CO2增能压裂在煤层气垂直井中的应用

 能否使用二氧化碳泡沫增能压裂提高煤储层导流能力、节约成本、提高煤层气井产气量一直是大家关注的焦点问题之一。本文以淮北矿区芦岭矿井主力煤层为研究对象,通过等温吸附实验对比研究区煤对甲烷气体和二氧化碳气体吸附的差异性;根据伴注二氧化碳泡沫压裂特点,系统分析了二氧化碳泡沫压裂增产机理;结合芦岭矿实际,设计了该研究区二氧化碳泡沫压裂煤储层工艺技术。芦岭矿井伴注二氧化碳泡沫压裂和常规活性水压裂的产气对比表明：二氧化碳泡沫压裂从一定程度上可增加煤层气垂直井的产气量,具有较好地应用前景。     

万峰矿采煤工作面两种钻孔抽放效果对比研究

合理的钻孔布置方式能够提高瓦斯抽放效率、减少工程成本。以万峰矿的地质和瓦斯资料为基础,根据构造曲率的基本原理,结合井下煤体结构观察及部分渗透率测试,得出万峰矿1103工作面构造曲率与渗透率的关系,据此划分出高、中、低渗透区域。根据渗透性大小,对该矿常用的平行钻孔和扇形钻孔进行了设计和对比。对比结果表明:该工作面使用平行钻孔进行瓦斯抽放,既可以提高抽放效率,又能减少工程成本,抽放效果较好。     

常村矿煤层气井产水/产气曲线类型及其成因分析

煤层气井的产水、产气曲线形态是地质储层潜力及排采工作制度的合理与否的综合反映。根据常村矿33口煤层气井的日产水量、日产气量曲线形态,结合波动性指数判别方法,划分出5种典型的产水/产气曲线类型。从储层资源产气潜力、围岩水补给情况和排采工作制度等方面分析得出了典型产水/产气曲线类型的成因。结果表明：常村矿煤层气井排采曲线可划分为单峰产水+稳定产气型、双峰产水+双峰产气型、双峰产水+稳定产气型、稳定产水+单峰产气型、稳定产水+稳定产气型等类型。当围岩水几乎无补给或补给较少且资源潜力较大且排采工作制度合理时,一般表现出稳定产气+单峰产水型;排采制度不合理时,容易出现稳定产气+双峰产水曲线。当围岩水补给较多且资源潜力较小时,一般表现为稳定产水+单峰产气型;资源潜力一般或较大时,表现为稳定产水+稳定产气型。当围岩水补给小、资源潜力一般且排采工作制度不合理时,容易表现出双峰产水+双峰产气型。该研究成果为煤层气井不同储层地质条件下排采工作制度优化奠定了基础。     

煤层气直井排采过程中渗透率变化规律研究

基于煤层气储层地质参数的差异对排采过程中煤储层内部应力状态、力学结构性质、能量系统变化的影响,采用孔隙结构、弹塑性、损伤力学,能量平衡转化理论等方法,构建了排采过程渗透率变化的数理模型.提出了"回升系数"的概念,量化了不同条件下渗透率变化规律的差异.结果表明:排采过程中渗透率总体呈现"先降低后增大"的趋势,储层参数不同,渗透率降低幅度和回升能力存在较大差异,埋深越浅,渗透率回升至初值所需的弹性模量越小.当埋深在400m以浅,煤体弹性模量只需4~5GPa渗透率即可回升至初值,当埋深增至600m时,弹性模量需达到7~8GPa渗透率才能回升至初值,当埋深超过800m时,煤体弹性模量在8GPa内渗透率基本不能回升至初值.排采过程渗透率变化的临界地质参数值的确定,为现场的工程实施或渗透率理论研究提供了理论依据.     

煤层气井水力压裂有效消突边界物理模型

针对低渗煤储层煤层气井水力压裂裂缝扩展范围和消突边界确定问题,以潞安矿区煤层气井为例,采用微地震裂缝实时监测数据、有限元地应力模拟技术及井下瓦斯抽采参数,对煤层气井水力压裂范围、裂缝几何形态、压裂前后地应力分布进行研究,建立了压裂裂缝扩展和消突边界物理模型,划分了菱形井网消突范围。结果表明:研究区裂缝类型属于PKN型,压裂区呈近似椭圆形,主裂缝沿最大水平主应力方向延伸,区内划分出铺砂区、最终解吸区、裂缝区、渗透区、气涌区等5边界;压裂区四周应力沿σ_H,σ_h分别升高19%和7%,区内下降15.5%和9.5%,地应力模拟结果与压裂边界物理模型相吻合;在排采达标情况下,有效消突边界小于压裂边界,与支撑剂铺置边界一致,有效消突边界之外存在突出危险区,菱形井网采用200 m×125 m布置方式更有利于井下对应区瓦斯防治。     

煤样抗压、拉强度与点荷载指标关系的试验研究

通过对漳村煤矿3#煤层煤样进行单轴压缩、巴西劈裂、捣碎法以及点荷载试验,对试验结果进行分析。结果表明:捣碎、巴西劈裂、单轴压缩和点荷载试验结果的离散程度依次增大;非规则试样与规则试样相比,点荷载试验结果的离散程度明显偏大,规则试样平行层理与垂直层理加载方式得到的点荷载强度结果大致相同;煤样的坚固性系数、单轴抗压强度、抗拉强度与点荷载强度具有关联性,能够实现相互转换得到相应参数,转换后的强度参数可为煤体强度分级指标的确定提供了依据。     

单一煤储层煤层气直井合理日产气量的确定

确定单一煤储层煤层气直井合理日产气量可为煤层气井布井及经济评价提供依据。根据等温吸附、水气启动压力梯度流动等理论,建立了单一煤储层条件下煤层气直井合理日产气量的数理模型,研究了平均日产气量与主控影响因素间的关系。研究表明：渗透率、临储压力比与平均日产气量呈指数形式变化;含气饱和度与平均日产气量呈线性关系。沁水盆地中南部煤层气实际排水采气资料与预测结果的对比验证了模型的准确性。该研究结果为现场煤层气直井选址及经济评价提供了理论依据。     

煤层气井渗透率时空变化规律研究及应用

针对煤层气井排采过程中渗透率变化规律认识不清的问题,利用煤层气产出过程中的正、负效应,渗流及等温吸附理论,得到排采过程中煤储层渗透率随时间及距离变化的数学模型。研究表明：单相水流阶段,液面降速越慢,负效应导致的渗透率降幅越小;气水两相流阶段,适当提高液面降速,正效应越显著;在排采过程中,渗透率呈非对称“V” 型变化;对于临储压力比较高的煤储层,采取“低降幅憋套压”的方式能够扩大煤储层的气体解吸范围。研究成果为煤层气井的现场排采控制提供理论指导。     

煤层气井支撑剂嵌入和回流控制研究

因煤储层与常规油气储层特性不同,支撑剂在煤储层易发生嵌入和回流两大问题。扫描电子显微镜和导流能力实验揭示了树脂包层砂具有接触面积大、能有效减少嵌入,而且破碎率、浊度、圆度、球度和酸溶度等指标与普通石英砂相比也得到改善。针对该支撑剂在煤储层温度下固结时间偏长,在压裂液返排初期易出现吐砂以及因支撑剂运移造成的导流能力下降等问题,提出了用柔性玻璃纤维防止支撑剂回流,实现压裂液及时高效地返排以减少储层伤害的目的。