沁水盆地煤岩力学特征及其压裂裂缝的控制

以沁水盆地煤层气水力压裂井为研究对象,结合实验室煤样测试分析资料和煤层气井实际压裂数据,深入分析了煤层气井压裂效果,并进一步阐明了研究区煤岩力学特征对煤层压裂裂缝的影响。结果表明:研究区煤岩体弹性模量在2～5 GPa,且煤岩体弹性模量越小,压开的裂缝宽度越大;随着裂缝宽度的增加,裂缝长度将受到限制,其长度50～70 m;在对研究区煤层压裂过程中,压裂裂缝均不同程度地延入煤层顶底板,裂缝高度9～20 m,最大时裂缝的高度超过压裂层厚度的4倍;煤层压裂裂缝的形态特征没有固定的深度界限。煤层压裂裂缝的形成除受地应力影响外,还受局部构造应力及先存裂隙的控制,存在着在某一方向裂缝出现概率相对较大的现象。     

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。     

煤储层破裂压力对压裂改造的影响与工程应用

我国煤储层渗透率普遍较低,低渗储层直接进行地面煤层气开发的效益较低,而水力压裂是增加煤储层渗透率和导流能力的有效手段。通过对沁水盆地PN-1井、PN-2井的测井参数进行分析,掌握煤储层的岩石力学特征,为煤储层水力压裂参数优化提供指导。结果表明：2口井的测井数据反演的煤层具有低泊松比、低杨氏模量、低强度、低破裂压力的特点;通过在前置液阶段控制施工排量及施工压力、提高阶段液量,可以有效避免压裂裂缝沿煤层顶底板之间的层间界面延伸及扩展至煤层顶底板;测井数据反演的PN-1井煤层破裂压力与实际压裂施工的破裂压力较接近,误差仅为3.01%,对压裂施工参数优化的指导意义较高;PN-2井煤层破裂压力略低于顶底板岩层的破裂压力,压裂初期的施工排量偏高,导致施工压力达到顶底板的破裂压力,压裂裂缝在顶底板之间延伸形成单一裂缝,改造效果及产气效果均较差。     

煤层气储层水力压裂裂缝扩展模型分析及应用

以往对于水力压裂裂缝扩展模型的研究,主要集中在砂泥岩储层,而对煤储层的研究较少。以沁水盆地安泽区块煤层气储层为例,建立了水力压裂裂缝扩展模型并对该模型的现场应用进行了研究。首先通过煤储层水力压裂裂缝形态的分析,选取相应的裂缝模型;然后运用滤失经典理论并结合煤储层应力敏感性特征,提出了动态滤失系数计算方法,进而建立了裂缝扩展数学模型并对影响缝长的主要因素进行了评价;最后,应用模型对煤层气井的裂缝几何参数进行计算,并与现场裂缝监测数据比较,提出了模型适用的地质条件。研究结果表明:安泽地区煤储层水力压裂以形成垂直缝为主;考虑煤储层应力敏感性后,研究区综合滤失系数从3.36 mm/min1/2增大到4.24 mm/min1/2,在影响缝长的诸多参数中,排量、滤失系数和压裂时间是最主要的3个因素;模型计算缝长和裂缝监测数据吻合较好,但模型应用也有一定的限制条件,适用于水力压裂不压开煤层顶底板,以及天然裂缝发育较少的煤储层。     

厚煤层煤层气井水力压裂特点及效果评价

为充分利用厚煤层的煤层气资源，需提高厚煤层的压裂改造效果，在厚煤层中建立复杂缝网。以沁水盆地兰花区块不同厚度煤层气井为例，研究不同厚度条件下，压裂施工参数对压裂改造效果、产气效果的影响。结果表明：研究区厚煤层压裂缝网长度及改造效果受压裂液总量的影响较显著，压裂裂缝平均长度192 m,压裂裂缝向埋深较浅的区域延伸较长；研究区山西组3^#煤层水平主应力方向为北东东向，压裂裂缝偏离水平主应力方向，井筒两侧的裂缝长度差异增大；煤层厚度越大，资源丰度越高，其对每米煤厚的平均日产气量及每米煤厚的累计产气量贡献越大。通过对煤储层多参数地质甜点优选及开发工程参数优化，可降低厚煤层煤层气开发风险，提高产气效率。     

湘中煤层气井水力压裂改造效果初评

选择湘中涟源凹陷洪山殿矿区,实施煤层气"参数井+试采井"钻探,并采用电缆输送桥塞+射孔压裂联作工艺对该井4个煤层进行针对性改造。结合钻孔揭示煤系层结构及区域构造煤特点,选择尽量避开煤层主体,针对主力煤层顶底板、夹矸进行射孔,并制定合理的压裂方案。数据显示,煤层气井4层煤的压裂施工基本按照方案执行,达到了设计要求;结合区域资料及微地震监测数据分析,认为构造煤的"顶底板+夹矸"压裂效果存在一定差异,底板压裂优于顶板压裂效果。通过该煤层气井近5个月排采实践,初步证实湖南构造煤顶底板压裂效果明显,达到预期目标。     

鹤煤六矿二1煤煤层气含量控制因素分析

煤层气含量控制因素研究是煤层气开发的基础。根据鹤煤六矿二1煤地质勘探资料,从煤层气地质学的角度,着重分析了控制该矿煤层气含量的顶底板岩性、构造特征、水动力条件和埋藏深度等因素。分析结果表明,该矿二1煤顶底板岩性主要为砂质泥岩和泥岩,层厚稳定,裂隙不发育,为煤层气富集提供了良好的圈闭条件;向斜轴部区域及压性、压扭性逆断层附近煤层气含量高;地下水基本上处于弱径流和滞留状态,对煤层气保存有利,但局部区域地下水活跃,煤层气含量较低;煤层埋藏深,煤层气含量随埋深增加而增加。但大部分区域煤体为软煤,煤体松软,且煤层透气性差,该区煤层气开发有待于进一步的研究探讨。     

郑庄区块煤储层水力压裂裂缝扩展地质因素分析

为了研究煤储层水力压裂裂缝扩展规律,以沁水盆地郑庄区块15口煤层气井水力压裂裂缝的微地震监测数据为基础,通过分析压后裂缝方位、长度和高度等参数,从煤岩学特征、岩石力学特征、地应力条件及煤岩裂隙发育特征4个方面综合研究了压裂裂缝扩展的地质控制因素。结果表明:郑庄区块区压裂裂缝方位近NEE向,与区域水平最大主应力方向相近,垂直裂缝发育;演化程度较高的煤层更易形成长缝,且煤岩显微组分含量与压后缝长有一定相关性;裂缝长度随煤岩抗拉强度及弹性模量的增大而减小,煤岩与顶底板岩石力学性质的差异限制了裂缝纵向扩展;随埋深增加,煤储层闭合应力增大,但裂缝长度与煤层埋深负相关性较弱,原生裂隙在一定程度上阻碍了裂缝扩展。     

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。     

基于瞬变电磁法探测煤体内水力压裂流场的运动规律

基于瞬变电磁的工作原理,利用煤层孔隙-裂隙结构电阻率的变化,分析煤层水力压裂后流场特征、煤体破裂、裂隙延伸扩展以及含水性增大的过程。通过采用瞬变电磁法对煤层水力压裂流场进行了相关探测,得出了在高压水流场的作用下,水力压裂影响半径可达30 m以上并且压裂影响区域具有不均匀性,在应力释放区容易出现水流通道,形成卸压带。如若煤层的顶、底板较为坚硬完整,则水力压裂一般只会限制在煤层进行,同样由于煤层赋存地质条件的不均匀性,因此可利用瞬变电磁探测含瓦斯煤体的水力场,为水力压裂工艺的优化提供依据,以期达到理想的压裂效果。     

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。     

径向钻井技术开发沁水盆地煤层气工艺研究

针对沁水盆地碎裂煤煤体结构,提出采用水力喷射径向钻井与水力压裂等增产联作工艺。先在煤层实施水力喷射径向钻井作业,以形成呈辐射状的径向水平孔,沟通煤储层发育的天然孔隙和裂隙,然后根据储层条件再进行水力压裂改造措施,确保沿着径向孔方向诱导水力压裂裂缝,以增加水力压裂在煤层中形成的裂缝数目,并通过变排量技术控制裂缝在煤层中的延伸高度,最终延长煤层中的有效压裂裂缝长度,使支撑剂填充在有效的煤层裂缝中。同时在水力压裂之后,可根据煤储层地质特征,增加酸化作业,以酸溶煤储层割理中的可溶性矿物质,达到进一步提高煤储层渗透率的目的。     

潘庄煤层气井分压合采技术及其应用分析

为了查明潘庄煤层气分压合采井的主控因素和适用条件,选用了潘庄区块生产达五年以上的分压合采井为研究对象,通过对储层地质特征、水力压裂施工参数和排采数据的整理分析,探讨了分压合采井成功实施的地质和工程因素。研究结果表明,煤层气合采井成功的关键是压裂裂缝在煤层中充分扩展,控制裂缝的缝高,避免煤层与顶底板含水层在近井地带发生水力联系;各煤层的原始储层压力、临界解吸压力相匹配时或相差不大时,通过坚持"连续、缓慢、稳定"的排采方针,合层排采会取得成功。     

柿庄南区块煤层气低产井原因分析及增产技术对策研究

准确确定出煤层气直井低产的原因并提出针对性的增产技术对策,是减少盲目投资、提高产气效益的关键之一。以柿庄南区块为研究对象,从煤储层地质资源条件、钻井工艺、压裂工艺、排采工作制度等4个方面分析了煤层气低产原因。在此基础上,通过实验室酸化解污试验、压裂参数优化模拟研究、解除煤粉堵塞工艺原理分析、降低泵挂深度增产原理分析等方法,提出了不同低产原因下的针对性技术对策。结果表明:钻井污染严重的井可采用酸化解污+常规水力压裂方式实现增产;煤体结构以原生结构+碎裂煤为主,压裂参数不合理造成的煤层气低产井,优先采用重复压裂技术;煤体结构以碎粒或糜棱煤为主的低产井,需根据顶/底板岩性及围岩补给情况,确定顶/底板压裂的可行性;泵挂深度在煤层5 m以上的且曾经有较高产气量的低产井,可通过加深泵挂实现增产;排采应力敏感的低产井,优化二次压裂泵注参数,实现裂缝转向的目的;井筒内煤粉堵塞、泵效低造成的低产井,优先选用冲洗泵等循环洗井装置洗井提高泵效,实现正常产液来提高产气量;井筒附近煤粉堵塞引起产水量、产气量急剧下降的低产井,优先选用氮气等解堵技术实现增产。现场部分增产技术的应用验证了理论分析的可靠性。该研究成果为煤层气低产井区二次改造方案设计提供了借鉴。     

沁南地区煤体结构对煤层气开发的影响

为了研究煤体结构对煤层气开发的影响,对比了沁南地区3号煤层中原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤、糜棱煤等不同煤体结构的钻井、压裂、排采资料,并对部分煤矿进行了井下观测分析。研究发现煤体结构越破碎,井壁稳定性越差,井径、抽采孔钻屑量越大,同时,储层污染范围与井径大致呈正相关关系;碎粒煤及糜棱煤发育处,井筒周围形成厚层的水泥环,水力压裂初始施工压力将快速上升,导致水泥环破裂,同时压裂液的大量滤失会降低压裂裂缝的延伸范围,甚至导致砂堵等工程问题;在排采过程中,煤层水及煤层气均有携带煤粉的能力,易造成排采通道的堵塞,导致气井产能迅速降低,同时也容易造成裂缝闭合,降低解吸范围,煤体结构越破碎,煤粉产出越多,裂缝闭合越严重。     

煤层气井水力压裂及对煤层顶底板的影响研究

为了确保煤矿安全高效生产,研究区采用地面煤层气井水力压裂增透工艺增强瓦斯抽采效果。运用基于滤失效应下的水力压裂预测模型评价了水力压裂效果,除受地质条件影响较大的2口井效果较差外,其余7口井基本达到设计要求。考察了S2205胶带运输巷24个钻场瓦斯抽采量,考察结果表明,压裂区瓦斯抽采量是未压裂区的2～4倍。压裂裂缝虽延伸到顶底板,但对巷道支护、上下含水层和煤层不产生影响。     

柿庄南区块开发工艺与生产动态分析

柿庄南区块地质条件简单,煤层厚度较厚,煤层深度自东南至西北方向逐渐加深,不同区域煤体结构差异较大,非均质性较强,煤储层含气量、渗透率有一定差别,开发生产工艺技术也明显不同。本文系统对比了4区和5区煤层气井的钻完井工艺、水力压裂技术和排采工艺,分析了上述两区不同开发生产效果的具体原因,认为除储层物性具有一定差别外,开发生产工艺的差异和返排时间的不同是造成目前开发效果的差异的主要原因。另外,5区煤层气井有效排采时间短,井底流压普遍高于4区排采井,是目前该区单井产量明显低于4区单井产量的现实原因。     

屯留井田煤层气井排采主控因素研究

为提高煤层气井的产能,分析煤层气排采机理和排采阶段,并从地质构造、顶底板岩性、压裂液及井网部署等方面,探讨影响屯留井田煤层气井排采的主要因素。研究认为褶皱对煤层气井的排采效果影响较大,裂隙和顶底板也对煤层气排采有一定影响;采用压裂工艺对煤储层强化改造中,活性水+氮气压裂液体系助排效果优于活性水压裂,而清洁压裂液助排效果最差;研究区煤储层特征决定了屯留井田煤层气井难以获得高产量,但可能产气时间较长。同时研究认为,研究区煤层气井井网宜采用排间距200 m×250 m的小井网结构,且井位布置应与主裂缝延伸方向(东北方向)平行。     

软硬煤复合的煤层气水平井分段压裂技术及应用

针对软硬煤复合煤层的煤层气抽采效率低、煤层纵向剖面上抽采不均衡等问题,为了实现大面积快速、整体高效抽采煤层气,以沁水盆地赵庄井田3号煤层为例,对软硬煤分层特征进行精细评价,优化了软硬煤复合煤层中的局部硬煤段,研究了硬煤层中不固井水平井分段压裂开发煤层气技术方法,在对水平井压裂裂缝扩展规律研究的基础上,研究了分段压裂水平井开发煤层气技术对策。研究结果表明:3号煤层软硬煤结构分层明显,软硬煤存在明显的自然伽马和电阻率测井响应特征;硬煤层中水平井压裂能形成一条复杂不规则的垂直裂缝,裂缝易于沿脆性较强的顶板岩层扩展延伸,裂缝能够扩展延伸进入软煤层,提高软硬煤的压裂增产效果;硬煤层中水平井位置和压裂施工排量是影响裂缝扩展效果的两个因素,压裂施工排量影响程度较大、水平井位置影响程度较小。针对这一特点,进一步研究了硬煤层中不固井水平井分段压裂开发煤层气4个关键技术:①水平井射孔、压裂段优选工艺技术;②油管拖动大排量水力喷射防窜流工艺技术;③"大排量、大规模、中砂比"的段塞式清水携砂压裂工艺技术;④气/水分井同步生产精细化排水采气技术。工程试验证明,该技术能大幅度提高煤层气水平井单井产量,突破了软硬煤复合煤层低产技术瓶颈,为软硬煤复合煤层的煤矿区煤层气抽采和瓦斯灾害治理提供了技术途径。     

构造对潘庄煤层气井压裂裂缝的影响

煤层气井的压裂裂缝和地质构造之间存在着密切的关系，地质构造控制着煤层气井压裂裂缝发育的方向和规模。潘庄煤层气井压裂裂缝的主要发育方向为北北东向，几乎垂直于该区最小主应力方向，且其裂缝长短也随着该区地质条件的变化而变化。