压裂煤储层气水两相流模型及煤层气产量分析

水力压裂是促使煤层气增产的关键技术,研究压裂煤储层中的气水两相流特征具有重要意义。以鄂尔多斯盆地大宁-吉县区块2 000m以深的8号煤层为研究对象,建立了研究区COMSOL软件下的模拟模型,基于储层物性参数和煤层气井排采参数,得到了与实际产量较接近的日产气量和日产水量。研究表明,排采过程中储层压降范围是以井口为中心,从压裂区逐渐向未压裂区扩展的近似椭圆形区域,椭圆长短轴分别沿水力压裂区域的长短边方向,压裂区压降速度远大于未压裂区。压裂区大小和井底流压变化特征对煤层气井产量产生重要影响,扩大压裂区有利于煤层气井稳产阶段日产气量提升;排采阶段井底流压的大幅波动和台阶式下沉会导致煤层气井后期产量的下降。     

煤层气直井氮气泡沫压裂参数分析及产能评价

压裂参数是决定压裂效果、影响裂缝特征与煤层气产能的重要参数，深入认识压裂参数对产能的影响规律，对于优化压裂工艺和提高煤层气井产能至关重要。以潞安矿区45口氮气泡沫压裂井为对象，分析压裂施工曲线的类型及其对产能的影响，探讨各阶段压裂液用量与产能之间的关系，并对比评价氮气泡沫与水力压裂井产能的差异性。结果表明:氮气泡沫压裂施工曲线可分为稳定型、波动型、上升型和下降型4类9型，下降型和稳定型压裂曲线对应的产能要高于波动型，上升型曲线对应的产能最差；总压裂液用量以800 m3为宜，前置液和顶替液用量分别为450 m3和8 m3，氮气注入量在5万m3左右最佳，而携砂液用量越大产能越高，氮气泡沫压裂液良好的携砂、造缝、沉降支撑性能是有助于提高产能的优势所在；整体上，就潞安矿区而言，氮气泡沫压裂井的产能明显高于水力压裂井，主要体现在高产井、中高产井的比例远大于水力压裂井，约61%的氮气泡沫压裂井具有较高产能，而水力压裂井为23%。氮气泡沫压裂技术在潞安矿区展示出的可观潜力，可为国内其他具有类似储层特征矿区的煤层气开发提供技术借鉴。      

超临界CO2分段多簇压裂井间干扰规律研究

水平井分段多簇压裂是非常规油气藏开发的关键技术,在合理利用压裂诱导应力增大储层改造体积的同时,避免井间干扰所导致的裂缝砂堵和压裂窜扰,是压裂工艺优化中的关键科学问题。文章针对超临界CO₂分段多簇压裂的缝间干扰和井间干扰问题,采用流固耦合的扩展有限元方法研究单井及多井裂缝诱导应力演化特征,充分考虑裂缝内超临界CO₂流动和滤失,从非常规油气储层岩性特征、地应力场分布及施工工艺等多方面对压裂扰动应力进行系统研究,揭示单井分段多簇压裂缝扩展机制及应力扰动特征,在此基础上研究多井井间压裂缝干扰规律。结果表明：高水平应力差、高弹性模量的储层中压裂干扰界限较大,低水平应力差、低弹性模量地层需适度增大簇间距,减小簇间干扰;老井压裂后,其邻井压裂缝非对称系数随井间距呈先增大、后减小的趋势;当井间距等于压裂干扰界限时,非对称系数λ达到最大,且井周改造范围最大,但裂缝两翼的非对称性可能导致储层动用不充分。本研究为水平井细分切割压裂和立体式井网设计优化提供理论基础,在“双碳”战略背景下对非常规油气资源高效开发具有重要意义。     

考虑压裂裂缝的煤层气藏井网井距确定方法

煤层气藏具有低渗透率特点, 这使得其在直井排采前须对产层进行压裂改造,而压裂裂缝参数对井距的确定影响很大,因此研究裂缝长度、导流能力与井距的关系具有实际意义。通过对比不同裂缝穿透比和导流能力下的煤层气产量与采出程度,探讨裂缝参数对煤层气产出的影响规律;并以煤层气开采15a采出程度达到50%时的井距作为评价指标,研究压裂效果与井距的关系。研究结果表明,裂缝越长,导流能力越大,井距就越大-尤其在渗透率较小时,裂缝参数对井距的影响更明显。因此,在确定煤层气藏井距时,由于人工裂缝影响,裂缝方向的井距可适当放大。以我国韩城矿区煤层气区块储层参数为例,在给定优化指标下,宜选择矩形井网(350m×300m),或菱形井网(对角线长度为700m×400m)。      

水平井多段压裂应力场计算新模型

为了准确认识水平井多段压裂过程中井筒周围应力场变化,指导裂缝起裂和延伸机制研究,综合考虑井筒内压、地应力、压裂液渗流、热应力、射孔和先压开裂缝等因素的影响,根据应力叠加原理,建立了水平井多段压裂应力场计算模型。该模型利用位移不连续法,重点考虑了先压开裂缝在水平井筒周围水平面上产生的诱导应力大小,克服了裂缝诱导应力解析模型只能计算裂缝高度平面诱导应力大小的局限。结果表明,通过应力场模型进行的破裂压力预测与实际破裂压力值吻合度较高,验证了建立模型的准确性;人工裂缝形成后会对水平井筒周围应力场造成很大影响,在裂缝尖端出现应力集中,造成应力分量降低,在裂缝周围一定区域造成应力分量有较大的升高;多段压裂压开人工裂缝越多,应力之间干扰越严重,水平井筒周围应力分布越复杂。该研究对认识多段压裂存在先压裂缝干扰下后续裂缝的起裂和延伸机制,指导压裂施工具有一定意义。     

应力干扰下煤层顶板水平井穿层分段压裂规律

穿层压裂是提高煤层顶板水平井产气量的关键技术，而应力干扰对煤层顶板水平井穿层分段压裂效果具有重要影响，为此，建立顶板水平井穿层分段压裂数值模型，研究应力干扰对穿层分段压裂裂缝扩展的影响规律。结果表明:煤层的岩石力学参数、压裂段间距和压裂施工方式是影响顶板水平井穿层压裂段间干扰的3个重要因素，随着煤层泊松比的降低，叠加应力逐渐增加，段间干扰程度增加；随着段间距离的增加，叠加应力逐渐减少、应力干扰逐渐减弱；顶板岩层内的叠加应力和应力干扰程度明显大于煤层；渗流扩散泄压施工产生的叠加应力明显低于连续压裂施工，段间干扰程度明显降低。研究得出连续施工的中硬煤层分段间距在90 m左右，软煤层分段间距在70~80 m较合理。扩散泄压压裂施工段间距相应降低，中硬煤层的分段间距在70 m左右、软煤层分段间距在60 m左右较合理。工程实践表明，顶板水平井分段压裂裂缝穿透了煤层，形成了较长裂缝，取得了较好的产气效果，实现对煤层的高效穿层压裂改造，研究结果为顶板水平井穿层压裂段间距优化提供了理论依据。      

沁水盆地柿庄区块煤层气井压裂增产效果关键影响因素分析与实践

针对沁水盆地柿庄区块煤层气开发过程中低产低效问题,基于大量实际生产资料分析,探讨地质因素和工程因素对煤层气开发效果的影响。结果认为,地应力和煤体结构是影响煤层气井压裂增产效果的关键地质因素。其中,煤层气井压裂过程中,高地应力影响裂缝延伸和支撑,水平主应力差影响裂缝延伸方向和形态;煤体结构较差的煤层在压裂中易形成煤粉,堵塞导流通道,压裂效果变差。影响压裂效果的工程因素主要包括压裂液性能、施工排量、前置液占比和井径扩大率,针对研究区地质概况,提出"2% KCl+清水、阶梯排量注入、前置液量180~240 m3、优化射孔段和水力波及压裂"等系列优化技术,并指出煤层气压裂选井是决定压裂效果和开采经济性的重要环节。将优化技术在柿庄区块北部深部煤层气开发井中加以实践验证,取得很好的增产效果。研究成果及认识对沁水盆地及相同地质条件区域的煤层气开发具有一定的指导意义。      

页岩气藏缝网压裂裂缝间距优化研究

页岩气藏一般具有低孔隙、低渗透等特征,对其实施缝网压裂是高效开发页岩气的最佳途径。采用位移不连续法建立线弹性二维均质地层诱导应力场分布数学模型,通过水平应力差异系数对顺序压裂和交替压裂的裂缝间距进行优化研究。结果表明,水平应力差异系数受到裂缝净压力、裂缝缝长、原地应力场等因素的影响;裂缝净压力越大、缝长越长,水平应力差异系数越小;随着与裂缝距离的增加,水平应力差异系数呈现先减小后增加的趋势,因此,存在后续裂缝形成复杂网络的最佳裂缝间距;顺序压裂裂缝间距不宜过大,且后续压裂裂缝间距应适当减小;交替压裂裂缝间距最优时,缝间水平应力差异系数最小,对中间裂缝形成缝网最有利。     

华北地区煤层气井压裂裂缝监测及其扩展规律

介绍了井温测试法、放射性同位素法、大地电位测试法和微地震测试法监测煤层水力压裂裂缝的基本原理。使用上述4种方法对华北地区施工的煤层气井压裂裂缝进行测量,得到了大量压裂井的裂缝方位和高度的监测数据。通过统计分析发现:压裂后的煤层裂缝一般都穿越其上下隔层,最大裂缝高度是压裂层厚度的6倍,裂缝长度大部分为50~90 m,裂缝形状基本以垂直裂缝为主,裂缝方向存在着随机性,扩展方向受地应力、局部地层构造和煤层割理共同作用。      

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。      

基岩水井水力压裂专用压裂液试验研究

为了开发高粘、低滤失、抗水敏性好的基岩水井专用压裂液,通过胶凝剂、交联剂、破胶剂、防腐剂选配,以及配方试验等方法,确定了以田菁粉为主剂,辅以交联剂、防腐剂、破胶剂等添加剂的基岩水井水力压裂专用压裂液。该压裂液具有成本低、性能稳定、环保无污染等特点。作为基岩水井水力分段压裂技术的关键技术之一,压裂液研究为实现基岩水井水力分段压裂技术整体突破奠定了基础。同时,积累了针对不同岩性岩层压裂液研究的经验,供同行参考。     

中低温水井清洁型凝胶压裂液设计与研究

基岩水井压裂增水技术自研发以来取得较为良好的增产效果,但该技术目前仍存在适用性差、增产效果不确定等问题。基于压裂增水过程中流体流态和裂缝宽度影响因素分析的结果,确定了提高压裂液粘度是较为经济、有效的增产技术措施。开展了水井和中低温地热井清洁型凝胶压裂液配方的设计工作,进行了稠化剂、pH值调节剂、交联剂和破胶剂选配与性能实验,研发了适用于水井和中低温地热井（30~80 ℃）清洁型凝胶压裂液体系并开展现场试验。对凝胶压裂液配液应用难点与使用成本进行了分析,进一步补充完善了水井压裂增水技术在压裂液方向的研究。     

Numerical simulation of fracture path and nonlinear closure for simultaneous and sequential fracturing in a horizontal well

Reservoir stimulation requires a model to evaluate the fracture path and closure for the simultaneous or sequential propagation of the hydraulic fracture (HF). This paper presents a fluid-solid coupled model to simulate multi-stage HF propagation. A non-linear joint model is proposed to evaluate the fracture closure when the created fractures are elastically propped. HF closure continues until the balance of external stress matches the proppant's resistance. The reservoir along the horizontal wellbore is not stimulated equally by the multi-stage fracturing. The HFs in the subsequent stage are ‘repelled’ and restrained by the HFs in the previous stage.     

基于BP神经网络的底水油藏控水压裂选段新方法

随着水平井压裂技术的普遍应用,压裂段的选择成为影响增产效果的主要因素之一,但针对底水油气藏,在压裂时同时考虑控水同样重要。影响底水油气藏压裂效果的因素很多,因素之间具有高度不确定的非线性关系,给控水压裂选段分析带来了诸多不便。利用传统的单因素回归等方法,显然不能满足底水油藏多种影响因素下水平压裂段的选择。针对此问题,通过油藏工程理论和现场经验,确定了避水高度、地层各向异性、天然裂缝发育程度、地应力差值、水平井曲直偏差、储层与水层之间隔层发育程度六个参数作为影响控水压裂段选择的主要因素,建立定性分析方法。通过底水脊进模型确定了参数界限,结合BP神经网络系统的原理,建立定量分析。利用计算机语言编制底水油气藏水平井压裂段控水选择软件,通过实际应用,表明其对现场施工具有一定的指导作用。     

贵州织金煤层气非储层水平井开发技术研究

直井开发煤层气钻井和压裂成本高,控制面积小,单井产气量低;煤层内水平井钻进难度大,风险高,薄煤层中井眼轨迹控制难度大,钻井液有害固相对储层伤害严重,采收率低。基于此,分析贵州织金区块煤系地质构造,提出在煤系地层内稳定的非储层内布水平井,通过压裂造缝沟通水平井上下煤层同时开发多层煤层的新思路。与常规开发方式相比,非储层内水平井具有钻井风险小、储层伤害小、单井产量高的优点,同时还可以开发煤系致密气和页岩气,提高非常规天然气利用率。研究非储层内水平井开发贵州织金煤层气技术,为解决贵州煤系地层煤层多而薄、层间距小等特性煤层气开发难题以及综合利用煤系气提供新的方式。     

煤层气井用压裂液技术研究

针对沁水3#煤储层的地质特征,在优选水基压裂液添加剂的基础上,结合压裂工艺的要求,形成了不同类型水基压裂液配方体系,并且较完整地对煤层气井用水基压裂液配方体系进行了测试。通过对优选的不同水基压裂液性能的实验表明,其各项性能较好地满足了煤储层和压裂工艺的要求。      

射孔水平井分段压裂破裂点优化方法

为确定水平井裂缝破裂点位置,指导射孔位置的优选,建立了综合考虑多条人工裂缝诱导应力、井筒内压、原地应力、热应力、压裂液渗流效应和射孔联合作用下的水平井分段压裂应力场模型,模型重点考虑了先压开裂缝产生的诱导应力场影响,更符合水平井分段压裂的实际特点,在此基础上结合岩石破裂准则从降低破裂压力角度形成了破裂点优化方法。研究结果表明先压开裂缝产生的诱导应力场影响使得水平井筒周围应力场更为复杂,研究裂缝起裂问题时必须考虑这一因素。对川西水平井分段压裂的破裂点进行了优化,压裂后输气求产,实际破裂压力梯度低于邻井同层的破裂压力梯度,大大降低了施工风险。该破裂点优化方法对水平井分段压裂优化设计有一定的指导意义。     

裂隙,岩溶含水层疏排水钻孔的爆炸洗孔试验研究

在裂隙,岩溶裂隙含水层水文地质条件研究基础上,根据炸药在水中原理,介绍了控制炸药爆炸能量和孔内爆炸方法,达到对岩体的爆炸致裂以及对原储导水裂隙的冲刷作用,提高了地下工程中钻孔或水源井的疏排效率,同时又保护站孔孔壁不被破坏。