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煤层中含有大量优质清洁的煤层气，通常使用水力压裂技术才能正常生产。由于煤层中含有大量天然裂缝，所以压裂时压裂液滤失严重、裂缝扩展极其复杂。因此，了解煤层气井压裂的裂缝扩展对于指导高效开采煤层气具有重要作用。通过统计分析中国石油在华北地区的5个试验区块的压裂施工资料，发现煤层压裂中地层破裂压力梯度集中在0.0144~0.053 MPa/m之间，施工压力普遍较高。使用井温测试法和大地电位测试法测量了煤层裂缝的方位和高度，分析发现：压裂后的煤层裂缝一般都穿越其上下隔层，最大时裂缝的高度超过压裂层厚度的4倍；裂缝的长度大部分为50~70 m，形状基本以垂直裂缝为主，也有垂直裂缝和水平裂缝共生的情况，少数压裂井出现单翼垂直裂缝。裂缝方向存在着随机性，但在某方向上出现的概率较大，说明裂缝扩展是地应力、局部地层构造和煤层割理共同作用的结果。     

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文章采用数值模拟方法，从煤层甲烷的流动机理入手，利用朗格缪尔等温吸附方程描述甲烷从煤表面解吸过程，利用Fick定律描述甲烷从煤基质和微孔隙中的扩散，综合考虑了煤层甲烷的解吸附、扩散、渗流三个过程，并考虑了水力压裂产生高渗透裂缝对渗流场的影响，在煤层理想化等七个假设条件下，建立了煤层甲烷的非平衡拟稳态吸附扩散模型，利用该模型编制了煤层气井产能预测软件，并进行了模拟计算，给出了计算实例。结果表明：煤层在没有经过水力压裂处理时，煤层的气、水产量是很小的；经过水力压裂处理后，由于煤层的排水降压效果，煤层气井气、水产量有明显的增加，具有经济开采的产量规模。     

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储集岩层通常具有明显的层状结构，煤岩层尤其如此。为提高煤层气井水力压裂施工的有效性，结合实际对水力压裂目的岩层采用横观各向同性体这一力学模型来进行研究，从而运用弹性力学理论和材料强度理论，对煤层横观各向同性体水压致造缝机理进行了深入的认识和探讨，认为形成裂缝的关键因素是地应力及其分布和岩层力学的固有特性，压裂液的性质和注入方式同时也对裂缝形成有一定影响；在岩石力学物理性质测试中，应充分考虑岩石的各向异性特性，以便取得各项弹性参数；所获研究结果对水力压裂设计与施工有指导意义。     

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低渗透煤层中的煤层气抽放是一个世界性难题，目前尚没有有效的解决办法。文章针对低渗透煤层提出了采用水力割缝技术提高煤层渗透性的方法，介绍了特大煤样条件下的钻孔和水力割缝两种排放煤层气的对比试验研究。试验结果表明：煤样的煤层气排放符合艾黎经验公式，可以使用该公式对煤层中的煤层气排放进行预测。与钻孔排放相比，水力割缝排放煤层气，会随埋深不同而发生不同程度的煤层气突出，从而提高煤层气的排放速度和排放量，缩短排放时间。相同埋深的煤层，割缝后，煤层气初期排放速度急增，约为钻孔的2～2.5倍；随着煤层埋藏深度的增加，水力割缝对提高煤层的渗透性作用越明显。这些结论对低渗透煤层的煤层气抽放与开采有参考价值。     

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煤层储集具有双重孔隙介质特征,由煤的基质微孔和割理（裂缝）系统组成，因而传统的评价常规天然气储层的方法不能适合于评价煤层气储层，如何研究煤层气测井评价技术有十分重要的意义。文章在大量文献调研的基础上，基于国内外煤层气测井技术的发展现状，综合评述了测井评价煤层气储层领域的新进展，包括测井系列选择、煤层划分和岩性,煤质参数计算、孔隙度、渗透率、饱和度、含气量等煤层气储层参数计算，煤层力学参数和地应力分析、煤层对比、沉积环境分析等等，重点论述了煤质参数、煤层孔隙度、含气量的计算方法理论，并分析了煤层气储层测井评价当前面临的技术问题、难题及今后努力的方向。     

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煤层气是一种压力封闭型气藏，其生产特征不同于常规天然气。美国多年煤层气井开采证实，煤层气井的生产分为三个阶段：早期阶段、过渡阶段和晚期阶段。文章结合我国煤层气井生产实践，指出国内大多数煤层气井的生产还处于早期阶段，并进一步将早期阶段详细分为压裂效应期和正常生产期；同时对影响生产特征的因素进行了分析，指出了增产措施—压裂造成了早期阶段的压裂效应，较大的裂缝长度和较高的渗透率有利于提高采收率，高地层压力有利于排水降压，但渗透率过高会造成煤层大量产水。     

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压裂液滤失系数是压裂设计中的一个重要参数,在对煤层进行压裂设计时,如果直接利用试井和测井测得的渗透率和孔隙度值代入该滤失系数计算公式,算出的结果将与实际情况大相径庭,这是因为煤层中的渗透率与孔隙度等特性对应力极为敏感（相对砂岩而言）,当压裂液注入煤层时,煤层中极度发育的原始天然裂缝（割理,节理等）重新开启,导致渗透率和孔隙度大大增加,而试井和测井只能测得有限范围内的这些原始天然裂缝闭合状态下的地层渗透率和孔隙度,文章通过考虑煤层物性的应力敏感性,对石油上成熟的压裂液滤失系数计算公式进行修正,初步探讨了煤层压裂时计算滤失系数的方法。     

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煤层气高产富集区除受基本地质、成藏条件制约外，还与煤层渗透率有关。而煤层渗透率主要受裂隙系统的影响，其值可以通过煤层气井的注入压降测试法获得，但工区内煤层气钻井数量有限，注入压降测试方法正趋完善。因而，本文采用野外地质剖面观察、岩石声发射测试和遥感地质解译等间接技术，建立“天空、地面和地下”三位一体的煤层高渗区综合预测模型，以全方位裂缝密度统计为主，预测煤层高渗区，进而评价区内煤层气高产富集区，筛选煤层气有利勘探目标。     

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文章首次基于Ansys有限元分析软件对水力割缝技术开采低渗透煤储层煤层气进行了数值模拟的计算研究，指出地应力是煤层气运移的重要影响因素，给出了煤层气赋存和运移特征及地应力对煤层气运移的作用机理，建立了煤层气开采水力割缝平面应变有限元模型，得到了钻井前后、水力割缝前后近井地带的地应力场变化规律及其影响范围。钻井后近井地带应力平均降低60％，但井口周边产生了应力集中区，应力场以井孔为中心向井身周边呈辐射状向外递减，应力降影响范围为300~450 mm。水力割缝后井周区域应力场变化显著，近井地带应力平均降低84.5％，且沿两侧割缝末端连线方向应力降影响最为明显，影响范围以此向外辐射达3000 mm，为钻井孔径的20倍，同时在割缝末端产生了应力集中区，并向背离割缝方向扩散，使得沿割缝方向产生大量裂缝，从而打通割理和裂隙，缩短渗透路径，继而提高煤层气产量。数值模拟结果表明，水力割缝技术可达到使近井地带充分卸压的目的。在现场实践中，此方法对利用定量化指标评估水力割缝效果具有十分重要的指导意义。     

煤层气井复杂水力压裂裂缝模型研究

煤层与常规砂岩储层不同,煤层抗压强度低,易破碎变形,水力压裂时形成的水力裂缝系统也相对复杂。煤层水力压裂时常出现一些垂直裂缝与水平裂缝共存,或多条垂直（水平）裂缝存在的现象,形成所谓的复杂裂缝系统。复杂裂缝系统是煤层割理,煤层与上下顶底板岩性较大的力学性质差异,煤岩构造应力,煤粉堵塞,不同岩性的界面效应等因素综合影响的结果。当煤层垂直应力与水平应力相差较小时,煤层往往出现“T”字型或“工”字型裂缝系统,对“T”字型或“工”字型裂缝系统进行设计研究,对煤层水力压裂具有较强的指导意义。根据复杂裂缝形成机理,以“T”字型裂缝系统为例,建立了其数学模型,对模型进行了计算设计。根据模型对山西晋城煤层气井组某口井进行了实例计算,结果表明模型计算设计结果与实际电测结果符合性较好,对指导下一步煤层气井水力压裂施工起到了很好的作用,有较强的实际意义     

煤层气增产技术

介绍了国内外煤层气开采现状、增产措施以及我国煤层气储层的特点，指出我国煤层气资源虽然十分丰富，但其勘探与开发水平还不高；我国煤层气储层的特点，决定了我国开采煤层气的难度较大。此外还分析了目前国内外煤层气增产的3项主要技术：水力压裂改造技术、煤中多元气体驱替技术和定向羽状水平钻井技术。     

煤层气井压裂注入工艺及其效果评价

通过对煤层气井压裂注入工艺和压裂效果评价方法等的调研,弄清了国内外在煤层气压裂方面的发展现状。从煤层气垂直井压裂到煤层气水平井压裂,从水力压裂到气体压裂等,详细地介绍了各种压裂注入工艺及其适用地层条件,并总结出了各种适合煤层气压裂的效果评价方法。     

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吴堡地区是中国石油天然气集团公司评价筛选出的煤层气勘探开发有利地区之一。该区位于鄂尔多斯盆地东部斜坡带,主要发育有下二叠统山西组和上石炭统太原组两套 含煤地层。区内钻孔煤层气显示十分活跃,所钻十几个煤孔均见气喷。吴试1井是该地区完钻的一口煤层气评价井,曾开展了近6个月的压后试采工作,录取了丰富的测试资料,试采最高日产煤层气1129m^3。文章通过总结分析吴堡地区煤层地质、煤层流体性质及吴试1井的试采动态特征,认为吴试1井试采动态基本上反映了煤层气井的典型动态特征;煤层压力低、供液能力差、压裂规模不足,是影响该地区煤层降压脱附的主要因素。同时,结合国外实例,分析认为除煤层厚度、渗透率、孔隙度等内在因素外,煤层伤害、完井质量是影响煤层气井排采效果的主要因素;煤层气井重新实施压裂及对裸眼井段重钻或侧钻是改善煤层气井产能的重要措施。在此基础上,提出了改善煤层气开发效果的措施及吴堡地区煤层气井的排采设想。     

煤层气降滤失工艺技术研究

目前煤层气开发主要是通过水力压裂[1]制造一条高渗通道,然后排水降压,当地层压力降低到煤层气解析压力以下的时候,气体从煤岩中解析出来通过裂缝流入井筒而被开采出来[2]。煤层气能否高效的采出来,关键是看裂缝造得好不好,可见水力压裂对于煤层气开采起着非常重要的作用。其中较关键的技术就是降滤失[3],只要解决好这个问题,就能造出满意的裂缝。本文主要针对煤层气压裂过程中压裂液滤失问题提出了一些工艺技术方面的改进,经过HC区块煤层气压裂现场试验研究表明此方法对于微裂缝较发育的煤层来说具有非常好的实用效果。     

HEC煤层压裂液的性能评价及应用

结合煤层孔隙度小、渗透性差等物性特征,对压裂液配方进行 经,筛选出适合煤层物性的ＨＥＣ压裂液,并对其性能进行了评价。研究表明,ＨＥＣ是一种无损害压裂液,适合于低温煤层进行压裂改造,它具有增稠能力强、无残渣、易破胶返排等特点。在陕西柳林地区进行了５次现场试验,效果显著。     

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介绍动态（电位）法测定煤层压裂裂缝方位、长度等参数的测试技术，它是针对煤层的固有特点，在室内进行大量物理模型试验，结合现场试验后取得的科研成果。文中简要阐述动态（电位）法测试技术的基本原理、测量方法及测量仪器的基础上，着重对山西吉试1井、大港油田西36—10—3井的现场应用效果进行分析，证明动态（电位）法测试技术的可行性及在煤层（油）气田勘探与开发领域中所发挥的重要作用。     

煤层气裸眼洞穴完井工艺技术与实践

裸眼洞穴完井是煤层气井所特有的完井方式,在一些区块采用裸眼洞穴完井的产气量是套管压裂完井产气量的数倍。裸眼洞穴完井的机理是在作业过程中产生了数条各向延伸的自支撑裂缝,实现井筒与储层有效地连通。本文根据中原油田钻井队的实际完井经验,对裸眼洞穴完井工艺进行实践总结,并指出了适应于眼洞穴完井的煤储层特征。     

煤层气井水力压裂设计

针对煤层井储层特性和压裂的特殊性,选择了拟三维模型进行水力压裂设计。针对一口具体井的资料进行了模拟计算,计算结果合理,同时就地面注液排量,压裂液稠度系数和地应力差值对裂缝几何形态的影响进行了计算和分析,并提出了相应的建议。     

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中国的煤层大多具有致密、低渗透率特性，煤层气解吸、渗流困难，影响煤层气产量的因素较多且复杂。文章系统地分析和总结了煤层介质的低渗透率特性、煤层气的解吸扩散渗流特性、煤层与围岩的组合方式、含气饱和度对煤层气产量的影响，并用R/S分析方法研究了煤层气不稳定渗流产量的变化趋势，在此基础上，用灰色GM(1，1)模型预测了煤层气产量的变化规律，进行了实例分析。结果表明：煤层渗透率中等、含气饱和度在78%以上、压裂等措施是获得高产量煤层气的关键因素；R/S分析方法和GM(1，1)模型相结合是预测煤层气不稳定渗流产量变化的有效方法；根据上述关键因素和分析及预测的方法，科学预测煤层气不稳定渗流产量变化规律，有利于合理开发煤层气资源，提供洁净的能源，有效地保护大气环境，并从根本上改善煤矿安全生产条件，减少瓦斯爆炸事故。