氮气震动压裂解堵工艺在煤层气井储层改造中的应用

针对常规水力压裂工艺中压裂液含水带来的水敏、水锁伤害以及固体颗粒堵塞孔喉、裂缝的现象,提出了1种以氮气作为压裂介质进行煤层气井储层改造的措施,并研制了氮气震动压裂解堵工艺井下工具串,结合裂缝监测以及后期产能跟踪,评价了氮气震动压裂解堵工艺的应用效果。研究结果表明:井下工具串可实现震动、释放、压力监测3项主要内容,能够很好地满足工艺的需要;从裂缝监测数据上看,压裂响应半径在140 m左右,造缝能力较好;从压裂解堵前后产能效果上看,2口未压裂煤层气井与邻近水力压裂煤层气井产能相当,但排采周期大大缩短,2口已压裂井在解堵后产能均有所提高,储层改造效果较好。     

800m以深直井煤储层压裂特征分析

以沁水盆地800 m以深煤层气井为例,统计归纳了深部煤层地质特征,分析了与之对应的压裂难点;通过统计10口采用活性水压裂技术且产气效果显著提升的深煤层气井的压裂数据,总结了现有技术体系下深煤层直井压裂施工参数特征,分析了导致深部煤层气藏压裂施工中压力异常偏高的因素,提出了深部煤层气藏开发对策。结果表明:深部煤层气藏的高温、高压、高地应力的地质环境、较差的储层物性以及较强的非均质性等特征,使得现有压裂技术体系在适用性和有效性上面临严峻挑战;增产效果较好的深部煤层气直井,普遍采用大液量注入,同时控制砂比在15%左右;压裂时压力异常偏高是受到压裂液性能、地层微裂缝、储层岩性、钻井液污染及煤粉堵塞等因素的影响;未来应对深部煤层气藏的开发,除了要对活性水压裂技术进行优化,还有赖于压裂理论的发展和新型压裂材料的研制。     

煤层气井解堵技术研究

针对煤层气井采气通道堵塞引起的产气效果不佳问题，分析了国内部分地质条件好的区域内低产井主要原因及目前常用解堵技术手段，提出了高能流体解堵技术方法。并进行了高能流体压裂、疏通、清理工艺技术过程研究，取得了工艺过程中所采用参数的匹配、解堵效果评价等基础资料。通过对高能流体解堵技术方法的实际应用，对个别低产井有一定的增产效果，为解决当前煤层气井低产的现状提供了资料。     

高能气体压裂技术在云南恩洪盆地煤层气开发中的试验应用

恩洪盆地煤层气资源丰富,但煤储层渗透率低、水敏性强,开发难度大。采用水力加砂压裂技术对煤层气井进行增产改造效果不理想,因此提出并开展了高能气体压裂技术在煤层气开发中的试验应用,以期在煤储层中产生和形成多裂缝体系,同时产生较强的脉冲震荡作用于地层,改善和提高煤层导流能力。本文介绍了高能气体压裂技术在B井煤储层改造上的试验应用,分析了作用机理、工艺设计等,并提出了今后的研究方向,对探索我国煤层气有效开发的新途径具有重要的意义。     

浅层煤层气强脉冲射孔压裂工艺试验研究

为了提高浅层、多层、薄层等低渗复杂煤层气井射孔完井及压裂改造工艺水平与效果,研究开发了强脉冲射孔与压裂复合工艺。研究表明:设计的多级压裂药与射孔枪复合结构工艺,实现了对煤层强脉冲射孔的増深增透作用,加大加深射孔孔眼约0.3~0.5倍;多组燃速压裂药对煤层形成的多级脉冲压裂作用,延长了地层裂缝;井口封闭式压裂设计提高了高能气体能量的利用率。     

煤层气井高能气体压裂器性能测试系统的研究

由于煤层气赋存的地质特殊性,高能气体压裂技术应用于煤层气井增产需要进一步优化。煤层气井高能气体压裂器的研制开发,以及压裂工艺优化设计必须有基础数据作为支撑,建立煤层气井高能气体压裂器性能和机理研究的信息获取平台,设计了压裂多参数测试和校准系统,测试系统测量压力范围达到环空0~210 MPa,枪内0~1 000 MPa,工作温度-20~150℃,校准系统实现模拟井下高温(150℃)、高压(静压50 MPa,动压150 MPa)的测试环境。结合环空压力测试仪实测数据分析了煤层气井高能气体压裂的作用过程,表明此高能气体压裂器性能测试系统适于压裂器性能优化和动态参数获取。     

煤层气井氮气震动压裂工艺应用研究

针对煤层气水力压裂水敏弊端提出氮气震动压裂。该技术是将氮气储能至一定的压力在已经射孔的套管上瞬间释放,解除近井地带阻塞,疏通产气通道。研制了一套氮气震动压裂井下工具,能够在压力50 MPa下震动触发;配套了氮气震动压裂地面设备,制定了氮气震动压裂施工步骤。现场试验表明,该套设备能够实现氮气震动压裂施工并取得了一定改造效果,今后仍需在工艺及地质条件适应性上继续完善。     

低渗煤层多脉冲压裂激励作用的裂缝模型研究

为了提高适用于低渗煤层气高能气体压裂开发的技术水平,结合全封闭多脉冲压裂工艺特点,分析了多脉冲加载激励煤层产生多裂缝松弛地应力的作用机理及p-T作用过程,研究建立其多裂缝物理模型。该模型为低渗煤层全封闭多脉冲压裂瞬间破岩成缝机理研究及优化工艺设计提供了理论参考。     

我国煤层气井增产技术及问题探讨

增产技术是制约我国煤层气井产能突破的重要瓶颈,对我国水力压裂、多元气体驱替和多分支水平井3种主要增产技术的现状进行分析及问题探讨。研究认为,优选适宜我国特定煤层地质条件的压裂液是提高水力压裂效果的关键,研究不同煤层地质条件下对煤储层伤害小又能最大化煤层气产出率的最佳注入CO_2与N_2成分比是多元气体驱替技术发展的重要基础,多分支水平井技术将是未来我国主要的增产技术手段。     

等离子脉冲增产技术在煤层气井的应用实践

我国煤层气开发利用有广阔的发展前景,但技术始终制约着煤层气行业发展,在众多技术难题中,如何解决老井产能衰退、产水量不断下降就是一个较突出的问题。由于二次压裂改造对储层伤害较大,为了保护储层,就要引进更高效、更环保、更便捷的储层改造技术,结合煤层气的产出机理,引入相对简单便捷的等离子脉冲增产技术来解决上述难题。结合区块煤层气井特性,根据等离子脉冲增产技术改造机理,按照规范的选井原则,在阳泉矿区寺家庄井田选取4口井,开展了增产技术在该区块的可行性验证。结果表明,4口煤层气井在实验初期井口套压、产水量有较明显的提高,产气量也恢复到较高的水准,说明等离子脉冲技术在老井解堵方面有一定的作用,而实验半个月后产水量、井口套压出现明显衰退,说明等离子脉冲增产技术在本区块解堵影响范围半径较小。虽然作用效果不明显,但也能说明等离子脉冲增产技术在近井地带解堵有一定的成效,同时也说明该技术存在一定的局限性,可在部分区块推广应用。     

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。     

页岩油气与煤层气开发的岩石力学与压裂关键技术

对于塑性较强的页岩与煤层,水力压裂仍然存在一定的技术挑战。介绍了解决这些难点的一些关键技术。原岩应力与孔隙压力控制着水力压裂裂缝扩展与压裂效果。深部孔隙介质岩层与浅部岩层的原岩应力和孔隙压力的特性差异较大。最大、最小水平主应力一个重要的但往往被忽略的特点是具有岩性依赖性,这一特点对岩层的压裂效果至关重要。水平主应力还高度地依赖于孔隙压力的变化,例如孔隙压力的超压造成最小水平主应力增加,而开采后储层的孔隙压力降低造成最小水平主应力减小。这直接影响到水力压裂裂缝的扩展层位与方向,因为最小水平主应力的减小会造成起裂压力大幅度地减小,特别是对于开采了一段时间后需要重新压裂的储层。分析了地层中3种原始应力状态与裂缝形成和扩展的关系,特别是对于强构造应力区如果采用常规压裂技术,水平井并不能显著增产,就此提出了强构造应力区水平井长射孔多层水平压裂方法。另外,页岩储层在油气赋存方面的不均一性,可能导致一些原预计高产的井完井后达不到预期的结果,就此分析了如何寻找高富集的油气区,即"甜点",并介绍了一种提高煤层气压裂效果的间接煤层压裂新方法。     

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。     

沁水盆地南部高阶煤煤层气井压裂效果关键地质因素分析

地质条件是影响煤层气井压裂人工裂缝的关键,弄清其对压裂效果的控制对提高改造工艺适应性至关重要。以压裂裂缝扩展试验为基础,分析了压裂施工曲线形态、裂缝监测数据等资料,总结了人工裂缝扩展规律,探讨了人工裂缝与煤体结构、地应力和力学性质的关系及其对产量的影响,提出了压裂工艺优化方向及改进措施。研究表明:煤体结构影响人工主裂缝长度及其复杂程度,地应力控制裂缝的开启及长度、走向,力学参数主要决定了压裂施工的难易程度;上述关键地质因素的差异性导致常规压裂工艺存在局限性。根据不同地质条件优化工艺技术,实施针对性的改造措施,可以改善增产效果。     

基于分类方法的煤层气井压裂开发效果评价

煤层气井分类评价是指导煤层气藏开发调整的基础。煤层气井的分类存在干扰因素多,评价界限主观性强等问题;并且受煤层气井排水降压产气特点的影响,其压裂效果无法从压后短期内的产量来判定。基于数据挖掘中的分类方法,结合渗流力学理论,首先将煤层气井产量及井数做归一化处理,建立煤层气井产量分布曲线,提出以产量分布曲线的导数值作为划分低产井与高产井的评判准则,建立煤层气井分类方法。然后,采用现代生产分析的方法,分类评价煤层气井压裂开发效果。最后,通过对韩城某区块的深层煤层气井进行分类及压裂开发效果评价,结果表明,低产井HS16井形成的裂缝短,生产过程中表皮系数增大,裂缝导流能力降低,渗流通道堵塞,预测重复压裂可获产量300 m3/d;高产井HS14压裂裂缝长,裂缝导流能力与生产初期相当,生产过程中渗流通道未受影响,预测重复压裂可获产量1 300 m~3/d。     

郑庄区块二次压裂煤层气井低产原因及改进措施

沁水盆地南部郑庄区块3号平均含气量较高,但煤层气井规模化投产以来,有一批低产井或不产气井,制约了该区块产能释放。针对这一现象,区块内多数低产井采取了二次压裂增产改造技术,但地质条件和施工参数不匹配导致增产效果不明显。文章通过大量数据分析,提出了井位筛选和施工优化的方法解决二次压裂煤层气井低产问题,并为郑庄区块提供了可控冲击波、煤层顶底板间接压裂等新的增产措施选择。     

煤层气井合层排采控制方法

以铁法盆地大兴井田合层排采工程井DT31井和沁水盆地南部单层排采井QS1井排水产气特征数据为基础,分析了合层排采井各排采控制阶段的流体相态特征与单层排采的异同,总结了合层排采中的层间干扰因素及排采工艺中存在的问题,探讨了单位井底流压降幅的产水量和套压作为排采控制指标的控制方法及原理。研究结果表明:不同液面深度下的单位井底流压降幅的产水量可指导制定合排期间的排水强度;合采井深部产层的临界解吸压力液面深度与顶部产层埋深重合,不适宜合层排采;憋压阶段套压的最大值主要受产层顶板埋深和初期排水降液面阶段的总压降值限制。控压产气期,采用阶梯式降套压法,同时需控制套压瞬时降幅和日降幅以防储层激动,合采井在控压产气和控压稳产阶段设置一个最小套压可以缓解产气期间液面深度与浅部产层埋深接近或重合引起的矛盾。     

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。     

延川南煤层气田氮气扰动增产技术试验及效果分析

延川南煤层气田目前面临的主要问题是存在大量的低产低效井,产能没有得到充分释放。国内专家和学者对低产低效井增产的技术进行了大量研究,尝试了冲击波、氮气泡沫压裂等技术,但是成本高增产效果有限,在这些技术的研究基础上,设计出一种新的增产技术——氮气扰动技术,该技术目前正处于试验阶段。该技术在延川南煤层气田经过20多口井的试验,发现大多数低产低效井经过氮气扰动试验后大幅度增产,但停止试验后又恢复低产或停产,说明氮气扰动是一种增产辅助手段,可根据经济效益反复应用。氮气扰动技术适用于曾经水力压裂、裂缝通道较完整、初期产量较高、抽采周期短、递减率较高的低产低效井或停产井。氮气扰动是煤层气低产低效井增产改造的创新性技术,值得在延川南煤层气田进一步探索和应用推广。