新疆阜康矿区煤层气井压裂液优选研究

储层改造是煤层气井的主要增产措施,而储层改造的主要工程手段为水力加砂压裂。煤层基质吸附压裂液会导致割理孔隙度和渗透率的大幅下降,且这种吸附性伤害是不可逆的,会极大影响储层改造措施的效果。因此,煤层气井压裂液与煤储层的配伍性极为重要。本文综合考虑压裂液粘度、携砂性能、对储层的伤害及经济性,优选出适用于阜康矿区煤层气井的压裂液。     

清洁压裂液对煤层气吸附性能的影响

为研究煤层气井压裂液选择的理论依据,进一步探讨清洁压裂液对煤层气吸附性能的影响,以IS-100等温吸附解析仪为实验平台,选择不同煤阶的煤样和清洁压裂液,从等温吸附的角度,探讨清洁压裂液对煤层气吸附性能的影响;并采用煤层气可采系数计算方法,以等温吸附实验的兰氏参数数据为基础,结合与地质条件和煤层密切相关的废弃压力、煤层原始含气量等因素,计算评价并综合分析清洁压裂液对煤层气吸附性能的影响程度.结果显示:与原始煤层可采系数相比,采用清洁压裂液压裂后的煤层可采系数显著增大.研究认为清洁压裂液对煤层气吸附性能有较大影响,该影响对煤层气开采有利;且影响程度与煤阶有关,焦煤、贫煤与无烟煤中贫煤的影响程度最大.     

煤层气压裂综合滤失系数的影响因素评价

针对煤层气井投产前对煤储层进行水力压裂时,滤失量较大的问题,从煤储层特征和压裂施工2个方面分析影响综合滤失系数的因素.结果表明:煤储层方面影响因素主要有煤层动态渗透率、煤层孔隙内流体压缩系数、孔隙度等;压裂施工方面影响因素有压裂液黏度等.通过相关公式,并结合经典的综合滤失系数计算方法,定量评价了各个因素对综合滤失系数的影响.分析计算表明该评价方法具有可靠性和实用性.     

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，并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系和配方。确定了用石英砂作为煤层压裂的支撑剂。     

焦坪矿区煤层气井前置酸压裂液优选实验研究

为解决富含矿物质煤层煤层气开发面临的增产改造问题,基于酸液溶蚀煤中矿物质和煤层水力压裂理论,以焦坪矿区侏罗纪煤层为研究对象,通过分析储层特征,设计了盐酸体系和盐酸+氢氟酸体系的前置酸配方及活性水压裂液和生物酶破胶瓜胶压裂液的压裂液配方,通过开展前置酸压裂液与地层水的配伍性实验、前置酸溶蚀率实验,进行了前置酸配方初选,借助室内岩心流动实验完成了前置酸压裂液配方的优选。结果表明:采用前置酸压裂液技术,在一定程度上降低压裂液本身对煤层的伤害;15%盐酸体系相比12%盐酸+3%氢氟酸体系更加有利于改善煤层渗透性,优选作为前置液配方;从减小对煤储层伤害的角度来选择压裂液配方,优选活性水压裂液体系;综合考虑煤储层伤害、携砂和造缝效果来选择压裂液配方,优选生物酶破胶瓜胶压裂液。     

寿阳区块煤层气井排采影响因素分析

通过对寿阳区块煤储层地质条件、煤层气井钻完井工艺参数及排采控制特征的分析,认为影响该区块煤层气排采的主要因素有:生产煤层渗透率低、临界解吸压力低、含气饱和度低;本区块主力煤层15号煤的顶板以灰岩为主,含有不规则的裂隙水,导致部分井产水异常;构造复杂易造成直井压裂裂缝或水平井水平段与断层发生沟通,导致煤层与外部水层发生连通而干扰煤层的排水降压;水平井钻井过程中使用的泥浆体系对煤储层造成一定伤害,部分直井压裂后未及时返排并长时间未投入排采,压裂液长期浸泡煤层;因各种原因造成频繁的排采中断。针对这些主要影响因素,提出了针对性建议。     

煤层气采出水在压裂液中的探索应用

煤层气开采过程中,需要采出大量的地层水来降低煤层压力,满足煤层解吸附的需求,而采出水再利用也是煤层气经济开发的关键因素之一。本文在分析宁武盆地某区块采出水水质的基础上,对采出水与压裂液添加剂配伍性及利用采出水配制表面活性剂压裂液性能进行实验评价,实验结果表明,采出水与压裂液添加剂配伍性良好;利用采出水配制的压裂液粘度稳定,携砂性能良好;破胶彻底,对储层伤害小。现场试验两口井,施工成功。     

煤层气井压裂液体系优化——以彬长矿区大佛寺井田为例

以彬长矿区大佛寺井田4#煤储层为研究对象,通过对煤储层物性、水敏性、地表水水质及配伍性、防膨剂的防膨性与伤害性等进行系统分析,掌握煤储层的水敏、储层伤害原因及规律,筛选出合理的活性水压裂液体系,为彬长矿区及类似地区的地面煤层气开发提供一定的借鉴和参考作用。研究结果表明,大佛寺4#煤中易水化膨胀的黏土矿物含量较少,煤心渗透率与压裂用水矿化度呈正相关关系,表现出较强水敏特征。进一步优化压裂液配方发现：大佛寺井田地表水与煤储层水具有良好的配伍性,适合作为压裂用水;1.5%KCl溶液对储层伤害较低且经济性较好,可作为压裂液防膨剂。结合前人研究结果,最终确定大佛寺井田煤层气井压裂液配方为：大佛寺地表水+1.5%KCl防膨剂+0.3%DB-80助排剂。      

构造煤煤层气压裂方式及机制探讨北大核心

针对构造煤地区煤层气开发效果较差的问题,通过分析淮北矿区和湖南洪山殿矿区构造煤条件下煤层气顶板分段压裂水平井、垂直井的工程案例,结合水力压裂缝起裂和延伸机理分析,提出了构造煤'破壁'间接压裂技术,即在构造煤顶底板选择合适的岩层进行压裂施工,可以造出较长且与煤层沟通良好的压裂缝,能够大大提高压裂的增产效果,且具有有效降低钻井液、压裂液对煤层的伤害,提高煤层气排采效果的作用。     

构造煤煤层气压裂方式及机制探讨

针对构造煤地区煤层气开发效果较差的问题,通过分析淮北矿区和湖南洪山殿矿区构造煤条件下煤层气顶板分段压裂水平井、垂直井的工程案例,结合水力压裂缝起裂和延伸机理分析,提出了构造煤"破壁"间接压裂技术,即在构造煤顶底板选择合适的岩层进行压裂施工,可以造出较长且与煤层沟通良好的压裂缝,能够大大提高压裂的增产效果,且具有有效降低钻井液、压裂液对煤层的伤害,提高煤层气排采效果的作用。     

综采工作面砂岩夹矸层酸化压裂破碎机理

以榆林小保当矿区112201大采高工作面煤层砂岩夹矸层为研究对象,通过夹矸层砂岩物理力学化学性质综合性实验分析,提出了以微量CO2水合物为主的复配专用岩石酸化压裂方法。对高压CO2耦合溶液作用下砂岩中矿物溶蚀的物理化学机理进行研究,分析了高压酸化压裂引起的岩石微观结构变化共同作用下的岩层变形破坏特征及孔渗影响规律。结果显示:CO2水合物酸化专用压裂方法,对夹矸砂岩组成中方解石和白云石组分的影响显著,高岭石膨胀作用增强,压裂液溶蚀孔隙数量显著增多,孔径变大,综合孔隙度和渗透率均增大。通过开采验证,煤层夹矸层CO2耦合压裂破碎后,与正常回采区段及常规水压致裂区段相比,耦合压裂区段工作面回采率显著提高,同时节能降耗效果最为明显。     

二氧化氯作为煤储层压裂液破胶剂的可行性实验研究

针对煤层温度低、高黏压裂液无法及时破胶返排的难题,探讨二氧化氯作为压裂液破胶剂的可行性及其对煤层气开采的影响。实验选择清洁压裂液、交联冻胶压裂液和二氧化氯溶液对不同煤阶煤样进行处理,对处理后煤样再分别进行光学显微镜、等温吸附和压汞等测试。结果表明:残留的压裂液会对煤层造成污染伤害,二氧化氯不但具有良好的低温破胶作用,同时还可以提高大孔和中孔的孔容比,使得孔隙连通性得到改善,进而提高储层渗透率;经二氧化氯处理后煤样的朗格缪尔体积显著降低,表明了煤的亲甲烷能力显著降低,从而使得煤层气临界解吸压力、含气饱和度与采收率均得到不同程度的提高。研究表明二氧化氯可以作为煤储层压裂液的破胶剂。     

砂煤岩互层水力裂缝扩展规律的数值模拟研究

砂煤岩互层中都含气的情况下,采取多层联合压裂工艺进行煤层气和致密砂岩气的合采,但是地层垂向上岩石性质差异很大,地应力状态不同,从煤岩层起裂和从砂岩层起裂裂缝的形态可能会有很大的差别。采用有限元方法对砂煤岩互层中的裂缝进行了模拟研究,依据室内试验及现场数据,考虑了分层地应力、岩性差异、地层界面、施工条件的影响。采用全三维的裂缝扩展模型,分别模拟了砂岩层射孔起裂和煤层射孔起裂2种情况。结果表明,从砂岩层起裂的裂缝会在缝高方向上迅速突破煤岩层,在模型范围内,缝高大致是缝长的2倍,达不到压裂深穿透储层的目的。从煤岩层起裂的裂缝缝高方向受到砂岩层的遮挡作用,缝长较长,采取合理的施工参数裂缝可以扩展至砂岩层,推荐采取从煤层起裂的方式。并对煤层为起裂层这一情况下裂缝形态的影响因素进行了探讨,5 MPa左右的最小水平主应力差可以将裂缝限制在煤层中,地应力差为4 MPa时,存在7 m³/min的临界排量,推荐采取不小于7 m³/min的排量施工,低弹性模量、高抗拉强度、高渗透率的砂岩层有效限制了裂缝缝高方向的扩展,高黏度的压裂液有助于裂缝的穿层行为,但影响程度较弱,煤层推荐采取清水压裂液。     

超低浓度多元改性胍胶压裂液在煤层气井中的应用

为解决常规胍胶压裂液破胶后大量残渣对煤层气储层造成严重损害的问题,通过对常规胍胶进行碱化和醚化改性,研制了1种新型多元改性胍胶DX-HPG,并以此为主要处理剂制备了1套适合煤层气储层的超低浓度多元改性胍胶压裂液体系。该压裂液体系具有良好的耐剪切性能、携砂性能和破胶性能,体系破胶液的残渣含量和表面张力均低于常规羟丙基胍胶压裂液,并且其破胶液对煤岩心的渗透率损害率小于13%,远远小于常规羟丙基胍胶压裂液。现场应用结果表明:超低浓度多元改性胍胶压裂液体系的性能达到了现场施工设计的要求,且XS-1井压后产气量明显高于使用常规羟丙基胍胶压裂液的邻井,起到了良好的压裂增产效果。     

清洁压裂液与水对煤层渗透率影响对比试验研究

针对煤矿井下采用不同压裂液增加煤层透气性的工程问题,开展了多组有效应力作用下烘干、含水与含清洁压裂液3种煤样的渗透率对比试验,并利用多孔介质和流体力学理论分析了压裂液影响煤层渗透率的机理。研究结果表明：饱和清洁压裂液煤样渗透率比饱和水煤样渗透率平均高出177.83%,随着有效应力增加,煤样渗透率均呈指数关系降低;压裂液对煤层渗透率的影响受表面张力影响,表面张力大,液体会在煤体内占据更多瓦斯运移通道,从而降低煤层透气性,与清水相比,清洁压裂液有效降低了煤体内部孔隙表面液体张力,增大了瓦斯运移通道,提高了煤层渗透率,有利于煤层气的抽采。     

砂煤互层水力裂缝穿层扩展机理

临兴地区含煤岩系地层纵向互层发育煤层、致密砂岩层产层组,当砂煤薄层组合开发时,受界面胶结性质、地应力差、压裂选层、煤层厚度、施工参数等因素的影响,难以判断裂缝是否垂向穿层。为了分析砂煤互层水力压裂裂缝穿层扩展规律,通过选取砂煤天然露头岩样进行交错组合,利用大尺寸真三轴水力压裂系统开展了砂煤产层组组合的物理模拟实验,研究了压裂选层、层间胶结强度、煤层厚度、胶液和活性水对水力裂缝穿层扩展的影响。实验结果表明:在煤岩中起裂时,受煤岩层理和自身天然裂缝的影响,裂缝在扩展过程中,容易发生转向,使得裂缝形态复杂多样,不利于裂缝穿层;在砂岩层中起裂时,砂岩中水力裂缝形态简单,形成水力主缝,容易穿层扩展;当界面胶结强度较弱时,裂缝扩展至砂煤界面,容易发生转向,沿界面扩展,形成水平裂缝;煤层越厚越容易耗散水力能量,使得水力裂缝难以穿层扩展;胶液的造缝能力优于活性水,但其对储层伤害较重,压裂液类型的选取需根据现场压裂所需进行甄选。     

煤粉在支撑裂缝中的运移与沉积规律

针对煤储层压裂过程中易产生大量煤粉问题,应用LD-1A导流能力测试系统进行了支撑裂缝中不同流速、不同煤粉含量的流体流动物模实验,分析了流体在变流速、恒流速和间断流动下,煤粉在支撑剂充填层中的运移、沉积及产出规律。实验表明:煤粉运移具有一定的临界流速,不同条件下,临界流速差别较大,在20~40目石英砂支撑裂缝中,过60目煤粉临界流速可达5.20 cm/min,而过140目煤粉临界流速为2.01 cm/min;流体流速、支撑剂粒径、煤粉粒径、煤粉含量、排采制度等多重因素共同控制煤粉产出量;煤粉容易沉积在支撑裂缝中堵塞支撑剂构建的孔隙,对支撑裂缝导流能力的伤害严重。压裂后有效排出煤粉,可减小堵塞伤害;排采过程中控制流体流速,有利于减少煤粉运移及产出。     

中、高煤阶煤岩压裂裂缝导流能力实验研究

运用FCES-100长期裂缝导流仪,测试了中、高煤阶煤岩水力裂缝的长期导流能力,并考虑了煤粉对导流能力的伤害,提出了简易测试煤层复杂裂缝导流能力的方法。通过室内实验测试分析认为,不同煤阶煤岩由于力学性质等的不同,在相同条件下其导流能力有明显的差异,煤层水力压裂施工设计中应考虑煤阶对裂缝导流能力的影响;支撑剂嵌入对煤岩裂缝导流能力伤害严重,适当增加铺砂浓度、加大支撑剂粒径、压裂液中加入分散剂可以降低支撑剂嵌入和煤粉的伤害;裂缝形态对煤岩的导流能力也存在影响,多条裂缝与单一裂缝的导流能力不同。     

保德区块中低阶煤层压裂施工砂堵原因分析及技术对策

针对保德区块中低阶煤储层压裂过程中容易出现砂堵影响储层改造效果的问题,根据研究区块的地质条件,结合水力压裂时裂缝在煤层中的扩展规律,分析了保德区块煤层水力压裂出现砂堵的4类主要原因,分别为煤储层裂隙相对发育造成压裂液滤失量增加、压裂沟通高渗透性的顶底板、煤储层本身有效厚度大滤失量增大及多层合压造缝不充分。在此基础上,提出了相应的技术对策,使用清洁压裂液、适当提高并稳定施工排量及优化压裂施工设计,为现场的水力压裂施工和提高煤储层改造效果提供重要指导。