本書實驗挑選了目前煤層氣直井所用的活性水、胍膠、多組分酸等常規壓裂液配方，系統分析了這些壓裂液在施工過程中對煤儲層導流能力的正、負效應，構建了相應的數理模型，優化了泵注參數，并進行了現場應用和效果評價。通過室內氮氣/二氧化碳與甲烷氣體的置換驅替實驗，考慮解吸過程中基質收縮效應，初步揭示出氮氣/二氧化碳置換甲烷過程中煤基質收縮/膨脹影響下的滲透率變化規律；通過二氧化碳與水反應形成的碳酸溶液作用煤前/后的滲透率測試，得出作用煤前/后滲透率的變化規律。通過煤層氮氣伴注壓裂工藝和二氧化碳壓裂工藝應用實例，評價了其應用效果和適用性。后，根據典型區的煤儲層和圍巖特征，闡述了多煤層合層壓裂、連續多次壓裂等特殊活性水壓裂工藝的技術原理和適用性。本書所反映的研究成果豐富了我國煤層氣直井儲層改造理論，為現場不同煤儲層改造工藝施工提供了重要的借鑒。本書可供煤層氣地質及勘探開發領域的高年級本科生、研究生及科研院所的科技人員、工程技術人員參考使用。
筆者以目前國內常見的煤儲層壓裂工藝技術為研究對象，對不同的壓裂液與煤層的配伍性進行了分析和研究，設計了不同壓裂液下煤儲層改造的泵注程序，并對其適應性進行了初步評價。本書所反映的研究成果豐富了我國煤層氣直井儲層改造理論，為現場不同煤儲層改造工藝施工提供了重要的借鑒。
倪小明，河南理工大學，教授，河南省高校科技創新人才、河南省青年骨干教師，河南省煤層氣工程創新團隊和構造煤創新團隊研究骨干。 主要從事瓦斯地質與煤層氣勘探開發領域的科研與教學工作。主持或參與了油氣重大專項、“973”、國家自然基金、河南省重大公益項目、企業委托項目等項目20余項。獲省部級二等獎3項，三等獎3項。
及時章緒論001
及時節煤層氣直井儲層改造技術研究意義002
第二節國內外煤層氣井壓裂工藝技術進展004
一、煤層氣儲層改造技術研究進展004
二、壓裂液配方研究進展010
三、壓裂液對煤儲層傷害研究進展015
四、壓裂工藝參數優化研究進展016
第三節煤層氣直井儲層改造技術研究方案018
一、主要研究內容018
二、研究方法與技術路線019
三、預期目標019
第二章煤層氣直井儲層改造技術一般工藝流程與類型021
及時節煤儲層改造的目的與特殊性022
一、煤儲層改造的目的022
二、煤儲層改造的特殊性022
第二節煤層壓裂與砂巖層壓裂的異同024
一、煤層壓裂與砂巖層壓裂的相同點024
二、煤層壓裂與砂巖層壓裂的不同點025
第三節煤層氣直井儲層改造的一般工藝流程029
第四節煤儲層改造類型劃分及工藝選型033
一、煤儲層改造類型劃分關鍵指標的確定033
二、煤儲層改造類型劃分關鍵指標臨界值的確定及劃分034
三、煤儲層改造工藝選型建議036
第三章活性水常規改造單一煤層關鍵技術與應用038
及時節活性水常規改造單一煤層關鍵技術039
一、開發層系的選擇039
二、射孔方式及密度選擇040
三、壓裂液配方實驗挑選042
四、支撐劑的選擇045
五、不同煤體結構活性水壓裂裂縫形態051
六、不同煤體結構活性水壓裂泵注參數優化064
第二節活性水改造單一煤層應用與效果評價068
一、低中滲Ⅱ類煤為主儲層活性水改造技術應用068
二、低滲Ⅲ類煤為主煤儲層活性水改造技術應用071
第四章酸化壓裂改造煤層關鍵技術與應用077
及時節酸化壓裂改造煤層關鍵技術078
一、開發層系的選擇078
二、酸化壓裂液配方挑選078
三、不同煤階煤酸化前后表面結構及滲透率變化特征093
四、酸液與其他不同壓裂液混合壓裂泵注程序設計118
第二節酸化壓裂煤層適用性評價及應用119
一、現場應用120
二、適用性評價120
第五章胍膠壓裂改造煤層關鍵技術與應用122
及時節胍膠壓裂液低溫破膠劑實驗挑選123
一、實驗方案123
二、實驗測試結果124
三、破膠劑實驗挑選結果129
第二節HPG壓裂煤儲層的主要傷害負效應研究129
一、HPG壓裂液引起支撐劑導流能力變化研究130
二、破膠液對煤心滲透率傷害實驗研究133
第三節胍膠壓裂液改造煤儲層綜合導流能力研究136
一、HPG壓裂工藝流程137
二、壓裂造縫時裂縫長度和寬度計算137
三、HPG攜砂形成的有效支撐裂縫形態138
四、不同條件下支撐劑鋪置有效支撐縫長149
五、HPG和活性水壓裂導流能力對比155
第四節胍膠壓裂泵注程序設計158
第五節胍膠壓裂工藝的工程應用與適用性評價159
一、研究區地質概況160
二、HPG壓裂主要參數的確定160
三、煤層氣直井壓裂效果評價161
四、胍膠壓裂液適用性評價162
第六章氮氣伴注壓裂改造煤層關鍵技術與應用165
及時節注氮氣對煤儲層的增能作用166
一、二元氣體等溫吸附/置換實驗研究166
二、注氮氣引起的儲層壓力變化規律168
第二節注氮氣對煤儲層的增透作用172
一、氮氣驅替甲烷過程煤基質變形規律172
二、注氮氣引起的煤孔裂隙結構變化特征179
三、注氮氣對煤儲層孔裂隙導流能力的影響180
第三節氮氣伴注壓裂工程應用及適用性評價184
一、水力壓裂伴注氮氣提高煤層氣直井采收率的影響因素184
二、氮氣伴注壓裂工程應用185
三、氮氣伴注壓裂適用性評價187
第七章二氧化碳壓裂改造煤層關鍵技術與應用190
及時節CO2注入后吸附-解吸及置換特征191
一、注CO2后氣體吸附-解吸特征191
二、注CO2后置換CH4特征196
三、超臨界條件下注CO2后氣體吸附、解吸、置換特征199
第二節CO2注入后的化學作用引起煤儲層滲透率影響機理205
一、CO2注入后化學作用引起的煤儲層滲透率變化特征206
二、CO2注入后化學作用引起的滲透率變化機理217
第三節CO2注入后物理作用引起煤儲層滲透率變化特征222
一、CO2注入后物理作用引起的煤儲層滲透率變化實驗研究222
二、CO2置換CH4過程滲透率變化特征227
第四節CO2壓裂技術工程應用及適用性評價236
一、二氧化碳泡沫壓裂工程應用237
二、二氧化碳泡沫壓裂的適用性240
第八章幾種特殊活性水改造煤層關鍵技術與應用241
及時節多煤層合層壓裂改造關鍵技術與應用242
一、多煤層合層投球壓裂技術原理242
二、合層水力壓裂關鍵參數優化243
三、應用效果評價247
第二節連續多次水力壓裂煤層關鍵技術與應用249
一、連續多次水力壓裂技術原理249
二、晉城礦區連續多次水力壓裂裂縫展布特征250
三、應用效果評價258
第三節單一煤層重復水力壓裂綜合選井技術259
一、單一煤層重復水力壓裂選井評價指標的構建259
二、基于多層次模糊綜合評價的重復水力壓裂選井方法261
三、應用與評價262
參考文獻266
