煤炭学报

作者：杨睿月, 刘奕文, 李宇, 周蒙蒙, 公衍瑾, 黄中伟,

关键词：深部煤层气, 体积压裂, 定向射孔, 流量分配, 支撑剂运移, CFD-DEM,

我国深部煤层气资源丰富，开发利用潜力巨大，有望成为我国天然气供应的重要补充。但是，当前深部煤层气开发工艺尚处于探索阶段，储层改造主要采用大规模体积压裂工艺，存在产气效果差异大、产量递减速度快的问题，缺乏与地质条件精准配套的增产技术体系。“定向射孔+靶向控缝+精细压裂”有望成为深部煤层气地质适配性的压裂工艺方法。提出了7种深煤层水平井定向射孔布孔模式：定向水平向、4点钟—8点钟定向向下、扇面定向向下(向上)、扇面定向向下(向上)+水平向(240°布孔)、直线定向向下(向上)。为了研究定向射孔模式下深煤层水平井孔/簇间进液、进砂分布的均衡性，采用计算流体动力学与离散元耦合方法(CFD-DEM)，建立了水平井筒颗粒运移流固耦合模型，研究了不同定向射孔布孔模式、排量、砂比、段内簇数、组合粒径支撑剂影响下，段内簇间及簇内孔间流量分配及支撑剂分布特征。结果表明：不同定向射孔方式下孔/簇间流量与支撑剂分配均匀性各异，其中240°定向射孔(扇面向下或向上+水平方向)孔间流量分配均匀性较好，240°定向射孔和4点钟—8点钟定向向下射孔孔间支撑剂分配均匀性较好。大排量( > 16 m3/min)、控砂比(携砂液阶段最高砂比 < 25%)、提升小粒径支撑剂占比(0.212/0.109 mm、0.380/0.212 mm、0.550/0.270 mm质量比为6∶3∶1)、段内3～4簇，有利于孔/簇间流量与支撑剂的均匀分布，提升储层改造的均衡性。鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气现场应用表明定向射孔产气量高于常规螺旋射孔，“扇面向下+水平向(240°布孔)”定向射孔增产效果最显著。建议深部煤层气储层改造根据井眼轨迹在煤层中的位置(特别是与亮煤的相对位置)，开展“一簇一策”射孔设计，诱导裂缝定向起裂、靶向沟通“地质–工程”双甜点，实现“定向导控、差异设计、均衡加砂、有效支撑”的改造目的。研究结果有望为深部煤层气优质高效压裂提供理论基础与参数借鉴。

来源：2025年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

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