煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力的伤害与控制

煤层气井排采过程中,压裂裂缝导流能力大小变化,直接影响压降漏斗扩展范围,进而影响煤层气井产气量的高低。以晋煤集团寺河矿3号煤制作煤片,以兰州石英砂为支撑剂,运用FCES-100裂缝长期导流能力评价仪,在实验室物理模拟了排采过程中煤储层压裂裂缝的导流能力变化规律。实验结果认为：煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力具有较强的应力敏感性,如果控制排采降压连续缓慢稳定进行,可以使压降漏斗充分扩展前应力敏感对导流能力的伤害较小;在水力压裂施工中可以通过增加砂比来减小支撑剂嵌入的影响,对于深井选用更高强度支撑剂可以克服支撑剂破碎引起的伤害;不稳定和断续排采可造成压裂裂缝导流能力快速下降,只有坚持排采降压的“连续、缓慢、稳定”进行,才能避免应力敏感和流速敏感带来的储层伤害,确保煤层气井开发取得好的效果。     

潘河15号煤层煤层气的生产特征及其影响因素分析

为了掌握潘河区块15号煤层煤层气的生产动态特征,确定影响产能释放的主要因素,实现区域内产气量的平稳接替和潘河区块煤层气的稳定有序开发,本文以潘河区块所实施的15号煤层煤层气试验井为研究对象,统计分析了生产动态参数,全面研究了排采过程中的产水、产气和产煤粉的变化趋势和特征以其影响因素。研究结果表明：15号煤煤层气储层具有产水量低、高产气井少、煤粉产出量大的特点,产水和煤粉量对产气量有明显的抑制作用;区内煤层气井适宜部署在煤层气保存较好的包括背斜等构造高点及斜坡,且含气量超过20m_³/d,水动力条件弱的滞留水区;施工液量对压裂效果影响较大,尤其是造缝功能的前置液,在压裂正常情况下以及前置液量在110-210m_³范围内,液量和产气量同步变化;在排采过程中,排采初期的降液速度、见气初期的控制以及排采的连续性是影响区内煤层气井产能释放的主要原因。     

和顺区块煤层气井排采影响因素分析

结合和顺区块煤层气投产井地质条件、压裂效果及排采控制等特征,分析了影响该区煤层气排采的因素。结果表明构造复杂易造成压裂裂缝与断层沟通,干扰排采;生产煤层渗透率低、解吸压力低是该区煤层气排采的不利条件;15#煤层埋深较浅,产液量低影响煤层排水降压;压裂施工应控制裂缝形态,提高压裂效果,避开区域灰岩含水层对煤层越流补给;合理控制套压,缓慢控制流压,对扩大煤层气解吸范围,提高产气量十分重要。     

煤层气井煤粉产出规律及排采管控实践

为减少煤粉对储层的伤害,分析了煤层气井煤粉产出规律及其对排采的影响。基于煤层气井煤粉浓度、产气量、产水量等监测数据,总结了煤粉产出动态规律;研究了产气初期煤粉大量产出对采气设备及储层渗流通道的影响;提出了通过提高排采设备携粉能力,增加煤粉排出量的极限煤粉浓度管控方法。实践表明该方法能减少煤粉对储层的伤害,延长检泵周期,释放煤层气井产能。     

柿庄南区块煤层气高产潜力井低产因素分析

为了研究柿庄南区块部分煤层气高产潜力井产气效果不佳的原因,通过分析煤层煤体结构和顶底板特征,结合水力压裂效果分析,并与高产井排采制度对比,分析总结了典型井低产原因。结果表明:水力压裂效果直接影响煤层气井产能,在改善煤储层渗透性的同时也可能沟通含水层造成煤层气井低产;在排采初期的单相排水阶段和两相流产气上升阶段,排采制度的不合理也是造成高产潜力井低产的重要原因,这2个阶段排采制度的合理控制会对未来整个产气过程产生影响;控制裂缝高度和压裂规模以避免穿透隔水层,最大限度使裂缝在煤层中深远扩展,同时合理制定排采制度,是煤层气增产潜力井二次压裂改造后长期高效开发的关键。     

煤层气井排采速率与产能的关系

通过分析煤储层压裂裂缝受力状态的动态变化,详细探讨了排采对煤层气井产量的影响.指出排采的速率过大会使裂缝所受有效应力快速增加,进而快速闭合,大大降低渗透率,压降不能传递得更远,煤层气井控制半径变小;流体携带大量的煤粉和支撑剂堆积在临井地带堵塞裂缝,发生速敏效应;间歇式排采更加剧了速敏效应的发生.由此可见,煤层气井的排采必须以合理的、缓慢的速率进行,否则将造成储层的严重伤害.焦作矿区X-1井因排采速率过快,造成10 d内将液面降低了782 m,达到了煤层底板,从而出现了水产量低、基本不产气的结果.数值模拟结果表明,在达到临界解吸压力之前液面下降速率以5~10 m/d为最佳;达到临界解吸压力时应维持液面不变一段时间,然后以2 m/d的速率下降.     

煤粉沉积对支撑剂充填裂缝导流能力的影响北大核心

为研究水力压裂过程中产出的煤粉沉积对支撑剂充填裂缝导流能力的影响机制,有效优化煤层气井的排采机制;运用支撑剂充填裂缝内多相流实验平台,制定相应的实验方案,针对煤层气井排采过程中产出的煤粉造成的支撑剂充填裂缝导流能力伤害问题进行实验研究。研究结果表明:悬浮煤粉质量分数越大,支撑剂充填裂缝出水时间越晚,出水点处压差值越大;且随着悬浮煤粉质量分数增大,裂缝内的煤粉沉积量呈线性增长趋势,煤粉沉积率先急剧增长到最大值后缓慢下降,支撑剂充填裂缝渗透率及导流能力呈下降趋势。     

延川南深部煤层气井排采制度研究

基于延川南煤层气田多年的勘探开发成果和排采实践,探讨和研究了深部煤储层应力敏感对煤层气井产气、产液的影响以及合理的排采制度。结果表明,由于深部煤储层具有低孔、低渗、强应力敏感的特征,排采速率过快煤岩易发生显著的压敏效应,造成渗透率降低,压降漏斗无法有效扩展,从而导致煤层气井产气低效;通过针对区内不同时期气井排采制度优化过程的对比和分析,逐步形成了"平衡排采、阶梯降压"的排采制度,延缓和减弱了应力敏感对储层的伤害,实现了泄压面积的持续扩大,从而保证了气井高产稳产的开发效果,这一排采制度的科学性和适用性在延川南煤层气田得到了证实。     

不同类型压裂返排液对煤层气储层的伤害实验研究

为了明确压裂返排液对煤层气储层的伤害情况,选择山西沁水盆地某煤层气矿区储层煤样和不同类型现场压裂返排液为研究对象,通过煤岩心驱替实验、煤储层裂缝导流能力实验以及煤层气解吸实验评价了不同类型压裂返排液对煤层气储层的伤害情况。结果表明:经过不同类型的压裂返排液污染后,目标区块煤层气储层煤岩心渗透率、裂缝导流能力和煤层气解吸能力均有不同程度的下降现象,其中线性胶压裂返排液对煤层气储层的伤害程度最大,清洁压裂返排液次之,活性水压裂返排液的伤害程度最小;结合不同类型压裂返排液的基本性能评价情况,认为压裂返排液对煤层气储层的伤害原因主要包括固相颗粒堵塞损害、微粒运移堵塞损害和水锁损害等。     

煤层气井产气通道内煤粉运动特征分析

基于脱落煤粉滚动启动条件和运移,建立了煤粉脱落、运移和堵塞的孔隙度和渗透率模型;分析了煤粉排出量对煤层孔隙度和渗透率的影响。依据该渗透率模型,研究煤粉适度排出理论,建立煤粉适度排出模型和携煤粉地层液速度窗口模型,使脱落的煤粉适度排出,疏通渗流通道,增加渗透率提高单井产气量。结果表明：煤粉的脱落增加了煤层的孔隙度和渗透率,而煤粉的沉积堵塞减少了煤层的孔隙度和渗透率;渗透率随煤粉的排出量的增加呈二次关系增大,煤层排出脱落煤粉可在一定程度上改善储层物性,提高煤储层的孔隙度和渗透率;采取压裂增产的煤层气井支撑剂粒径为20/40目正排列时,通过的最大煤粉粒径为0.16 mm,排液量大于13.53 m 3/d有利于粒径小于0.1 mm脱落的煤粉排出,最大限度地提高煤层渗透率,增加煤层气单井产气量。     

临兴深部煤层气含气性及开发地质模式分析

鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带临兴中部地区煤层埋深大于1 000 m,达到了深部煤层气的研究范畴。基于实际生产资料,探讨区内深部煤层含气性,提炼了深煤层开发地质模式。研究认为:以含气量转折为深煤层临界深度的划分依据,则工区内深部煤层的临界深度在2 000 m左右;且深部中煤阶储层的吸附性对温度的敏感性要小于压力,中煤阶煤层的临界深度相对深于高煤阶;深部煤层气仍以吸附气为主,现有的等温吸附测试方法易造成深部煤层气含游离气比例换算较大的误区;深部煤层受温度影响,煤层临储比较高,受应力影响,储层物性较差,气井总体具有"见气快、排水降压难、产气量上升缓慢"的特点;研究区深部煤层气潜力巨大,现有气井经验显示,合理优化开发单元为深煤层单井突破的关键,A型"源-储"相通的富集开发地质模式是深煤层突破重点考虑的开发模式。     

多层叠置煤层气系统合采方式及其优化

针对"多层叠置煤层气系统"这一特殊煤层气成藏模式,自主研发了多层叠置煤层气系统合采试验装置,并取得:(1)开展了储层气压分别为1.0,1.4,1.8和2.2 MPa条件下4层叠置煤层气系统常规合采试验,发现在合采过程中,气体由高气压煤层通过合采井筒流向低气压煤层,抑制了低气压煤层气体的产出,不利于煤层气的合采;(2)通过优化不同煤层产气时间开展了递进合采试验,有效避免不同煤层之间发生气体倒灌现象,使得最低储层气压煤层采收率和整体采收率分别提高了6.5%和1.3%;(3)递进合采能降低高储层气压煤层产能贡献率同时提高低储层气压煤层产能贡献率,使得产能分配更加合理;(4)叠置煤层整体差异系数呈先升后降的变化趋势,表明优化前后两种合采方式差异随着合采的进行处于动态变化之中,在合采中期达到最大,在合采后期略有下降。     

煤层气井产气机理及排采控压控粉研究

煤层气吸附/解吸特征、渗流机理和排采控制是煤层气井生产的重要因素。为此,进行了煤层气吸附解吸实验和渗流特征实验,结果表明:煤层气吸附/解吸是可逆的,存在"解吸滞后现象";煤层气渗流呈现二级渗流特征,即煤的基质孔隙内流体的渗流呈非达西渗流和天然裂隙及大孔隙内流体的渗流呈达西渗流;煤层气排采过程中,随着排水降压,规模开发可导致"气水分异",局部高点气产量高、水产量低,相对低点产水量高、产气量低。同时,煤层气井排采过快、洗井修井、停抽关井、液面低于煤层顶面等易造成污染,致使气水产量锐减,其伤害机理主要是煤粉堵塞伤害、应力敏感伤害和气锁/水锁伤害。基于伤害特点及伤害机理,结合多年的排采经验,确立了以定压排采、控制合理工作压差和控制煤粉适度产出等排采工作制度。     

碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂煤层气高效抽采模式

碎软低渗煤层的煤层气高效抽采一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治的技术瓶颈。以安徽淮北矿区芦岭煤矿8号碎软低渗煤层为研究对象,通过开展现场调研、分析测试、理论分析、水力压裂物理模拟和数值模拟等工作,提出了碎软低渗煤层的煤层气顶板岩层水平井分段压裂高效抽采模式,揭示了该模式下水力压裂裂缝的扩展延伸规律及控制机理,构建了该模式实施的主要工艺流程。研究结果表明:顶板岩层相对脆性、裂缝扩展压力较高,碎软煤层相对塑性、裂缝扩展压力低。在顶板岩层水平井进行套管射孔和水力压裂,顶板岩层中产生的压裂裂缝,在垂向上向下扩展伸延并穿入碎软煤层;同时在水平方向上也快速扩展延伸,由此产生的牵引作用撕裂下部碎软煤层形成较长的压裂裂缝。数值模拟结果显示,在给定的压裂施工参数条件下,顶板岩层中压裂在碎软煤层中形成的压裂裂缝长度,是直接在碎软煤层中压裂形成的压裂裂缝长度的6.7倍。碎软煤层和顶板岩层中形成的这些压裂裂缝在后续加砂压裂过程中被充填,成为煤层气从下部煤层向顶板岩层水平井运移的导流通道。显然,采用这种抽采模式,碎软低渗煤层可以获得良好的压裂改造效果。研究成果应用于淮北矿区芦岭煤矿煤层气顶板岩层水平井抽采示范工程,取得了很好的产气效果,水平井单井曾连续3,6,12个月平均日产气量分别为10 358,9 039,7 921 m3,截至2017-11-16,已累计产气500万m3,日产气量仍在3 200 m3以上,创造了我国碎软低渗煤层的煤层气水平井气产量的新记录。     

高瓦斯低渗透煤层冲孔造穴卸压增透技术及装备应用

针对我国高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采困难、极易导致煤与瓦斯突出的现状,分析了现有煤层瓦斯抽采的各种技术措施,研究了冲孔造穴的卸压增透原理,指出冲孔造穴是实现高瓦斯低透气性煤层卸荷增透的关键技术,并对我国水力冲孔造穴技术装备的研发进展进行了系统总结分析。在寺家庄煤矿和平煤八矿开展典型现场试验结果表明,采用目前广泛应用的煤层水力钻冲一体化装备和煤层机械扩孔一体化装备能够高效进行高瓦斯煤层扩孔造穴,降低煤层钻孔施工量,提高煤层透气性系数23.9倍以上,提高钻孔瓦斯抽采浓度和纯量在2倍以上。     

深部低透气性煤层上向穿层水力压裂强化增透技术

煤层气的长时间、高效抽采的是当前煤层气灾害治理与煤层气资源利用过程中亟需解决的问题。利用数值模拟实验与工程试验相结合的方法,系统地研究了井下底抽巷对目标煤层进行水力压裂强化增透技术。研究发现,水力压裂的裂隙扩展过程经历了能量与应力累积、微裂隙产生、局部压裂损伤、煤体抵抗失效与裂隙迅速拓展以及压裂水能量再蓄集再扩张循环5个阶段,水力压裂产生了大量的裂隙,再加上顶底板碎胀作用而使煤层卸压,使得煤体透气性大幅提高。水力压裂工程试验验证了压裂水的运移轨迹,与数值模拟与分析结果相吻合,实现了大范围增透和长时效的煤层气抽采,从而为深部低透气性煤层强化增透和煤层气高效抽采提供了技术保障。     

余吾矿煤层气井产能主控因素分析

查明余吾矿煤层气井产能的主控因素，可为进一步勘探开发提供指导。根据该矿已有的煤层气勘探开发井资料，从资源开发条件、钻井的井径扩大率、压裂改造效果、排采工作制度等方面分析了关键参数与日产气量的关系，得出了该区煤层气井产能的主控因素。结果表明:煤储层原始渗透率、临储压力比、含气饱和度是该区煤层气井产能的储层地质控制因素；钻井的井径扩大率、压裂改造效果是影响该区煤层气产能的工程控制因素；排采工作制度与产能之间关系不密切。当煤层段煤体结构复杂或碎粒/糜棱煤所占比例较高时，优化钻井参数或改善钻井液性能、优化压裂工艺参数与煤层的匹配性，是实现该区煤层气井产能最大化的重要保障。研究结果为该区煤层气井开发工程指明了方向。     

Enhanced coalbed gas drainage based on hydraulic flush from floor tunnels in coal mines

Gas drainage for the single and low gas permeability coal seam is the key technical problem hampering efficient coal mine gas drainage and without which mining safely cannot be realised in China. To solve this problem, this paper presents an engineering method for enhanced coalbed methane recovery based on high-pressure hydraulic flush from floor tunnels. The first step is to evaluate when the likelihood of coal and gas outburst reaches dangerous levels according to coal seam parameters (including coal seam gas contents, gas pressure, permeability and geological conditions). With these parameters in place, the second step is to determine and optimise borehole parameters, such as the effective influencing radius of hydraulic flush, hydraulic flush space between drills and borehole number to make sure that the coal seam stress is fully released and permeability is dramatically increased. What is also included in this step is the employment of a high-pressure hydraulic flush of coal from boreholes drilled from tunnels developed in the floor of the coal seam. Parameters of water pressure, water flow rate and the volume of coal flushed out are selected based on on-site testing and numerical modelling. Finally, numerical modelling and onsite testing are employed to validate the effects of enhanced coalbed methane recovery, which is whether or not coal and gas outburst danger is eliminated according to the national standards of China. The results show that the technology could improve the permeability of a coal seam and that the gas seepage coefficient was increased by about 10.50 times, the pre-gas drainage ratio was up to 35.5–70.4% and the borehole gas drainage experienced a process of increase-steady-decrease, which delayed 15–20 days of the attenuation time.     

高瓦斯低透气性煤层水力压裂增透数值模拟及应用

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采钻孔施工量大、效率低等问题,研究了水力压裂技术的破煤理论及高压水对煤层的卸压增透理论,提出水力压裂强化抽采瓦斯的措施,以岩土工程数值模拟软件FLAC3D对煤层进行水力压裂数值模拟,得到煤层水力压裂过程中裂纹扩展规律,确定了水力压裂现场试验的工艺参数、压裂装备及抽采系统,完成封孔及压裂试验。     

深部煤层气勘探开发进展与研究

我国煤层气资源主要分布于深部。鄂尔多斯、准噶尔等盆地部分煤层气井勘探成功表明深部煤层气资源在含气量、含气饱和度、储层压力及临界解吸压力等关键参数方面较浅部有利,开展深部煤层气研究及勘探是重要前瞻性课题。鄂尔多斯盆地东南缘延川南煤层气田的勘探,尤其是万宝山构造带延3井组的成功开发是我国深部煤层气开发获得突破的1个典型实例。一般来说,影响深部煤层气开发的因素较复杂,是一个系统工程,通常可以将这些因素划分为资源地质条件和开采技术条件两大类。延川南煤层气田开发的经验表明,影响深部煤层气井产能的主要因素是受地质条件控制的压裂技术与排采技术,提高深部煤层气单井产量的途径是做好富集高渗区选区评价和预测,加强以压裂为核心技术的工程工艺攻关研究及做好排采管理。