压裂液对煤岩气藏渗流性能的影响

水力压裂是实现煤岩气藏工业开采的主要增产措施,但煤岩气藏压裂过程中压裂液滤失严重、返排率低,将直接影响排水采气过程中地层水以及煤层气的渗流性能。为此,选用沁水盆地上石炭统—下二叠统太原组15号煤为研究对象,开展了低伤害活性水压裂液对煤岩气藏渗流性能的损害评价实验,并结合红外光谱和扫描电镜等微观分析手段对比了压裂液作用前后的煤岩表面特征和孔隙结构特征,进而深入分析了压裂液影响煤岩气藏渗流性能的微观机理。结果表明:无论宏观裂隙煤样还是显微裂隙煤样,气体渗透率损害率均明显大于液体渗透率损害率且宏观裂隙煤样渗流性能损害程度略大于显微裂隙煤样;压裂液作用后煤岩表面游离态羟基和羧基官能团增多,亲水性增加,压裂液吸附滞留现象严重,煤岩孔径及裂缝宽度变小,从微观角度揭示了煤岩气藏渗流性能下降的原因。该研究成果可为煤岩气藏压裂液配方优化和产能预测提供基础参数。     

改善煤岩储层渗流能力的氧化液处理实验研究

煤岩储层物理增产难,利用强氧化剂的氧化作用改造煤岩储层可以提高煤层气采收率,但目前基于煤层气领域的氧化研究却相对较少,系统评价氧化作用对煤岩储层渗流能力影响的实验研究则更为鲜见。为此,选取新疆托克逊黑山矿区侏罗系西山窑组煤样,分别开展了柱状煤样和粉状煤样与过氧化氢作用实验,测试了柱状煤样渗透率、粉状煤样溶蚀率和浸泡液性能参数等,并借助X射线衍射、扫描电镜、红外光谱及润湿角测量等手段,分析煤岩与过氧化氢的反应机制和改善煤岩渗流能力的机理,进而对比氧化作用与酸化作用的改造效果。研究结果表明:(1)煤岩氧化后渗透率明显提高,为初始渗透率的1.4~3.2倍;(2)氧化后煤岩产生大量微裂隙和溶蚀孔,可显著改善孔隙连通性,煤岩表面缔合态羟基和羧基增多,表面水湿性变弱;(3)有机质、黄铁矿等组分易被氧化消耗,同时产生的H+、小分子脂肪酸等又进一步溶蚀无机矿物组分;(4)氧化作用兼具酸化作用溶解无机矿物的优势,产生煤粉程度较弱、可控。结论认为,强氧化剂作用于煤岩储层具有成为一种新的煤岩储层增产改造技术的潜力。     

单相水流诱发裂缝内煤粉启动机理与防控对策

煤层气井排水阶段是产煤粉的关键时期,煤粉运移不但会降低煤层渗透率,而且还会堵塞井筒和损坏设备。基于水动力学原理、扩展DLVO理论和JKR接触理论,开展了单相水流阶段裂缝面黏附煤粉的受力分析,建立了以"压力梯度"为判决条件的煤粉启动力学模型,分析了颗粒尺寸、颗粒类型、裂缝缝宽和离子强度对煤粉启动的影响,并围绕"适度出煤粉"和"阻止煤粉运移"两大思路提出了相应的防控对策。结果表明:煤粉启动压力梯度随着粒径的增加,先减小、后增大;裂缝缝宽越大,煤粉启动压力梯度越小;在不利化学黏附条件下有机质颗粒的启动压力梯度小于黏土矿物微粒,但在有利条件下却大于黏土矿物微粒;有利条件下的煤粉启动压力梯度远大于不利条件下的启动压力梯度。基于"适度出煤粉理论"设计煤层合理压力梯度区间时,应以优先改善最大缝宽裂缝的渗透性为原则,向煤层中注入煤粉稳定剂可提高煤粉-裂缝面间的黏附力,从而有效阻止煤粉运移。     

强应力敏感裂缝性致密砂岩屏蔽暂堵钻井完井液

传统的保护裂缝性储层的钻井完井液设计以裂缝的静态宽度为依据,极少关注由应力敏感性引发的裂缝动态宽度变化行为,导致暂堵材料粒径小于储层动态缝宽,无法有效控制漏失而严重损害储层。以泌阳凹陷深层典型致密砂岩储层为研究对象,基于岩心观察和测井资料获取静态缝宽,并开展应力敏感实验,研究应力变化对静态缝宽的影响;通过有限元法模拟确定应力扰动下动态缝宽变化,进而优选屏蔽暂堵钻井完井液配方。实验表明,根据动态缝宽优选的屏蔽暂堵完井液封堵时间不超过5 min,返排恢复率达80%,滤饼承压能力达15 MPa,高质量滤饼可以快速封堵裂缝,有效预防井漏发生。钻井作业过程中储层保护试验成功与失败的案例说明,强应力敏感裂缝性储层保护必须考虑动态缝宽参数,且暂堵粒子粒径上限应随着钻井完井液密度的增加而适度放大,才能覆盖最大动态缝宽范围。      

排采降压诱发煤层剪切破坏机理与防控对策

煤层压力衰减会导致煤岩体剪切破坏,诱发井壁失稳、套管损坏和出煤粉等井下复杂事故。为预防煤层破坏,以沁水盆地南部二叠系山西组3号煤层为研究对象,基于单轴应变模型分析了排采降压过程中的煤层应力路径及其破坏行为,明确了煤层破坏影响因素,并提出了控制井底流压和CO_2-ECBM相结合的防控技术对策。结果表明:煤层水平有效应力在排水阶段随孔隙压力的降低而线性增大,但在解吸阶段却随孔隙压力的降低而非线性减小,气体解吸能够加速煤层剪切破坏;煤层初始水平应力越小,垂向应力、初始孔隙压力、临界解吸压力越大,气体吸附效应越强,煤岩体弹性模量、泊松比越大,单轴抗压强度越低,则煤层临界破坏孔隙压力就越大;煤层破坏前转注CO_2既能有效避免煤层破坏,也可提高煤层气采收率,不失为CO_2-ECBM的良好作业时机。     

钻井液浸泡页岩裂缝宽度的模拟及应用

鉴于我国页岩气开发试验区水平井油基钻井液钻井过程中,频繁出现严重的井壁失稳、井漏等井下复杂情况,选取渝东南龙马溪组露头页岩为实验岩样,开展了钻井液浸泡前后页岩岩石力学性质的测试,基于有限元数值模拟法建立了连通井筒单条垂直裂缝情况下的裂缝动态宽度预测模型,研究了钻井液浸泡后页岩裂缝宽度变化的行为,修正和完善了基于有限元的裂缝动态宽度预测方法,并讨论了裂缝宽度变化模拟在漏失性储层保护和井壁失稳控制方面的应用。结果表明,钻井液浸泡后页岩弹性模量减小,泊松比增加,岩石强度明显降低;钻井液浸泡后页岩裂缝动态宽度对井筒压力变化更加敏感,各裂缝长度和井筒正压差条件下的半缝宽增量均比浸泡前增加了约8%,且半缝宽增量随井筒正压差的增加而大幅度增加,动态缝宽可达数毫米量级;钻井液密度—裂缝宽度—架桥封堵颗粒粒径三者紧密相关。研究获得的裂缝动态宽度参数对优选钻井堵漏材料和粒径级配、控制合理钻井液密度、控制井漏和井壁失稳具有重要的意义。     

碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展

我国碎软低渗煤储层分布广泛,然而由于其煤体松软、破碎、渗透性差,常规的直井/水平井煤储层直接压裂技术应用于碎软低渗煤储层强化及其煤层气地面开发的效果并不理想,碎软低渗煤储层煤层气的高效开发是制约我国煤层气产业大规模发展以及煤矿瓦斯高效治理的重要技术瓶颈。在系统分析我国碎软低渗煤储层特征及煤层气地面开发中存在的问题基础上,以水平井为基础井型,围绕间接压裂、应力释放和先固结后压裂3种不同的技术方向,梳理了目前碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展。归纳评述了以顶板间接压裂、夹矸层间接压裂以及硬煤分层间接压裂为内涵的间接压裂煤层气开发技术,以水力喷射造穴、气体动力造穴、扩孔+水力喷射+流体加卸载诱导失稳造穴、水力割缝为不同应力释放方式的应力释放煤层气开发技术,以及先微生物诱导碳酸钙固结碎软煤储层再进行水力压裂的先固结后压裂煤层气开发技术。间接压裂技术的工程实践探索已有较多积累,在地质条件适宜地区对碎软低渗煤储层强化取得了较好效果,而以应力释放为代表的碎软低渗煤储层强化新技术探索已取得重大进展,并进入工程试验和验证阶段。水平井应力释放技术针对碎软低渗煤储层特性和新的开发原理,其对储层改造潜...     

深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采技术构想

温和氧化解聚作用下，低阶煤(褐煤、长焰煤)可高效生成高值化学品，同时煤体多尺度流动能力显著改善。针对我国低阶煤资源丰富与煤层中赋存巨量天然气的地质背景，结合低阶煤化学性质特点，提出了基于原位氧化改性的深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采技术构想，从氧化解聚制备羧基化学品方法、氧化改性提高煤层气采收率机理、共采技术模式、地质及工程有利条件等4方面论证了该技术可行性。调研总结发现：低阶煤具有丰富的含氧官能团(如羧基—COOH和酚羟基—OH)和侧链，为氧化解聚制备高值化学品(如羧酸)提供了关键前体结构；过氧化氢、次氯酸钠等氧化剂，在低温(<100℃)、常压条件下，温和氧化解聚低阶煤可高效、低成本制备羧基化学品，实现低阶煤非能源化高值利用；氧化解聚反应对低阶煤具有明显的氧化改性作用，主要表现为煤表面对甲烷的吸附能力减弱、水的疏水性增强、形成溶蚀孔与微裂缝，并可原位生成CO₂,从而增加了煤层气解吸-渗流能力。围绕深部低煤阶煤层气井高效增产改造需求与枯竭煤层气井二次利用，设计了单井压裂-溶浸开采(采气为主)与群井压裂-溶浸开采(采高值化学品为主)2种技术模式。前者通过注...