污染程度；壓裂施工作業(yè)產(chǎn)生煤粉是不可避免的，若通過壓裂液中加潤濕劑和分散劑，確實(shí)可有效減輕煤粉聚集的影響，但對滲透率的影響也不容忽視。

宋佳等研究認(rèn)為在歷次煤層壓裂過程中壓裂液效率一般只有15%～30%［4］，王欣等通過對裂縫長度和導(dǎo)流能力、滲透率和最后產(chǎn)氣關(guān)系的數(shù)值模擬，得出裂縫長度對產(chǎn)量的影響高達(dá)36.4%～46.3%［5］，所以，改造煤層重要目標(biāo)之一就是延長裂縫長度和改善煤層濾失量。

20 世紀(jì)80 年代美國就已應(yīng)用二氧化碳對低滲透性地層壓裂，取得了良好的增產(chǎn)增滲效果［6］，但低溫煤層改造技術(shù)則主要集中于增產(chǎn)機(jī)制的室內(nèi)理論研究，在現(xiàn)場實(shí)踐方面還相對空白。筆者基于液體二氧化碳壓裂的技術(shù)優(yōu)勢［7］，選取沁水盆地X150-1 煤層氣井作為儲(chǔ)層改造試驗(yàn)對象，分析儲(chǔ)層改造過程中煤層裂隙擴(kuò)展特征。

1 冷凍煤層技術(shù)原理及冷凍劑的選擇

1.1 技術(shù)原理

根據(jù)低溫氣體對巖體冷凍致裂機(jī)理，當(dāng)?shù)蜏貧怏w注入煤層后裂隙中的水會(huì)結(jié)冰膨脹9%，擠壓裂隙面導(dǎo)致裂隙擴(kuò)展［8］。劉泉聲將低溫裂隙水結(jié)冰體積膨脹造成的對巖體裂隙壁的擠壓力稱之為凍脹力［9］。采用 FLAC3D 軟件對單裂隙進(jìn)行了凍脹熱–力耦合試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)冰體溫度效應(yīng)對凍脹位移影響顯著［10］。張春會(huì)對飽和水裂隙煤開展的液氮溶浸試驗(yàn)，通過煤樣聲速、裂隙面積變化率和煤樣表面微觀結(jié)構(gòu)的變化，得出煤體在液氮快速冷卻作用下，裂隙內(nèi)水結(jié)成冰，但煤體骨架約束冰體積膨脹，從而對煤的裂隙產(chǎn)生凍脹壓力，當(dāng)凍脹壓力超過煤的抗拉強(qiáng)度時(shí)，煤裂隙擴(kuò)展，裂隙空間擴(kuò)大，并誘發(fā)新裂隙萌生［11］。任韶然進(jìn)行了低溫氣體對煤巖的冷沖擊試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)超低溫可以增加面割理之間的連通性，從而使得煤巖整體滲透率增加［12］。

冷凍煤層技術(shù)原理是：以常溫下氣態(tài)液體作為壓裂液，通過油管泵注到煤層中，壓裂液作用于煤層并發(fā)生熱交換，低溫破壞煤體結(jié)構(gòu)，促使煤層產(chǎn)生裂隙，在此過程中，煤層孔隙中的液態(tài)水被冷凍，轉(zhuǎn)化為冰晶狀態(tài)。由于冰晶密度比水的密度低，會(huì)產(chǎn)生體積膨脹，從而撐脹煤巖縫隙。而且，隨著溫度降低，煤巖韌性降低但脆性升高，致使冰晶更易破碎周圍巖石，從而擴(kuò)大孔隙，隨著壓裂過程的持續(xù)進(jìn)行，在煤體內(nèi)形成具有一定形態(tài)的裂縫展布空間。

1.2 冷凍劑的選擇

除了氟利昂以外，常見的冷凍劑還有液氮和干冰等。冷凍劑的工作原理是，對臨界點(diǎn)高的氣體加壓液化，然后再氣化吸熱，人工制造低溫。關(guān)于冷凍劑的選擇，主要從安全、制冷效果和置換效果方面進(jìn)行考慮。

(1)出于環(huán)保安全，首先排除了以R12 為代表的CFCs (氟氯烴)，它雖然無毒、不可燃、不爆炸、無刺激性、壓力適中，制冷效率高，但對臭氧層有破壞作用，溫室效應(yīng)潛能值(GWP)在1300 以上，所以不能選擇該冷凍劑。

(2)出于置換效果，液氮在冷凍地層工程中是理想的冷凍劑，操作系統(tǒng)簡單，使用設(shè)備少，且氮?dú)鉃榇髿饨M成部分，綠色環(huán)保［13］，但是對比二氧化碳，在煤層中，煤巖對其有更大的吸附分壓作用，這樣就降低了煤巖對甲烷的吸附，最大程度提高了甲烷的解析。研究表明，CO2比CH4具有更強(qiáng)的吸附性［14］，在同一溫度壓力情況下，相同煤樣對CO2的吸附能力是CH4的兩倍左右［15］。據(jù)杜鋒等(2015)研究認(rèn)為，若原子不帶電荷，則范德華能很小，且不會(huì)產(chǎn)生靜電，所以，煤巖會(huì)吸附大量CO2［16］。如圖1 顯示，當(dāng)壓力增加時(shí)，煤巖吸附量也隨之增加，而煤巖優(yōu)先選擇的CO2量也越大。當(dāng)冷凍劑在高壓流體作用下，揮發(fā)出大量CO2氣體的時(shí)候，必然會(huì)置換出大量CH4，從而起到增氣增產(chǎn)作用。

圖1 CH4 和CO2 氣體等溫吸附曲線Fig.1 Adsorption isotherms of CH4 and CO2

(3)對常見的幾種冷凍劑進(jìn)行了制冷效果比較，選擇了無毒、不可燃、不易爆、安全系數(shù)高的液態(tài)二氧化碳。二氧化碳沸點(diǎn)低，單位容積制冷能力強(qiáng)，其在高壓注入壓裂過程中，0 ℃以上就可形成固體水合物［17］；液態(tài)二氧化碳自膨脹性高，在地層熱交換中可氣化膨脹，達(dá)到相變增壓擴(kuò)縫的效果；其黏度小，密度也小，流動(dòng)性強(qiáng)，可以在管線和煤層縫隙中快速、大范圍流動(dòng)，增加冰凍范圍。

2 冷凍煤層壓裂工藝和壓裂液的選擇

2.1 工藝方式的選擇

冷凍煤層改造工藝，不同于以無水無傷害的液態(tài)二氧化碳為攜砂液進(jìn)行二氧化碳干法壓裂［18］，該工藝是通過水驅(qū)壓裂成縫，利用二氧化碳暫堵作用實(shí)現(xiàn)造長縫的目的，然后利用液態(tài)二氧化碳使煤體制裂。

二氧化碳臨界溫度31.06 ℃，氣液兩相臨界壓力7.383 MPa，密度1.816 kg/m3，黏度0.064 mPa·s。二氧化碳在常溫、6.079 8 MPa 壓力下冷凝成無色液體，再在低壓下迅速蒸發(fā)，凝結(jié)成一塊塊壓緊的冰雪狀固體物質(zhì)，其溫度是?78.5 ℃。冷凍煤層改造技術(shù)正是利用二氧化碳的這一性質(zhì)改造煤層，其作用主要有3 方面：(1)液態(tài)二氧化碳在裂縫中運(yùn)移時(shí)會(huì)蒸發(fā)氣化，遇水形成冰晶，起到暫堵作用，改變裂縫走向(石英砂被冰晶包裹，砂比更高，攜砂更遠(yuǎn)，造縫更長)；(2)冷凍后的煤層形成破碎裂縫，提高了煤層比表面積，增大了解吸面，增加產(chǎn)氣能力；(3)煤對二氧化碳吸附分壓作用可以降低煤對煤層氣的吸附，提高煤層氣解吸能力。

而在二氧化碳干法壓裂技術(shù)中二氧化碳則是被用作攜帶液，而非冷凍劑。二氧化碳干法壓裂對儲(chǔ)層傷害小，但由于其黏度低，攜砂能力差，摩擦壓降大，在儲(chǔ)層里容易濾失，導(dǎo)致其用量極高，造成成本居高不下。

2.2 壓裂液的選擇

在油氣田開發(fā)中，活性水和凍膠是常見的壓裂液，并且應(yīng)用效果也不錯(cuò)。從攜砂效果來看，凍膠壓裂液性能極優(yōu)，其濾失量小，黏度大，攜砂量高，但對于煤層氣井作業(yè)，儲(chǔ)層保護(hù)應(yīng)放在首位，凍膠壓裂液雖然攜砂量大，但其黏度高，很容易黏附在煤層中，由于煤層埋深較淺，地層溫度不高，凍膠壓裂液不易揮發(fā)，難以快速返排，相比活性水，凍膠壓裂液對地層傷害率達(dá)到了90%［19］。

目前在沁南盆地壓裂作業(yè)中普遍采用活性水壓裂液。所謂壓裂液對煤層傷害就是煤層吸附了大量壓裂液而造成了體積膨脹，所以要盡可能少地在壓裂液中添加有機(jī)物，從這一點(diǎn)考慮，活性水更適合作煤層壓裂液。叢連鑄通過吸附潤濕實(shí)驗(yàn)也證明了在煤樣中清水與KCl 活性水溶液膨脹量差別不大［20］。

在冷凍煤層壓裂作業(yè)中，還要考慮冷凍效率。因?yàn)樵诶鋬雒簩訅毫压に囍?，冰晶不僅來源于煤層縫隙里的儲(chǔ)層水，更多地來源于壓裂液。所以，壓裂液的冰點(diǎn)溫度直接決定了壓裂效果。

冰點(diǎn)是指在一定壓力(通常指101 325 Pa)下固態(tài)純?nèi)軇┡c溶液達(dá)到平衡時(shí)的溫度。一般情況下清水冰點(diǎn)為0 ℃，而活性水冰點(diǎn)要低于這個(gè)溫度，溶液凝固點(diǎn)降低公式如下。

式中，ΔTf為凝固點(diǎn)降低值，℃；Kf為已知溶劑凝固點(diǎn)降低常數(shù)；CB為溶質(zhì)質(zhì)量摩爾濃度，mol/kg。

假設(shè)使用2%KCl 活性水作為壓裂液，將Kf=1.86，CB=1 000×2%/74.5 mol/kg 代入式(1)，ΔTf=0.5℃，則其凝固點(diǎn)為?0.5 ℃。

更低的冰點(diǎn)需要消耗更多的能量，因此，從這方面考慮，清水是冷凍煤層壓裂作業(yè)中最佳壓裂液。

3 現(xiàn)場實(shí)施及效果評價(jià)

3.1 試驗(yàn)井地質(zhì)概況

沁水盆地地處山西東南部，四面環(huán)山，北靠五臺(tái)，南連中條，西望呂梁，東鄰太行。沁南煤層氣是整個(gè)煤層氣勘探開發(fā)的熱點(diǎn)地區(qū)，本次試驗(yàn)地點(diǎn)選在沁水盆地鄭村區(qū)塊X150-1 煤層氣井3 號煤層。通過煤層取心巖樣測定該區(qū)塊滲透率0.014×10?3～3.34×10?3μm2，屬于低～中等滲透率。

該區(qū)塊煤層埋深500～1 000 m，3 號煤層厚度4.51～6.51 m，噸煤含氣量10.78～25.29 m3，地層水中平均含有607.78 mg/L 鉀離子和鈉離子。頂?shù)装鍘r為泥質(zhì)灰?guī)r和黑色泥巖，還有部分為灰黑色砂質(zhì)泥巖。該地區(qū)3 號煤巖頂?shù)装搴穸确植挤€(wěn)定，直接頂板巖性厚度為2～20 m，蓋層橫向連續(xù)性好，直接底板巖性厚度3～12 m，小于直接頂板。

同井組鄰井X150-2 的3 號煤層采用普通水力加砂壓裂，本次壓裂施工重點(diǎn)關(guān)注臨井X150-2 井，并記錄臨井壓力變化。

3.2 實(shí)施過程

為觀察井筒內(nèi)溫度變化，在施工管柱中加裝了溫度計(jì)，包括耐低溫封隔器在內(nèi)的所有管柱部件耐低溫?40 ℃、耐高壓35 MPa，采取了油管注入的壓裂方式。施工過程如下。

(1)合理布置施工設(shè)備，連接液相與氣相施工管線。

(2)管線試壓。使用清水循環(huán)注水主壓車及地面管線，循環(huán)液返回大罐，對管線及井口清水試壓60 MPa；使用氮?dú)鈱Χ趸己偷獨(dú)夤芫€試壓50 MPa。

(3)向套管內(nèi)注入氮?dú)?，油管放噴至無液體噴出，關(guān)閉放噴閥門。

(4)泵注程序。對于油管注入，液相施工限壓50 MPa，氣相施工限壓45 MPa。油管壓力超過20 MPa 后油套管環(huán)空用氮?dú)庋a(bǔ)壓8～15 MPa，施工全程套管壓力不大于油管壓力。

泵注程序分4 個(gè)階段，施工液按順序依次注入。第1、第2、第3 階段循環(huán)過程相同：常規(guī)壓裂階段依次注入前置液、攜砂液、頂替液，低溫改造階段依次注入氮?dú)忭斕?、二氧化碳頂替、氮?dú)忭斕?。? 階段循環(huán)：常規(guī)壓裂階段依次注入前置液、攜砂液、頂替液。

(5)壓裂完成后測壓60 min，關(guān)井，悶井7 d，每小時(shí)記錄一次井口壓力。壓力高于5 MPa 繼續(xù)悶井，低于5 MPa 開井放噴。

X150-1 井低溫改造壓裂液用量411.87 m3，二氧化碳頂替液用量251.10 m3，氮?dú)庥昧?.16 萬m3，40/70 目石英砂12.44 m3，20/40 目石英砂5.13 m3。

3.3 低溫改造過程裂縫擴(kuò)展階段特征

泵注過程分為4 個(gè)循環(huán)(見圖2)，前3 個(gè)循環(huán)均包括常規(guī)壓裂和低溫改造2 個(gè)過程，第4 個(gè)循環(huán)屬于收尾階段，為常規(guī)水力壓裂。通過常規(guī)壓裂撐開裂縫，低溫改造冷凍煤基質(zhì)和裂隙水達(dá)到降低濾失、持續(xù)造縫的目的。

圖2 X150-1 井施工曲線Fig.2 Profiles of downhole temperature and pressure of Well X150-1

第1 次循環(huán)：在低溫改造階段以4 m3/min 排量注入149.7 m3液態(tài)二氧化碳，井筒溫度由10.96 ℃降至?3.65 ℃，低于清水壓裂液冰點(diǎn)，此時(shí)地層壓力為13.85 MPa，冰晶產(chǎn)生，根據(jù)周拿云(2013)［21］煤層氣井冰晶暫堵壓裂實(shí)驗(yàn)研究得到煤巖突破壓力梯度，經(jīng)計(jì)算此時(shí)凍結(jié)半徑為0.03 m。

由圖2 可知，低溫改造階段開始時(shí)，壓力急劇上升，說明形成的冰晶具有較好的封堵能力。這種封堵有效降低了壓裂液濾失量，能夠達(dá)到造縫轉(zhuǎn)向效果。后續(xù)氮?dú)忭斕鎸⒌? 次循環(huán)常規(guī)壓裂攜砂液造縫階段隔離開，避免低溫改造對水力改造造成的影響。

第2 次循環(huán)：以4.0 m3排量將65.9 m3液態(tài)二氧化碳輸送至冷凍點(diǎn)。井筒溫度由5.84 ℃降至?2.71℃，冷凍半徑為 0.028 m。

第3 次循環(huán)：液態(tài)二氧化碳注入量為35.5 m3，計(jì)算得到凍結(jié)半徑為0.029 m。

第4 次循環(huán)進(jìn)行常規(guī)水力壓裂，將經(jīng)過多次低溫、回溫后的煤體壓裂。

冷凍煤層壓裂采取交替泵注方式。若將制冷劑和水直接注入地層，會(huì)導(dǎo)致在縫隙前緣形成冰晶，堵塞縫隙，進(jìn)而影響后續(xù)壓裂液注入，最終導(dǎo)致施工壓力提升。泵注程序先加砂壓裂，進(jìn)行造縫并且擴(kuò)大縫隙，然后再泵注氮?dú)?、液態(tài)二氧化碳，對先期進(jìn)入儲(chǔ)層的壓裂液進(jìn)行冷凍，形成冰晶，一是產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，擴(kuò)展儲(chǔ)層裂隙寬度［12］，二是實(shí)現(xiàn)冷凍煤巖和暫堵的效果，再泵注氮?dú)?，將下一階段的壓裂液與先期冰凍后較低溫度的壓裂液隔離，使其擴(kuò)大和延伸縫隙，為下一個(gè)冰凍點(diǎn)擴(kuò)展空間，如此循環(huán)重復(fù)，直至完成設(shè)計(jì)。實(shí)踐表明，在作業(yè)中冰晶表現(xiàn)了很強(qiáng)的封堵能力，但封堵范圍有限。CO2注入煤層后作用機(jī)理是煤體孔隙中的液態(tài)水被冷凍后轉(zhuǎn)化為冰晶，體積膨脹，從而撐脹煤巖縫隙，擴(kuò)大裂隙空間。煤層冷凍起到的是暫堵作用，目的是使壓裂液濾失降低和有效轉(zhuǎn)向造縫，冷凍半徑并不需要非常大，只需達(dá)到促成轉(zhuǎn)向壓裂、減少壓穿煤層、降低漏失的效果，這樣，就可達(dá)到更有效擴(kuò)展裂隙、產(chǎn)生新裂隙且持續(xù)造新縫的目的。

3.4 不同壓裂工藝施工效果對比

X150-2 井與X150-1 井位于同一井場，具有相同的地質(zhì)條件、煤層特點(diǎn)和產(chǎn)氣潛力。X150-2 井采用常規(guī)水力壓裂，每個(gè)泵注階段均沒有明顯破裂壓力(圖3)，而X150-1 井注低溫氣體階段則出現(xiàn)壓力驟升(圖2)，分析認(rèn)為X150-1 井形成了冰晶，起到了暫堵作用，從而出現(xiàn)壓力驟升現(xiàn)象，可以起到壓縮煤基質(zhì)、降低濾失量、建立有效孔裂隙通道的效果。

圖3 X150-2 井施工曲線Fig.3 Treatment profile during cryogenic fracturing in Well X150-2

從表1 中可以明顯看出，在相同儲(chǔ)層和井筒條件下，采用冷凍煤層壓裂方式的X150-1 井最高施工壓力明顯高于采用常規(guī)水力壓裂方式的X150-2 井。在低溫狀態(tài)下煤層所能承受的破裂壓力升高，因此常規(guī)水力壓裂施工壓力受限較大，冷凍煤層提高了施工壓力限制區(qū)域。充分證明了冷凍煤層比常規(guī)水力壓裂具有更好的封堵能力和防漏失效果，可達(dá)到有效造縫轉(zhuǎn)向、持續(xù)造縫的目的。

表1 X150-2 井和X150-1 井施工參數(shù)對比Table 1 Comparison of treatment parameters between Wells X150-2 and X150-1

從后期排采效果可以看出，X150-1 井解吸時(shí)間要早于X150-2 井，從產(chǎn)氣效果來看，X150-1 井日產(chǎn)氣3 052 m3/d，高于X150-2 井日產(chǎn)氣912 m3/d，進(jìn)一步證明了煤層對CO2吸附能力高于CH4，低溫改造過程中，不僅產(chǎn)生大量孔裂隙，而且大量的CH4氣體被CO2置換出。從長期排采效果看，排采初期X150-1井的日排水1.7 m3，高于X150-2 井的日排水0.8 m3，在后期液面降至煤層附近后，X150-1 井的日排水仍有0.5 m3，而X150-2 井的日排水只有0.1 m3，再次證明了冷凍煤層措施效果要好于使用常規(guī)水力壓裂改造的X150-2 井。

3.5 經(jīng)濟(jì)性分析

沁南盆地煤層改造措施通常為水力壓裂，X150-2 井水力壓裂后單井平均日產(chǎn)氣800 m3/d，相同儲(chǔ)層條件的X150-1 井冷凍煤層措施后單井平均日產(chǎn)氣2 500 m3/d，考慮到單井氣量增長期、穩(wěn)產(chǎn)期和遞減期綜合影響，預(yù)計(jì)X150-1 單井年平均創(chuàng)效90 萬元，X150-2 井年平均創(chuàng)效25 萬元，5 年可分別創(chuàng)效450 萬元和125 萬元。

由于液體二氧化碳的儲(chǔ)存和運(yùn)輸需要特殊的轉(zhuǎn)運(yùn)車輛，致使冷凍煤層壓裂技術(shù)要求較高。單井冷凍煤層壓裂成本為190 萬元，單井常規(guī)水力壓裂成本為30 萬元，因此，應(yīng)用該技術(shù)更要注重措施選井。該技術(shù)主要適用于漏失嚴(yán)重、易出現(xiàn)壓竄現(xiàn)象的煤層氣井改造。在措施改造選井過程中，在易壓穿、煤粉含量較大、曾經(jīng)有過高產(chǎn)歷史、周圍有含水層的井內(nèi)應(yīng)用該技術(shù)更具有實(shí)施價(jià)值。該技術(shù)作為診療性措施改造手段，是常規(guī)水力壓裂技術(shù)的有效補(bǔ)充。

4 技術(shù)優(yōu)劣勢

技術(shù)優(yōu)勢：(1)適用于壓力低儲(chǔ)層，可減少漏失量，有利于造長裂縫，形成產(chǎn)氣通道。(2)壓裂液對煤層傷害較小。煤巖基質(zhì)孔隙小，吸附性強(qiáng)，外來流體進(jìn)入煤巖裂縫系統(tǒng)后，其所含的微粒、膠液殘?jiān)热菀锥氯簬r孔隙，造成滲透率下降，煤基質(zhì)膨脹加劇了這一現(xiàn)象。冷凍煤層壓裂技術(shù)所使用的是清潔水壓裂液，所含微粒及雜質(zhì)較其他壓裂液類型更少，本身就減少了對儲(chǔ)層的傷害，其次，冷凍過程中的冰晶暫堵能獲得較高的施工壓力，壓縮了煤基質(zhì)體積，可以在一定程度上抵消壓裂液造成的煤基質(zhì)膨脹。(3)煤對CO2的吸附能力要高于對CH4的吸附能力，所以，冷凍煤層壓裂技術(shù)使用的液態(tài)CO2可提高CH4解吸能力。(4)擴(kuò)大煤巖解吸面積，降低壓敏影響。由于煤巖應(yīng)力敏感性較高，傳統(tǒng)水力壓裂容易造成壓敏傷害，而液態(tài)CO2蒸發(fā)時(shí)大量吸熱，造成煤巖局部不均勻降壓，進(jìn)而導(dǎo)致其受力不均，由此形成破裂裂縫，在施工壓力解除后，仍能夠擴(kuò)大表面積，增加解吸面，達(dá)到增產(chǎn)效果。

技術(shù)劣勢：(1)液體二氧化碳造價(jià)成本相比普通水力壓裂要高很多。液體二氧化碳具有低溫和液態(tài)兩種物理特性，常溫氣態(tài)加工成液態(tài)對生產(chǎn)環(huán)境要求較高，同時(shí)，也不得不考慮低溫二氧化碳運(yùn)輸和保存所需成本問題。(2)需要提高套管在冷凍施工過程對溫度耐受程度。注入井筒的低溫二氧化碳是通過井口套管導(dǎo)入地下煤層中的，因常規(guī)套管難以耐受超低溫度，而且需要經(jīng)過多次長時(shí)間注入，這也要求施工過程中使用更高規(guī)格的井下工具。(3)安全性也是施工過程必須考慮的因素。低溫二氧化碳在施工操作過程中可能造成接觸凍傷，需要投入更高的安全防護(hù)成本。

5 結(jié)論

(1)與常規(guī)水力壓裂施工曲線的平滑性不同，由于低溫改造過程中出現(xiàn)了冰晶暫堵現(xiàn)象，壓力急劇上升，這某種程度上達(dá)到了降低壓裂液濾失量、使煤層裂縫轉(zhuǎn)向并且持續(xù)不斷造縫的目的；冰晶具有很強(qiáng)的封堵能力，但封堵范圍有限，所以用其進(jìn)行轉(zhuǎn)向壓裂要比降低壓裂液濾失量效果更好。

(2)與地質(zhì)條件、儲(chǔ)層埋深相差不大的鄰井X150-2 井對比，采用冷凍煤儲(chǔ)層壓裂工藝的X150-1井生產(chǎn)效果優(yōu)于采用常規(guī)水力壓裂工藝的X150-2井，前者日產(chǎn)氣長期穩(wěn)定在2 000 m3以上，日產(chǎn)水最高1.6 m3，目前穩(wěn)定在0.6 m3，后者日產(chǎn)氣800 m3，日產(chǎn)水最高0.7 m3，目前0.1 m3。由此判斷冷凍煤儲(chǔ)層壓裂工藝在造縫長度、造縫范圍、控制壓敏傷害、增加孔隙度方面要優(yōu)于常規(guī)水力壓裂作業(yè)。

(3)目前液體二氧化碳較高的生產(chǎn)造價(jià)仍然是制約煤層改造技術(shù)發(fā)展的重要原因，在多口鄰井中均采用冷凍煤層改造儲(chǔ)層技術(shù)勢必增加成本，因此建議在煤質(zhì)較軟、改造難度大、滲透率較低、多手段難以達(dá)到改造效果的煤層中應(yīng)用該技術(shù)。