张遇飞，乔慧明，许晓晨，刘凯，李波波

（山西兰花煤层气有限公司，山西 晋城 048000）

摘  要：针对沁水盆地煤层气水平井压裂工艺中裂缝控制不准、段间干扰严重等问题，通过参数优化设计(黏度30mPa·s、排量8~10m²/min、砂比25%~30%）、差异化分段策略,6段压裂,段间距35~55m及裂缝扩展模拟,构建多目标优化模型并实施现场应用。结果表明:裂缝长度提升35%至92m，日均产气量提高55%达6500m²，投资回报率提升至58.9%;碳排放强度降低33%至1.2tC0,e/万m²气。优化工艺显著提升开发效益与环境友好性，为煤层气高效开发提供技术支撑。

关键词：煤层气;水平井；多段压裂;工艺优化

0 引言

水平井多段压裂技术是实现煤层气高效开发的核心手段，但在实际应用中普遍面临3个挑战：裂缝扩展受非均质煤层影响导致控制偏差、段间应力干扰造成有效改造体积缩减、施工效率低下推高开发成本。现有研究表明，优化压裂参数组合与分段策略可改善裂缝网络形态，但缺乏地质约束与动态调控协同的完整解决方案。本研究以沁水盆地南部水平井为工程案例，通过地质力学特性与工艺缺陷的关联分析，提出融合参数优化、段数调控及实时反馈的系统性工艺改进方案，旨在突破产量瓶颈并提升经济效益。其成果将为我国煤层气产业规模化开发提供关键技术参考，同时对推动清洁能源替代与碳中和目标实现具有实践价值。

1 工程概况

沁水盆地南部某典型煤层气水平井目标层位为山西组3#煤层，该煤层赋存于石炭-二叠系含煤地层。

区域地质构造表现为宽缓背斜，整体呈单斜形态，地层倾角介于3°～8°之间。目标煤层厚度为8～12m,平均厚度10.2m,埋藏深度控制在850～1050m范围。煤层含气量具有显著非均质性，实测数据显示含气量梯度变化明显：井筒中段含气量达18m²/t,向东西两翼递减至12m²t。煤体结构特性表现为原生结构煤与碎裂煤互层发育,镜质组反射率（Ro)为1.8%~2.1%，属于中高变质程度烟煤。

煤层渗透率测试结果呈现各向异性特征，水平渗透率介于(0.5 ~3.0)x10-²μm,垂直渗透率仅为水平渗透率的1/5 至1/3。煤岩力学参数测试表明，抗压强度均值为15.8MPa,杨氏模量1.8GPa,泊松比0.28。这种低强度、高泊松比的力学特性，在开展压裂作业时易导致裂缝形态复杂化。水文地质条件显示煤层顶板存在10m厚砂岩含水层，含水饱和度65%，该水文环境对压裂液滤失控制提出特殊要求。地质背景综合特征表明，该井实施多段压裂需重点处理3个矛盾：煤层非均质性导致的裂缝扩展不均衡、顶板含水层引发的支撑剂沉降风险，以及低渗透条件要求的裂缝导流能力提升需求。

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