煤储层压裂轻质陶粒支撑剂粒级配比优化

水力压裂是目前煤储层改造增透的主要技术措施之一,支撑剂在压裂裂缝中的铺置范围和输送距离是衡量水力压裂效果的重要指标。针对潞安矿区煤储层特点,采用物理实验和数值模拟方法,对比分析试验煤层气井压裂支撑剂导流能力、铺砂范围、粒径组合等因素对裂缝导流能力的影响,筛选出最优的支撑剂粒径和粒级配比。结果表明,随着闭合压力增大,不同粒径覆膜轻质陶粒支撑剂对裂缝导流能力降低;相同粒径覆膜轻质陶粒在裂缝中形成的砂堤和铺砂区长度是传统石英砂的2倍左右;40~60目(0.25~0.38 mm)、16~40目(0.38~1.00 mm)、12~20目(0.83~1.40 mm)3种粒级覆膜轻质陶粒中,12~20目压裂裂缝长度、支撑缝长和平均支撑剂浓度最小,而导流能力最高;当3种粒级40~60目、16~40目、12~20目配比为1∶6∶2时,覆膜轻质陶粒压裂效果最好,平均裂缝缝长320 m,裂缝宽度0.672 cm,支撑剂密度5.16 kg/m2,裂缝导流能力为1.263。潞安矿区煤层气井采用覆膜轻质陶粒支撑剂压裂时,通过优化支撑剂粒度配比,显著提高裂缝导流能力,以提高煤储层渗透性和煤层气开采效果。      

鄂尔多斯盆地东部深部煤层气井压裂工艺及实践

鄂尔多斯盆地东部深部煤层气（埋深大于1 200 m）资源丰富,是下步煤层气勘探、开发的重点。与浅部煤层压裂相比,深部煤层压裂存在诸多挑战（地应力、闭合应力、破裂压力高,岩石力学参数复杂等）。通过对比现有煤层压裂工艺,以鄂尔多斯盆地东部深部煤层（埋深约2 000 m）为例,探索了采用油管+循环滑套+封隔器+喇叭口施工管柱和低浓度线性胶压裂液体系对深部煤层进行压裂作业,施工比较顺利,见气快,产气效果比较理想（产气量大于800 m3/d）。通过2口井的现场作业实践,证明了该工艺技术简单、易行、有效,为后续深部煤层气的勘探开发提供可借鉴的工艺技术。      

煤岩对压裂裂缝长期导流能力影响的实验研究

煤层中一般都伴有煤层气,通过压裂可以将煤层气释放出来,一方面能够获得清洁能源,另一方面可以提高煤田的安全开采。煤岩层自身特点决定了其在压裂中应用的实验评价方法及结论应具有特殊性,本文主要针对煤层气井的煤岩层压裂裂缝长期导流能力进行实验评价研究。实验表明,与砂岩地层不同,煤岩的硬度较小,压裂中支撑剂嵌入情况较严重;煤岩易破碎,碎屑颗粒充填到支撑剂中;同时支撑剂存在破碎及吸附伤害等,多种作用导致支撑裂缝的导流能力降低。实验中,以煤岩层闭合压力为一个重要的参数,实验对比分析了在不同闭合压力下,铺砂浓度、支撑剂粒径、支撑剂种类及组合的选择、支撑剂颗粒的破碎与嵌入、压裂液残渣等因素对煤岩层导流能力的影响。本文的实验结论为,嵌入对煤岩层支撑裂缝的导流能力伤害很大,加大铺砂浓度、采用低破碎率支撑剂、降低压裂液伤害能在一定程度上提高煤层裂缝的导流能力,但影响程度随闭合压力的增加而逐渐降低。本文所得出的结论对今后煤层气的开发及设计施工具有一定的指导意义。     

滇东地应力场深度分带及其对煤储层渗透率控制

地应力贯穿于煤层气生产整个过程,对煤层气的勘探选区和工程实施具有重要的现实意义。为研究滇东地应力特征,收集了滇东地区15口井（35层煤）注入/压降试井数据。研究发现：滇东煤层埋深介于497.12～1 234.31m（平均780.44m）,破裂压裂介于10.26～22.31MPa（平均16.55MPa）,闭合压力介于9.75～21.44MPa（平均15.52 MPa）。煤层的破裂压力与埋深、闭合压力均表现正相关性。滇东地区垂向地应力场可划分3部分,分别是走滑断层应力场（<700m）、过渡应力场（700～1 000m）和正断层应力场（>1 000m）。滇东地区煤储层渗透率为0.004 5～1.86mD（平均0.187 9mD）,随着埋深的增加,表现为“先降低后增加”的趋势,与地应力场转化位置基本一致。煤储层天然裂缝的发育规律与现代地应力场垂直分布特征,共同控制滇东地区煤储层的渗透率。     

焦作煤田恩村井田煤层气赋存特征与开发利用前景

根据煤田地质勘查和煤层气参数井资料,对焦作煤田恩村井田煤层气赋存的地质条件和煤层气储层特征进行了分析,认为井田内煤层气含量与煤层厚度、煤层埋深、煤层割理发育程度、围岩气密性呈正相关,且明显受构造控制。以F5断层为界将井田分为北块段和南墙向斜主体块段两个富集区。初步预测井田内二1煤层气总资源量160亿m3,有较大开发潜力,由于该区煤层渗透率、储层温度较低,煤破裂压力与闭合压力差值小,不利于通过压裂产生有效延伸长度和导流能力的裂缝,建议设计施工水平井或多分支水平井,以增加煤层气产能。     

高阶煤煤层气直井低产原因分析及增产措施

我国煤层气井普遍产量低、开发效果差,主要原因是增产改造措施与地质条件匹配性差。通过分析沁水盆地南部郑庄区块直井的低产原因,提出针对性增产措施,并分析相关措施的增产机理及地质适应性,优化增产措施施工参数,并开展实践验证。研究和实践结果表明,埋深大的地区,裂缝开启困难,实施重复压裂可使裂缝转向并增加裂缝长度,增产效果较好。为了充分释放应力,实现裂缝偏转,重复压裂前排采时间至少应在1 000 d以上,重复压裂施工应降低支撑剂用量,且细砂应分段加入;碎裂煤-碎粒煤整体发育的煤层,直接压裂时裂缝延伸较短,实施间接顶板压裂可获得高产,压裂层位顶界至煤层顶板间隔距离为0.5~1.5 m,压裂液排量为5.0~5.5 m3/min,射孔段长度为1.5~2.0 m,单位射孔层段压裂液量为200~300 m3/m时增产效果最好;天然裂缝发育区,实施投球压裂实现裂缝转向,可大幅提高产量,该工艺适应于施工压力下降且低于15 MPa、日产水量为2~5 m3的低产井,其增产措施为先实施以细砂为主的小型预压裂封堵原裂缝,然后投球封堵部分原射孔孔眼,双重封堵可大幅提高重复压裂时的施工压力,形成新裂缝。研究成果对高煤阶煤层气井低产原因分析及增产治理具有指导和借鉴作用。      

沁水盆地和顺区块15号煤储层特征及试采效果分析

在分析和顺区块太原组15号煤层的孔隙裂隙特征、吸附特性、含气性、煤体结构和储层压力的基础上,结合后期试采效果,认为在埋深1 000m以浅15号煤储层的低含气量、低解吸压力和低储层压力是制约煤层气井低产的根本因素;在1 000m以深,15号煤储层在含气量高、解吸压力和储层压力高的有利储层条件下,实施合适的压裂和排采工程工艺,单井产气量可实现高产稳产.     

太原西山区块煤储层地应力分布特征及评价

地应力是影响煤层气开发的关键参数,为了分析太原西山区块煤储层地应力条件,为煤层气勘探开发提供理论依据,采用水力压裂法测量地应力,统计了太原西山区块35口井煤储层地应力资料,获取二叠系山西组2号煤储层地应力与煤层埋深之间的相关关系,阐明了现今地应力分布特征。结果表明,研究区山西组2号煤层破裂压力梯度、闭合压力梯度和煤储层压力梯度的平均值分别为4.77 MPa/hm、2.82 MPa/hm和0.6 MPa/hm;2号煤层最小水平主应力梯度、最大水平主应力梯度和垂直主应力梯度的平均值分别为2.82 MPa/hm、3.24 MPa/hm和2.7 MPa/hm。主应力均随煤层埋深增加呈线性规律增高。根据最小水平主应力的大小,将研究区划分为低应力区、中应力区、高应力区3个区。      

煤层顶板定向长钻孔水力加砂分段压裂技术与装备

针对碎软煤层渗透率低、瓦斯抽采衰减快、压裂不均匀、裂缝易闭合、瓦斯抽采效果差、无法实现区域瓦斯超前预抽的问题,提出了煤层顶板定向长钻孔水力加砂分段压裂强化瓦斯抽采的技术思路,研发适合煤矿井下煤层顶板定向长钻孔水力加砂分段压裂煤层增透技术,研制了成套的煤矿井下水力加砂压裂泵组装备、定向喷砂射孔装置及工具组合、防砂封隔器及工具组合。水力压裂泵组装备最大排量90 m3/h,最大泵注压力70 MPa,最大携砂能力20%,支撑剂粒径小于等于1 mm;定向喷砂射孔装置通过水压驱动喷射器定向,最大旋转角度180°;防砂封隔器最大承压70 MPa,最大膨胀系数为2。研发的定向长钻孔连续定向喷砂射孔工艺技术和定向长钻孔拖动式水力加砂分段压裂工艺技术,在山西阳泉新景煤矿井下开展工程试验,完成2个压裂钻孔(孔深均为609 m)共计16段水力加砂分段压裂施工,累计实施80次定向喷砂射孔作业,石英砂的体积分数2%~3%,定向喷砂射孔压力22.6~28.6 MPa,共计使用石英砂19.8 t;水力加砂分段压裂单段注入压裂液153.8~235.1 m3、核桃壳砂的体积分数2.02%~2.56%,累计注入压裂液2 808.57 m3,注入核桃壳砂36.47 t;综合评价本次水力加砂分段压裂影响半径为20~38 m,统计分析压裂后2个钻场100 d瓦斯抽采数据,1号钻场、2号钻场日均瓦斯抽采纯量分别为1 025、2 811m3。试验结果表明:压裂装备加砂量大,施工排量大,能够实现连续作业,压裂后煤层透气性显著增加,极大地提高瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量。研究成果对碎软煤层区域瓦斯增透提供新思路,为我国类似矿区区域瓦斯超前治理提供技术借鉴。      

渝东南地区超深层煤层气高效压裂技术及精细排采制度研究与实践

我国煤层气开发主要集中在中浅煤层,深部?超深部煤储层地质条件更加复杂,储层压裂改造技术及排采管控技术是影响深部煤层气井能否成功开发的两大关键。渝东南地区龙潭组煤层埋深可达2 000 m,且该区没有超深煤层气井开发经验可供借鉴。基于此,以渝东南地区NY1井为例,通过优化压裂工艺,以减阻水压裂液体系为基础,按照大排量、低砂比、段塞式、不同粒径复合加砂的技术思路完成该井的压裂施工;在排采过程中,采用分段控制、逐步降速、适时调整、无套压生产的方式,尽可能增加煤层气井见气前返排率,扩大供气半径,并且避免液面大幅波动形成速敏效应影响煤储层渗流通道。结果表明:NY1井压裂过程中施工压力平稳,未见砂堵现象,排采过程中保持了日产气量2 800~3 000 m3。根据生产实际,NY1井实现了高产和稳产,该井的压裂工艺和排采制度的成功实施,对超深煤层气井的理论研究和实际开发具有一定的指导意义。      

煤层气井压后返排工艺

煤层气井压后返排,是关井待压力扩散一段时间后放喷,还是及时放喷,一直未能形成统一的认识。从压裂液、压力、关井时间等3个方面进行分析,认为煤层气井压裂后应及时放喷返排,建议时间控制在30 min内。同时根据煤层气井压裂后支撑剂立即沉降、颗粒之间出现胶结的特点,建立了压裂液返排模型。计算结果表明:压后返排时先用小油嘴控制放喷,然后逐步更换较大的油嘴放喷或者敞喷,及时返排压裂液,缩短返排时间。在煤层气井压后返排设计时,为定量选择放喷油嘴直径提供了重要的理论依据。      

大宁?吉县区块深层煤层气井酸化压裂产气效果影响因素分析

大宁?吉县区块深层8号煤层面积大、厚度大、分布广、煤层气资源富集,体积酸压后试采获得突破,但试采井产能差异大,产能主控因素不明确,严重制约煤层气开发进程。针对大宁?吉县区块2 000 m以深的上石炭统本溪组8号煤层试采井,从地质条件、酸压施工和排采制度中选取28个典型评价指标,运用灰色关联方法对煤层气井酸压后产能进行敏感性分析并提出相应技术对策。结果表明:酸压施工因素对产能的影响高于地质因素和排采因素;砂量、酸量、见气前产水指数、泥质含量和阵列感应电阻率是影响该区块气井产能的主控因素,可将阵列感应电阻率和泥质含量作为筛选有利区的重要指标;提出采用低密度、低粒径支撑剂提高支撑剂运移距离与支撑裂缝长度;控制排采速度不超过200 m3/d,以保证深层煤层气平稳连续产出。该研究可为深层煤层气有利区筛选、施工参数优化以及排采制度调整提供参考。      

煤层气井整体压裂及排采技术研究--以延川南煤层气田为例

为了促进煤储层改造效果,有效实现井间干扰,提升气井产气水平,通过整体压裂试验,在单井排采制度基础上,建立煤层气井整体排采制度,并进行排采参数定量化研究。结果表明:以储层压力(P_c)、临界解吸压力(P_j)和井间干扰压力(P_r)为井底流压关键控制节点,将整体排采制度划分为5个阶段,分别是井底流压快速调整阶段、井底流压缓慢调整阶段、井底流压基本一致阶段、同步降压排采阶段和井间干扰阶段;其中,井底流压快速调整阶段日降流压小于0.08MPa,井底流压缓慢调整阶段小于0.02MPa,井底流压基本一致阶段小于0.01MPa,同步降压排采阶段和井间干扰阶段小于0.005MPa。经过现场试验和应用,整体压裂的两个平台15口煤层气井,通过整体排采降压,产气效果明显好于相邻平台气井。     

基于煤层气与煤炭协调开采的地面煤层气布井理论探讨

煤矿区煤层气地面开发具有资源、安全、环保等综合效益。研究了煤层气开发与煤炭开采相互影响的控制机制,分析了主要影响因素,包括:煤层气套管、水泥环对采煤机械的损害,金属套管碰撞产生的火花,压裂石英砂对煤质的影响,压裂对煤层顶板和底板的破坏,以及煤炭回采对井筒的破坏。基于煤与煤层气协调开采的目标,结合煤炭开采"O"型圈理论,提出了煤矿区煤层气地面井位部署应以煤矿采掘生产为优先考虑原则;在研究了煤炭开采不同位置布置煤层气井可能性的基础上,提出了煤矿最理想的布井位置为回采边界的煤柱处,并提出在条件允许情况下首选水平井抽采方式。论文成果对煤矿区煤层气的安全高效开发具有一定的现实意义。      

煤层气水平井煤层段井壁破裂压力预测——以沁水盆地樊庄3号煤层为例

针对煤层气井井壁破裂问题,应用岩石力学分析方法,从井壁应力分布入手,根据任意斜井井壁力学模型,结合最大拉应力理论,建立了水平井煤层段井壁临界破裂压力计算公式,并对沁水盆地樊庄3号煤层水平井煤层段井壁临界破裂压力进行了预测。结果显示:樊庄3号煤层水平井在钻井过程中(为防止地层被压开),钻井液密度应控制在3.28 g/cm3以内;水平井压裂时最小破裂压力梯度为3.22 MPa/hm。      

渭北地区小曲率半径定向煤层气井优化设计及应用

鄂尔多斯盆地东缘渭北地区传统定向煤层气井面临抽油杆偏磨、压裂改造效果差、单井产量低等技术瓶颈,通过对该地区煤层地质特点的深入剖析和评价,提出了适合渭北煤层气老井改造的小曲率半径定向井布井方案。在考虑排水采气等煤层气井的特殊条件下,建立了小曲率半径定向井轨迹优化设计模型,并进行了配套定向钻井工具优选。研究结果表明:通过集成应用分段压裂改造技术,小曲率半径定向井纵向上可开采3号、5号、11号三层煤,横向上可在主力11号煤层形成有效的压裂缝网,单井控制面积与常规定向井相比提高37.76%,产气量提高25%;从煤层气排采工艺角度出发,若井口能够产生1.5 MPa稳定套压,沉没度可满足常规杆式泵正常排采作业要求;小曲率半径定向井最优造斜率为11.5°/30 m,需配置1.55°及以上单弯螺杆钻具组合进行定向施工,且139.7 mm套管能够顺利下入。