页岩气勘探开发关键技术综述

在当前国际能源供需矛盾日益突出的形势下,页岩气资源勘探开发备受世界瞩目。页岩气是一种超低渗透非常规天然气,在页岩气勘探开发中有许多关键技术。介绍了页岩气勘探开发中的相关关键技术,包括密闭取心和保压密闭取心技术、水平井技术和压裂技术,并提出了发展我国页岩气勘探开发相关技术的建议。     

农安油页岩物理力学性能及其水力压裂设计中的相关参数计算

对采取的吉林省农安油页岩矿石进行了物理力学性能实验研究,获得了油页岩在平行于层理和垂直于层理两个方向上的抗压强度、抗拉强度、弹性模量和泊松比等力学数据。计算得到了毕奥特系数、平均压力和最小主应力等参数。确定了水力压裂中的裂隙开启、延伸压力及宽度等参数。     

对页岩气成因及工业前景的思考

页岩本身并不生气。以页岩为储层的油气藏,以裂缝为主要储集空间,即传统的裂缝性泥页岩油气藏。北美页岩气在以硅质胶结和以硅岩为主的储层中,产量偏高。这一现象从硅质的来源上,指出页岩气与碱性地幔流体的必然联系。阿巴拉契亚盆地深度3000m以下的页岩气,甲烷同系物碳同位素值完全反序排列,从地球化学角度证明页岩气来自地幔。如果页岩仅仅是储层而非气源岩,我国"页岩气十二五规划"探明页岩气储量6000×108m3和2015年产量65×108m3的目标将失去地质依据。因巨大的环境隐患,页岩气开发所必需的水力压裂法已在英、美、法、德、瑞士、保加利亚、澳大利亚等国立法禁止,在南非推迟发放所有的水力压裂法开采许可证。页岩气开采带来的环保问题不仅仅是有害气体向大气泄露,还有超过260种有害化学物质随着每次10000m3压裂液返排到地表,不断重复地向页岩气开采地区排放,将造成空前的污染。同时造成工业和民用供水短缺。美国页岩气被市场分析师称为"伪商业产品",价格在成本区间内。我国计划到2020年页岩气产量达600 108～1000 108m3,根据美国的经验,起码需要2万口页岩气井,10年内所需投资将达到4000亿～6000亿元。显然,页岩气即将成为吞噬中国几十年经济发展成果的黑洞,即将成为破坏我们生息环境的"切尔诺贝利"。     

美国国会简报关注水力压裂引发的环境和地震问题

水力压裂技术不仅可用于开发埋藏于地下深部岩石中的大量天然气,同时也常用于提高低采收率油井的石油产量。在2000—2010年间,应用水力压裂技术所生产的天然气比美国历史上其他任何10年都要多。虽然该技术有助于降低天然气价格及美国对外国供应的依赖,但其仍然受到与人类和环境健康相关的争议。在年月的一     

基于分形和分数阶的煤层气藏多级压裂水平井试井模型

基于分形理论和分数阶微积分,建立具有割理(裂缝)系统应力敏感性的煤层气藏多级压裂水平井半解析模型;采用线源理论、数值离散和叠加原理等方法,求解拉式空间下的井底压力解;利用Stehfest数值反演技术,绘制真实空间下的无因次试井曲线,进行相关参数的敏感性分析。结果表明:根据导数曲线的不同特征,划分为8个不同的流动阶段,即井筒储集效应阶段、表皮效应阶段、第一线性流阶段、第一径向流阶段、第二线性流阶段、割理系统径向流阶段、窜流阶段和整体径向流阶段,拟渗透率模量和反常扩散系数增加,压力和压力导数曲线后期上升;分形维数减小,压力和压力导数曲线上升;水力裂缝半长变大,第一线性流阶段持续时间变长,第一径向流持续时间缩短;水力裂缝间距变短,第二线性流阶段出现时间变早,第一径向流阶段持续时间变短;水力裂缝条数越多,中期压力和压力导数曲线位置越低。该结果为更好地理解煤层气藏压裂水平井的渗流规律提供指导。     

利津陈庄干热岩GRY1孔压裂试验研究

地壳中干热岩所蕴含的地热能量巨大,已成为世界各国新能源开发研究的一个重要方向。在干热岩热储层建造（EGS系统）与采热技术研究方面,主要有人工高压裂隙、天然裂隙及天然裂隙—断层3种模式。水力压裂是目前人工热储层建造普遍采用的一种方法,我国在这方面的研究还停留在实验室模拟的阶段。2014年在山东省利津县陈庄镇完成了1眼干热岩勘探孔施工（GRY1孔）,并进行了2组水力压裂试验,取得了较好的效果。本文对该成果进行了简要分析,可为我国后续研究人工热储层建造技术提供一定的参考。     

井周压裂裂缝Gd示踪的热中子探测方法研究

水力压裂是提高非常规油气开采的重要手段,支撑剂位置及裂缝参数是评价压裂效果的重要因素.提出了以Gd作为示踪剂探测热中子来评价井周裂缝方法,将热中子双组扩散理论与数值模拟方法相结合,定义热中子变化参数W_TN来指示裂缝宽度,并分析了岩性、井眼尺寸、地层孔隙度、地层水矿化度及含油饱和度对W_TN的影响.模拟结果表明:随着裂缝宽度的增加,W_TN先呈指数增加后趋于平缓;而地层孔隙度越大、地层水矿化度越小,W_TN越大;井眼尺寸和地层含油饱和度的变化对W_TN影响较小.利用蒙特卡罗方法建立了地层孔隙度、矿化度石灰岩地层压裂前后的数值计算模型,模拟研究了不同深度地层的热中子分布,得到了近远探测器热中子计数FAR、NEAR和W_TN的响应曲线,最终处理裂缝参数结果与设定模型相吻合,验证了利用Gd示踪热中子探测方法可以来评价井周裂缝.      

煤矿井下分段水力压裂梳状定向长钻孔钻进技术研究

随钻测量梳状定向钻进技术目前主要应用于煤矿瓦斯防治、地质异常体探测和探放水等领域。但该技术还未与水力压裂增透强化抽采技术相结合应用于煤层瓦斯防治领域,由于水力压裂增透强化抽采技术对钻孔特殊要求,相应钻探装备、钻孔设计和钻进成孔工艺均需要进行研究突破。本次研究成果融合了井下梳状定向长钻孔瓦斯抽采技术及水力压裂增透强化抽采技术的优点,形成了一套适合分段水力压裂梳状定向钻孔施工设备及工艺流程,能够满足对松软煤层瓦斯远距离与区域增透技术的需求,解决松软煤层透气性差、瓦斯抽采孔成孔性差、抽采距离短、抽采区域小等难题。     

煤岩模型试验相似材料的配比试验

相似模型试验是研究煤岩水力压裂裂缝扩展规律的重要手段之一,试验结论的有效性依靠相似材料的正确选材和配比。为开展水力压裂模拟试验,根据目标煤层原煤的力学性能,采用正交设计方法开展了相似材料配比试验,研制出适用于水力压裂试验的相似材料模型。其中,以水泥、石膏作为胶结剂,全粒径煤粉为骨料,通过大量室内试验,重点对相似材料的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、坚固性系数进行测定,对比分析原煤和相似材料强度特性,系统研究不同配比对相似材料参数的影响。结果表明:根据相似材料配比方案得出的相似材料力学性能能够满足煤岩相似模型试验的要求。研究结果可为水力压裂模拟试验中相似材料的选择及配比提供参考和借鉴。      

不同倾角煤层气井的水力压裂微震监测

在2017和2018两年中,我们对新疆18口煤层气井的水力压裂,应用微地震向量扫描技术,实施了微震监测.这批井的特点是,除3口井煤层的倾角小于30°外,余均为高倾角,其中6口井的倾角大于70°,近乎直立.由于煤层在强度上较常规油气储层显著得低,因而压裂设计预期裂缝沿煤层延展.然而,经反复校核,尽管多数井的裂缝带满足预期(占总井数的72％),还是确认了3口井(17％)的裂缝延展面同已知煤层在倾向上有一个40°～60°的夹角;另一类特例是2口井(11％)的类似X型的破裂,即一个裂缝面满足了预期的倾向和倾角,同时也有一个倾向相反、倾角相似的破裂面.因而在机理上,若视煤层为已有断层,在构造应力场作用下,煤层的压裂破裂面有三种可能性:(1)仅沿煤层延展;(2)仅沿已有断层裂隙面延展;(3)同时沿这两个层面破裂.此外,破裂面展布以相对压裂点向上为主.研究这些压裂裂缝面的产状、发育机理、与对其微震监测的解释方法特性,对具有不同倾角的煤层的压裂设计与压裂监测,有重要意义.