煤层气井清洁压裂液破胶剂的筛选

为解决清洁压裂液在煤层气井中的破胶问题,通过考察破胶剂的种类、温度、用量及pH值对破胶时间的影响,筛选了4种适合于不同压裂深度的煤层气井的新型温敏化学破胶剂——PJJ-25、PJJ-30、PJJ-35和PJJ-40。结果表明:这4种破胶剂用量为0.02%~0.03%;破胶时间在0.5~5 h之间可控制;破胶后体系粘度小于3 mPa.s;表面张力低于30 mN/m;残渣低于0.1%。实践证明,这4种破胶剂均有良好的破胶效果,破胶液与地层的配伍性良好,且对煤层伤害较轻。      

煤层气井压裂液和支撑剂

压裂液和支撑剂是煤层气井压裂增产措施的基本材料。通过实验分析了破胶剂的低温破胶效果，亲模拟研究了压裂液对煤的基质渗透率的伤害情况，形成了一整套适合于煤层气井的压裂液体体系和配方，确定了用石英砂作为煤层压裂的支撑剂。     

煤层气压裂中压裂液吸附特性研究

在煤层气井压裂过程中,由于煤储层具有割理发育、比表面积大等特性,使煤层吸附压裂液而对煤储层造成严重伤害。使用IR和GC/MS分析仪等,对煤基质吸附压裂液进行了探索性试验研究,将复杂的压裂液体系简化为3类吸附组分,即GC/MS分析结果为代表的有机组分、无机物分析代表的吸附组分、瓜胶及其破胶后的断链有机物组分。通过无烟煤和长焰煤对压裂液的吸附试验及IR分析发现,煤样对有机成分有更强的吸附性能。      

煤系非常规天然气一体化压裂液体系研究与应用

为了解决目前煤系非常规天然气压裂液体系应用灵活性差、性能不可调问题,研究了一体化压裂液体系。以3种一体化稠化剂为研究对象,结合现场黏土稳定剂、助排剂和破胶剂,开展一体化压裂液体系增黏、减阻、悬砂、耐温抗剪切、破胶、添加剂配伍性、防膨和表面张力实验评价,并分析一体化压裂液现场应用效果。结果表明,一体化压裂液体系黏度灵活可调,黏度随一体化稠化剂含量增加而增大,黏度调整区间为3~200 mPa·s,高黏液体悬砂性能优异,体积分数为1.0%的一体化压裂液在60℃、100 S?1剪切条件下黏度大于100 mPa·s;一体化压裂液体系与各类添加剂配伍性良好,易破胶,减阻率、防膨率均大于70%,表面张力小于28 mN/m。其一体化主要体现在功能性和应用性两个方面,功能上集滑溜水、线性胶、交联液压裂液体系于一体,能够满足各类气层压裂改造工艺对造缝、减阻、防膨、携砂、快速返排等性能的要求;应用上在鄂尔多斯盆地东缘现场煤层气、页岩气、致密砂岩气井均取得了成功应用。一体化压裂液推动了非常规气压裂工艺试验,提高了压裂改造效果,对各类气层以及压裂改造工艺具有良好的适应性。      

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。     

应用新技术促进煤层气的开发

中国地面煤层气勘探开发技术经历了多年的探索和创新,从最早尝试垂直井套管射孔完井、清水加砂压裂、活性水加砂压裂、洞穴完井等煤层气开发技术,到目前应用空气钻井,N2泡沫压裂,清洁压裂液、胶(线性胶、交联胶等)加砂压裂,注入CO2提高煤层气单井产量和多分支水平井钻井技术提高煤层气井产量和采收率。实践证明,煤层气开发技术不能一概而论,在不同地质条件下采用适当的煤层气开发技术,对于提高煤层气的产量具有重要意义。     

凝胶压裂液的研究及在煤层改造中的应用

煤储层改造施工过程中,压裂液是形成裂缝并将支撑剂有效地带入裂缝的主要载体。本文从国内实际情况出发,研究凝胶压裂液的配制机理。通过室内对比实验,筛选出了组成凝胶压裂液最主要的添加剂有稠化剂、胶联剂、防腐剂、破胶剂和表面活性剂等。同时还对性能以及性能随时间、温度而变化的趋势进行了测试,得到了合理的浓度,为现场实际配制和施工提供了可靠的理论依据。该凝胶压裂液经现场应用,其携砂能力、返排情况、压裂后的导流能力均达到满意的效果,为今后煤层气的勘探开发增添了新的技术支持。      

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。      

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。     

焦坪矿区侏罗纪煤层地面煤层气井压裂液优选实验

压裂液与储层的配伍性是影响水力压裂效果的关键因素之一。为了研究适合焦坪矿区侏罗纪煤层地面煤层气井使用的压裂液配方,通过分析储层特征,提出了相适应的压裂液配方,并借助室内模拟实验对压裂液配方进行优选评价。结果表明:活性水压裂液配方中防膨剂优选1.0%氯化钾防膨效果较好;活性水压裂液配方中助排剂优选0.05%氟炭离子表面活性剂或注入乙醇段塞,再注压裂液这两种助排剂效果较好;对于生物酶破胶压裂液配方建议进一步进行现场试验。      

入井工作液顺序接触煤岩储层损害实验评价

致密煤岩具有高毛管压力和比表面积大等特点,在钻井、完井和增产改造过程中,流体侵入将造成储层损害,显著降低工程技术效果。以往文献仅报道了单项工作液对煤岩储层的损害,忽视了工作液顺序接触煤岩储层损害的叠加效应。以川南煤田古叙矿区上二叠统龙潭组煤样为研究对象,开展了流体之间配伍性实验、钻井完井液与压裂液顺序接触煤样对渗透率损害实验。单项工作液储层损害评价实验结果表明,压裂液对储层的损害最严重,钻井完井液次之;工作液配伍性和顺序接触损害评价实验结果表明,与钻井完井液接触后,瓜胶压裂液损害最严重,离子平衡压裂液次之,活性水压裂液较轻,清洁压裂液最轻。顺序损害实验反映了工程实际过程,为入井流体评价和优选提供理论依据,有利于促进煤层保护和煤层气高效开发。      

中国煤层气储层伤害分析及钻井液储层保护研究现状

因煤层气储层具有低孔、低渗、裂缝发育但分布不均的特殊性,在煤层气开发过程中储层极易受到不可逆转的伤害。煤层气储层伤害会导致煤层气产气量下降,增加开发成本,延缓工程进程,最终制约煤层气开发效果。为降低煤层气储层伤害发生的可能性,概括了钻井过程中煤层气储层伤害机理,介绍了国内主要煤层气钻井液技术的发展历程,煤层气钻井液储层保护的方法及进展,国内近年来优选的无伤害钻井液体系及国内储层保护钻井液的发展方向,为未来煤层气储层保护提出新思路。      

表面活性剂压裂液的防水锁增产机理实验

以进一步探索表面活性剂压裂液（1.5% KCl+0.05% AN）的防水锁增产机理为目的,采集河东煤田柳林地区沙曲矿的焦煤作为研究对象,通过表面张力和接触角测试、渗透率伤害实验、变压解吸实验,探讨煤储层水锁伤害的控制方法,揭示表面活性剂压裂液防水锁增产作用机理。研究结果表明:表面活性剂压裂液具有极低的表面张力和界面接触角,具备降低煤储层孔喉毛细管压力、增强压裂液可排性的能力,使得其水锁伤害率比活性水压裂液降低约40%,能够有效抑制煤储层的水锁伤害;这种防水锁作用不仅能够提高煤储层束缚水状态下的气相渗透率,实现增透增产,而且还能降低煤层气产出的临界孔径以促进煤层气解吸,实现增解增产。      

前置酸压裂提高煤层气单井产量机理与适用性研究

针对目前我国煤层气地面开发单井产量低、开发效益差的现状,为探索研究适用于煤层气井的经济高效增产改造技术,借鉴常规油气藏前置酸压裂技术的成功经验,采集焦坪矿区4-2煤层煤样,进行前置酸改善压裂效果评价实验,结合宏观观察、X射线衍射分析及扫描电镜–能谱手段对比分析实验前后矿物质成分与含量变化,研究前置酸压裂技术煤层增产机理和适用条件。结果表明:前置酸可改善煤储层孔裂隙之间连通性,大大降低压裂液本身对煤层的伤害,改造效果显著;酸化溶解(堵塞和填隙物质)为主要增产机理,形成不规则酸岩溶蚀面、酸盐反应生成CO₂促进CH₄解吸等作用是辅助增产机理;前置酸压裂技术适用于含矿物质较高、渗透性较差煤层增产改造和近井地带解堵,首选富含方解石、白云石、菱铁矿和赤铁矿等酸溶性充填物为主的煤层,对于含有较高黏土矿物的煤层或以解除近井地带污染为目的,重点考虑减少二次沉淀带来的负效应问题。建议采用二次沉淀物预防措施、综合防滤失技术、低密度支撑剂、低伤害/高黏度压裂液等对策来解决前置酸酸化后二次伤害和煤层压裂液滤失大的问题。      

煤储层水基压裂液用表面活性剂的筛选实验

水力压裂会对煤储层造成水锁伤害,在压裂液中加入表面活性剂是减缓水锁伤害的有效途径。采用1.5% KCl溶液为基液,在其中加入不同浓度的阴离子型表面活性剂AS和非离子型表面活性剂NS,配置出8种压裂液,分别对河东煤田柳林沙曲矿的焦煤样和太原西山屯兰矿的瘦煤样进行静置沉降实验、毛细管压力测试和离心分离实验,最终优选出煤储层水基压裂液用最佳表面活性剂为0.05% AN复配溶液（AS:NS=9:1）,由此构成了表面活性剂压裂液（1.5% KCl+0.05% AN）。研究结果表明,在水基压裂液中加入0.05% AN复配溶液（AS:NS=9:1）,可以大幅度降低压裂液的表面张力,改变压裂液的界面状态,从而增加煤表面的亲水性,降低煤孔隙的毛细管压力,使得压裂液的可排性增强,进而能够有效控制储层的水锁伤害,实现增产。      

煤层气储层伤害机理与水平井双层管柱筛管完井技术

煤储层具有高吸附性、低渗透性、易压缩与易破碎的特征,煤层气水平井钻完井过程中常常造成煤储层伤害,导致煤层渗透率和单井煤层气产量大幅度降低。通过实验分析,揭示水平井钻完井液中的固相颗粒、流体流动诱导产生的固相成分对煤储层微裂隙堵塞成因,阐明煤层气水平井钻完井中储层伤害的机理。在此基础上,提出水平井双层管柱筛管完井技术,分析其减轻煤储层伤害的机理,即通过冲管水力冲击作用消除水平井壁钻井液泥饼,清除井壁附近堵塞微裂隙煤粉,并在近井地带产生应力增渗作用。相对于煤层气常规的多分支水平井及分段压裂水平井,水平井双层管柱筛管完井的稳定日产气量、稳产周期均大幅提升。该技术在沁水盆地南部部分区域推广应用显示,3号煤层气井平均日产气量提升到20 000 m3,同时实现15号煤层气的开发突破,平均日产气量提升到10 000 m3以上。研究成果对于降低煤层气水平井钻完井过程中的储层伤害,提高煤层气井产量具有重要的理论和实践意义。      

大宁–吉县区块深层煤层气井酸压工艺及现场试验

我国深层煤层气资源储量丰富,但煤储层改造工艺技术与深层地质条件匹配耦合性问题亟需解决。为探究深层地质条件下煤储层改造技术,以大宁–吉县区块为地质背景,从该区块深层8号煤层岩石力学参数角度对体积压裂可行性进行评价,并采用室内三轴酸压物模实验进行验证。基于室内实验的基础上,针对此区块8号煤层特征,提出采用“高排量、低酸量、适中砂比”体积酸压工艺技术,并配合“交替注酸、分段加砂、变排量注入”复合工艺。基于此工艺原理开展复合盐酸、氨基磺酸体积压裂现场试验。结果表明:现场11口产气井日产气量累计达20 469 m3,其中10口生产直井最高产气量可达5 791 m3/d;1口生产水平井投产后日产气最高1.1万m3,同时体积酸压工程因素(排量、加液强度)与裂缝监测破裂面积存在较好相关性。提出应进一步提升压裂液排量且应优选在11~15 m3/min;应减小整体用酸量,同时进一步优选酸液浓度;优选低密度支撑剂并优化加砂工艺以提升加砂规模;清洁压裂液加液强度优选在150~250 m3/m;同时应提升配套设备质量,例如提升套管钢级,优化压裂设备等。研究从体积酸化压裂工程角度为该区块及类似地质条件下深层煤层气的勘探开发提供了技术借鉴。      

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。