煤岩径向井-脉动水力压裂裂缝扩展规律与声发射响应特征

径向井-脉动水力压裂是一种煤层高效增透新方法。利用声发射仪和伺服式脉冲疲劳试验机,开展了煤岩径向井-脉动水力压裂室内实验。基于广义关联积分分形维数计算方法与型煤岩样声发射信号响应特征,分析了压裂过程中微裂缝发育特点和宏观裂缝扩展规律,探究了径向井分支数、长度、脉动频率和振幅等参数对压裂效果的影响规律。实验结果表明,低压脉动压裂阶段声发射信号相对分散,脉动能量促使微裂缝发育;高压脉动压裂阶段声发射信号相对集中,脉冲能量促使主裂缝快速延伸;呈非对称展布的径向井眼数量越多、长度越长,煤岩增透效果越好。实施径向井-脉动水力压裂时应控制初始脉动压力低于煤岩起裂压力,适当延长低压脉动作用时间,使微裂缝在近井地带充分发育,以降低主裂缝延伸压力,形成更大尺度宏观裂缝。     

中国煤层气水平井钻完井技术研究进展

为了适应中国煤层复杂的地质条件与储层物性特征，水平井钻完井技术不断得以深化研究与发展，围绕“井工厂”形成了井型优化、储层保护、导向钻井和水平井适应性完井技术，逐渐成为中国煤层气高效开发的重要措施。为煤层气高效开发提供钻完井工程方面的技术支持，通过概述中国煤层气水平井钻完井技术研究进展，重点介绍了煤层气水平井完井技术3项研究成果：(1)形成了煤层水平井双管柱完井与增透一体化技术，在沁水盆地南部应用400余口井，并取得技术与产量突破；开展了井壁煤岩径向循环载荷实验，通过CT扫描技术检测了煤岩裂缝形成与扩展；基于煤岩双孔隙结构、非均质性和孔隙多尺度特征，修正了径向循环载荷下煤岩损伤变量计算模型。(2)提出了径向水平井柔性筛管液压驱动下入方法，优化设计了完井管柱结构与配套工具，建立了管柱-液压耦合计算模型，以深部煤层径向水平井为算例，计算两种完井管柱结构的最大下入长度分别达到381 m、655 m,为径向井筛管完井提供技术指导。(3)提出了复杂煤体结构煤层水平井分段复合完井增透方法，数值模拟了循环冲击波辅助水力压裂煤层裂缝扩展规律，通过该技术使停产井增产至2 000 m³...     

提高煤层气采收率新技术分析

影响我国煤层气采收率的主要因素是煤层储层条件和开发技术,可以通过改善钻完井技术和增产技术来提高煤层气采收率。分析了常用钻完井技术、压裂技术和注气技术存在的一些缺点,认为短半径径向水平井技术兼有完井和增产的作用,可以大幅度增加单井的产能;高能气体压裂技术能够改善储层导流能力并保护煤储层,减小对煤储层造成水敏性污染,降低成本;通过注气前、后的瓦斯浓度及流量随时间的变化曲线,说明混合气体驱替煤层气有明显的效果。     

致密油藏体积压裂水平井压力特征

为研究致密油藏水平井体积压裂改造后的储层和渗流特征,文中建立了考虑基质应力敏感性的体积压裂水平井复合试井模型。内区为压裂改造区,由多级压裂水力裂缝与双孔介质模型共同表征;外区为非改造区,由单孔介质模型表征。应用叠加原理、Laplace变换、Stehfest数值反演和摄动变换技术进行求解,得到了体积压裂水平井试井模型的井底压力特征曲线。研究结果表明,体积压裂水平井的渗流可以划分为裂缝双线性流、垂直于裂缝的线性流、裂缝拟径向流等7个特征阶段。敏感性参数分析表明,致密储层的应力敏感特征在试井解释中不可忽视,渗透率模数、储容比、窜流系数、水力裂缝条数和水力裂缝导流能力对压力和压力导数特征曲线会产生较大的影响。     

煤层气径向水平井压裂室内试验与产能数值分析

煤层气径向水平井压裂工艺,即先在目标煤层钻成单层或多层径向水平井、再进行水力压裂改造,有望成为一种解决我国煤层气单井产量过低问题的有效手段。为研究该工艺在煤层中的压裂效果,采用大型真三轴水力压裂试验设备对径向水平井压裂过程进行了物理模拟,得到了3种裂缝形态,并依据试验结果分析了井眼参数对裂缝起裂与扩展的影响规律;同时,采用油藏数模软件对径向水平井压裂后的煤层进行建模,对不同完井方式的产能对比,论证了径向水平井压裂对于煤层气高效开采的巨大潜力,指出径向水平井压裂应当以"一平多纵"的缝网形态为设计目标,并给出了具体的工程设计建议,为该技术在煤层气开发中的应用提供了理论依据。      

煤层气水力压裂增产机理及效果评价方法研究

90%以上的煤层气以吸附状态附着在煤的内表面上,煤层气的产出是一个区别于常规天然气的"排水—降压—解吸—扩散—渗流"的复杂过程。我国煤层气储层条件较差,具有低孔、低渗、非均质性强的特点,普遍存在常规开采方式开发效果差的问题。为提高煤层气单井产量,实现商业化开采,必须对储层进行增产改造,促进排水降压,提高煤层气单井产量,水力压裂改造技术是当前煤层气增产的首选方法,也是已被证明的煤层气开采的一种有效的增产方法。论述了水力压裂增产渗流机理及其效果评价方法,并进行了实例分析。表明通过对煤层进行水力压裂,能够改善井底渗流条件,提高储层的渗透能力;煤层渗透率、表皮系数及裂缝导流能力和裂缝半长是评价煤层气水力压裂增产效果的主要参数。     

煤层气压裂水平井产能影响因素

产能评价对于煤层气的高效开发具有十分重要的意义。依据寿阳区块七元煤矿的地层压力、渗透率、初始含气量、兰格缪尔压力等数据,采用COMET3软件开展煤层气压裂水平井的产能评价,对影响煤层气压裂水平井产能的水平段长度、水平井方位、裂缝条数、裂缝半长、裂缝导流能力、水平井井距等因素进行评价。结果表明:水平段长度、水平井井距、裂缝条数、裂缝半长和裂缝导流能力对水平井产能影响较大。当水平段长度小于600 m时,煤层气井的产气量变化较为敏感;煤层非均质性对煤层气高产具有不可忽视的作用;裂缝条数为控制累计产气量的主要因素,其次为裂缝导流能力和裂缝半长;随着水平井井距的减小,累计产气量增大,但水平井井距过小对累计产气量的贡献并不明显。     

煤层气井压裂效果影响因素分析与技术对策

煤层作为自生自储式非常规储层较常规储层开采难度大,在我国直接表现为单井产量低,严重制约煤层气产业发展。以压裂煤层气井产能为基础,分析并研究了影响压裂效果的因素及其影响方式,主要包括压裂液类型、支撑剂性能、排量和砂比等施工参数以及应力状态的改变,其主要通过作用于渗透率、导流能力、裂缝的延伸来对增产效果产生影响。最后针对国内外技术现状提出可提高煤层气井压裂效果的技术对策,为进一步发展我国煤层气井增产改造技术提供视角。     

柿庄北深煤层区块压裂工艺对比研究

深层煤层气井压裂没有成熟的经验可以借鉴,对比研究了柿庄北深煤层区块已成功施工的11口活性水压裂井、5口水力波及压裂井及2口水力喷砂分段压裂水平井,总结分析了这些井的工艺参数及施工效果。活性水加砂压裂井和水力波及压裂井施工风险低,成功率高;水平井水力喷砂分段压裂施工压力高,风险大,需进一步优化工艺参数,保障施工安全。该分析结果可为该区块后续煤层气压裂增产提供参考依据。     

脉冲爆燃压裂技术在煤层气井中的应用

脉冲爆燃压裂技术利用火药能源在近井带燃烧产生多级脉冲气体压力,在裂缝方向不受地应力控制的前提下,使地层产生多条裂缝体系,改善了地层近井带的导流能力。为验证脉冲爆燃压裂技术在煤层气井的应用效果,选择部分井层开展了现场试验及使用效果评价。结果表明,在煤层气井实施脉冲爆燃压裂措施,工艺简单,成本较低,不污染煤层,对提高煤层气井开发初期出水量,解除煤层气储层近井带污染及堵塞,提高产气量,具有较好的效果。     

固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响

目前针对于煤层气井近井部位固井水泥浆侵入的方式和形态规模、固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响机制及其与煤层气井开采效果的内在关联方面的研究较少。为了深化煤储层压裂裂缝延展理论并给煤层气井水力压裂施工方案优化提供支撑,选取沁水盆地煤储层中基质—裂隙发育组合迥异的区块,对部署在不同部位气井的固井水泥浆侵入方式和水泥环形态规模进行了系统刻画,分析了不同固井水泥浆侵入方式下的压裂力学判据,针对深部气井难于开挖解剖其固井水泥浆侵入特征的实际问题,提出了破裂压力当量的定义,在此基础上,对郑庄区块39口煤层气井的压裂排采数据进行了分析,总结了固井水泥浆不同侵入方式对煤层气井压裂、排采的影响。研究结果表明:①煤层气井固井水泥浆的侵入方式包含固井水泥浆正常充注型(硬煤基质)、加厚型(构造煤)及煤岩—水泥胶结界面型(硬煤裂隙带)等3种;②由破裂压力当量(pt)小于1.50 MPa,固井水泥浆均匀充注在气井井眼—套管环空,可以判断气井位于硬煤基质;由pt介于1.50～9.00 MPa,固井水泥浆沿井壁构造节理缝挤侵入储层内形成胶结滤饼,可以判断气井位于硬煤裂隙带;由pt大于9.00 MPa,固井水泥在井眼环空垮塌空间加厚形成纺锤体,可以判断气井位于构造煤;③位于硬煤基质的气井在排采期间气井产气量缓慢增加到峰值,并可在峰值部位稳产较长时间,而后产气量缓慢下降,位于构造煤的气井在排采初期很快见产,随后产气量迅速衰减,硬煤裂隙带气井在排采初期产气量快速上升并达到峰值,但稳产时间较短,而后产气量缓慢下降。     

页岩储层射孔水平井分段压裂的起裂压力

目前,页岩储层水力压裂裂缝起裂和扩展机理研究已成为国内外水力压裂研究领域的重要课题,射孔水平井分段压裂技术是其高效开发的主要手段。针对目前部分裂缝起裂压力模型在计算射孔水平井横向裂缝起裂时破裂压力过低、严重偏离实际的问题,基于Hossain模型和Fallahzadeh模型,建立了新的水平井射孔孔道表面的应力分布模型;同时开展了水平井分段压裂的诱导应力分布研究和不同压裂工艺条件下复合地应力的分析;进而针对页岩储层的岩性特征,建立了考虑诱导应力条件下,页岩储层射孔水平井水力压裂在岩石本体起裂、沿天然裂缝剪切破裂和沿天然裂缝张性起裂3种方式下的起裂压力计算模型,提出了页岩储层水力裂缝起裂方式和起裂压力的判别方法。该成果对于页岩储层水力压裂裂缝起裂机理的研究和现场应用具有一定的指导意义。     

倾斜裂缝水平井非稳态压力模型

由于地层各向异性以及地应力分布不均匀等因素影响,导致水力压裂裂缝与水平井筒之间并不是垂直关系,但目前压裂水平井非稳态压力模型大部分都是在垂直裂缝前提下建立的。为解决现场实际问题,基于Gringarten源函数应用坐标旋转以及坐标平移原理,建立了任意裂缝与水平井筒夹角的分段压裂水平井压力模型。经计算可知分段压裂水平井油藏渗流过程可分为4个流动阶段,即线性流、第一径向流、双径向流以及拟径向流。计算结果表明,裂缝与水平井筒之间的夹角越小,第一径向流持续时间越短,进入拟径向流时间则越早。裂缝穿透比主要影响压裂水平井早期渗流,当裂缝穿透比小于特定值时会出现纵向径向流,裂缝穿透比越低,则纵向径向渗流持续时间越长。裂缝均匀分布且垂直井筒的压裂水平井,开发后期裂缝之间的产量两两相等。但在含有倾斜裂缝的分段压裂水平井中,由于与水平井筒夹角的影响,开发后期每条裂缝的产量互不相等。     

苏里格气田裸眼水平井分段压裂工艺技术及其应用

水平井分段改造是扭转低渗透油气田多井低产、转变发展方式、实现少井高产的重要手段,2010年苏里格气田开始实施大规模的水平井开发,制订了100口水平井的开发部署。但是,裸眼水平井压裂裂缝起裂和延伸的复杂性,以及裂缝条数的不确定性给裸眼水平井的有效压裂带来了巨大挑战。在介绍分段压裂工具及工序的基础上,重点研究裸眼水平井压裂裂缝的起裂机理,对比直井地层破裂和裂缝延伸的特点,分析了裸眼水平井压裂裂缝的延伸特征,结合实例水平井分段压裂得到裸眼水平井压裂会产生次生裂缝的结论,以增加主裂缝缝长和控制次生裂缝数量为目标,通过净压力拟合和预测的方法建立了裸眼水平井分段压裂参数的力学设计方法。该结论和方法在苏里格气田苏5、桃7区块水平井的分段压裂中取得了成功,压后效果证明了其结论的正确性和方法的有效性。     

深煤层水力波及压裂技术及其在沁南地区的应用

为提高深部煤层的煤层气产能,针对其地质特征提出了在深煤层实施多口直井同步水力波及压裂的技术思路。首先基于边界元位移不连续法建立了多裂缝诱导应力数学模型,模拟深煤层诱导应力场分布,分析水力波及压裂复杂缝网形成的可能性,然后采用离散元方法研究应力干扰的裂缝网络延伸情况及其影响因素,最后通过三轴压裂实验和现场应用效果验证了其可行性。结果表明:(1)水力波及压裂技术能增大应力干扰面积和应力干扰强度,促使水平主应力差的减小甚至诱导局部区域的地应力方向发生改变,有利于沟通煤岩中发育的面、端割理,从而形成大规模高效复杂的裂缝网络;(2)水力波及压裂有利于复杂缝网形成的条件包括较小的初始水平主应力差、低泊松比、较小井距、低压裂液黏度、高缝内净压力等;(3)真三轴物理模拟实验结果显示,水力波及压裂技术能够充分沟通煤岩天然裂隙,形成由人工裂缝、面割理和端割理组成的复杂裂缝网络。进而提出了一套深煤层多井同步水力波及压裂工艺优化设计方法,在沁水盆地南部柿庄北地区深煤层选取了5口直井进行先导性试验,裂缝监测及排采数据表明,水力波及压裂井产生的波及体积较大,裂缝网络复杂;较之于常规压裂井,水力波及压裂井不仅见气更早,产量、套压较高且稳定,而且所形成的区域压力降波及邻井,可大幅增加实施井及邻井产量。     

郑庄区块煤层气低产井增产技术研究

山西沁水盆地郑庄区块经过多年开发,目前已初具规模。但是随着排采持续进行,部分生产井产量已经呈现明显下滑的态势。针对低产原因,从地质构造（断层、陷落柱）以及工程施工（压裂液、压裂参数）2个方面对排采井低产原因进行深入分析,提出现场施工采用活性水压裂液以及采用变排量施工工艺,尤其针对埋深大、渗透率极低的低产井提出“大液量、大砂量、变排量”压裂工艺,确保储层改造达到预期的效果。由于煤层堵塞导致生产井产量下降,建议采用解堵性二次水力压裂改造措施,并且在郑庄区块首次实施微生物解堵的实验性措施,探索了该技术在郑庄区块低产井治理中的有效性。     

围岩—煤储层缝网改造增透抽采瓦斯理论与技术

现行的储层改造工艺仅适用于硬煤,对软煤则无能为力,这是造成我国煤层气产业化难以取得突破的主因这一,探索一种实现各类储层强化增透的普适性技术是当务之急。为此,采用理论分析与现场试验相结合的方法,系统分析了水力压裂过程中径向引张、周缘引张和剪切裂缝等多级、多类裂缝形成的力学机制,揭示了围岩—煤储层缝网改造的增透机理。结果表明:水平井分段多簇射孔压裂、水力喷射分段压裂、四变压裂以及一些辅助措施是实现缝网改造的有效技术途径,尤其是四变压裂使得煤层气垂直井和丛式井的缝网改造成为现实。结论认为:围岩抽采层缝网改造技术以钻井施工安全、可改造性强、抗应力敏感和速敏能力强、适合于任何煤体结构煤储层为特点,因而具有显著的优势;该技术除了在围岩水敏性极强、富水性强的条件下使用尚有局限外,具有广泛的适应性。煤层气地面开采和煤矿井下抽采成功的工业性试验表明,所构建的围岩—煤储层缝网改造理论和技术体系,将作为一种广普性的增透措施在我国煤层气井地联合抽采领域发挥作用。