美国煤层气地面钻井开发技术

美国是目前世界上煤层气开发比较成功的国家。美国lO多年来用地面钻井开采煤层气的技术和经验可供我国借鉴。在美国煤层气开采有两种情况．一种是在采煤矿区开采煤层气．另一种是在未采煤地区开采煤层气．后者产气量占有较大比重。以黑勇士盆地和圣胡安盆地的煤层气开发最为成功。本文论述了美国煤层气地面钻井和完井技术、水力压裂工艺、产出水处理和气体收集的系统。     

煤矿区地面钻井压裂井下效果考察

我国煤矿区地面钻井压裂抽采煤层气(又称瓦斯)技术经过近几年的发展取得长足进展,但地面钻井压裂井下压裂效果考察研究还处于起步阶段。基于地面瓦斯抽采钻井的水力压裂,重点介绍井下压裂效果考察技术和方法,研究考察地面井压裂技术井下压裂区分布范围、裂缝的展布规律,以及压裂对井下瓦斯抽采、采掘生产的影响效果,并形成一套系统的考察手段检验地面压裂井压裂效果,指导地面井压裂抽采煤层气的生产实践。     

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。     

地面水力压裂钻井瓦斯抽采效果分析

通过对桑树坪煤矿两口地面钻井水力压裂实验数据的简要分析,客观总结影响地面水力压裂钻井瓦斯抽采效果的因素,阐述了该技术在桑树坪煤矿实施过程中未能取得预期效果的原因,为后期应用积累了宝贵经验。     

煤层气井水力压裂裂缝产状和形态研究

对钻井水力压裂开采煤层气时，所形成的裂缝产状和形态进行了理论分析。提出了裂缝倾角、走向和形状的确定依据。     

地面钻井压裂区域瓦斯赋存影响规律及应用研究

针对九里山矿二1煤层瓦斯含量高,煤层透气性差,抽采衰减速度快的特点,为提高瓦斯抽采效果,实施了地面钻井水力压裂增透措施;为考察水力压裂影响范围内瓦斯赋存影响规律,在压裂影响区域内外开展相关考察。结果表明,在压裂影响范围内,煤层透气性增加,抽采效果大大提高,单组钻孔抽采纯流量提高1.65~2.36倍;压裂后煤体应力由压裂区向外运移,在压裂影响范围的边缘形成应力集中带,地应力及瓦斯压力增加,瓦斯压力梯度增大,初始钻孔流量增大。     

顶板水力压裂防治冲击地压效果评价研究

水力压裂在顶板型冲击地压防治中应用广泛。为了研究顶板水力压裂在红庆河煤矿402工作面应用效果,基于微震监测数据使用峰度和偏度指标对工作面在实体煤、单侧采空、水力压裂3种开采时期煤岩体破裂的分布形态进行了定量化研究;同时使用微震能量及b值评价了3个开采时期冲击危险性的变化。研究结果表明：水力压裂开采阶段和单侧采空开采阶段的偏度分别达到-0.677和-0.317,水力压裂开采阶段的负偏态性高于单侧采空时期,煤岩体破裂区域前移;水力压裂开采阶段的峰度为0.302,低于单侧采空时期的0.846,煤岩体破裂集中程度显著降低,水力压裂改变了煤岩体破裂的分布形态。与单侧采空开采阶段相比在更高的开采强度下,水力压裂开采时期的微震事件总频次显著增加、微震总能量和每米释放能量明显降低,煤岩体内积聚的总能量呈现降低态势,煤岩体内的弹性能以小能量的形式进行释放;水力压裂开采阶段的b值明显高于单侧采空开采阶段,水力压裂的施工降低该开采区域的冲击危险性。     

钻井水溶法开采的地表沉陷预计研究

为了准确预计钻井水溶法开采后对地表产生的移动和变形,基于钻井水溶法开采特点,利用由不溶矿物形成的结晶水物质的膨胀率,建立了钻井水溶法开采的等价采高模型。此外,还分析了随机介质理论用于钻井水溶法开采地表沉陷预计的可行性。在阐述概率积分法基本原理的基础上,通过借鉴国内外条带水砂充填开采的预计实例,求得了钻井水溶法开采的概率积分法预计参数,并结合工程实例,利用概率积分法预计了某盐矿开采后引起的地表移动变形。结果表明:建立在上覆岩层软弱、顶板跨落基础上的概率积分预计方法适用于钻井水溶法开采的地表沉陷预计,且钻井水溶法开采后引起的地表移动变形值远小于相同条件下的煤矿开采。     

水力压裂增水技术在青海卤盐矿开采中的试验

针对青海大盐滩地下钾盐矿开采难题,尝试利用水力压裂技术增加卤水井单井产能。从水力压裂技术原理、压裂井布置、压裂与座封段确定、器具安装、压裂施工、抽水试验等方面介绍了卤矿区水力压裂试验。试验结果表明,4眼试验井平均增产559.25%,获得良好的压裂增产效果。首次将水力压裂技术引入到了卤矿区盐田增产领域,填补了国内卤盐矿井压裂增产的技术空白。     

页岩气开采致水污染的途径及污染物特点

针对水平钻井和水力压裂技术开采页岩气所产生的水污染问题,基于水文地质学原理,对美国页岩气开采导致水污染的实例及压裂液成分等方面的文献予以分析,对页岩气开采导致水污染的途径及污染物的特点进行研究。结果表明:页岩气开采导致地下水及地表水污染的途径主要包括越流、井筒泄漏及地表人类活动等。页岩气开采长期持续产生水污染物,水污染物种类多、总量大、危害大,某些水污染物难以监测。该研究可以为我国页岩气开采水污染防治标准等规则的制订提供参考。     

岩盐井钻井固井过程中一个不可忽视的问题

湖北省云应地区岩盐矿床属大陆盐湖蒸发沉积矿床，岩盐主要由石盐矿物（NaCl）组成，NaCl的含量达90～99％，大多数岩盐含有别的盐类，如石膏CaSO_42H_2O、硬石膏CaSO_4、芒硝Na_2SO_4·10H_2O等，这些矿物大都易溶于水，液体介质对它的影响较大。因此，在钻井和固井过程中，对于配制泥浆和水泥浆的水的化学性质有一定的要求，特别是水中NaCl的含量，必须作十分严格的要求。但在具体施工时，常常不能按设计要求作业，严重的影响了钻井及固井的质量。在这方面，我们是有过教训的。下面就这一问题，结合生产实践，谈一些看法。     

对接井水力运移卸压开采煤层气方法的探讨

我国存在不少单一贮层、松软结构、低渗透性的煤层结构,同时这种煤层也多是瓦斯突出区域,对此类结构采用地面压裂技术或水平井技术抽采煤层气,效果十分有限,基于此本文提出一种地面钻井,井下水力对接、水力运移卸压开采煤层气的方法,并对其机理和运行模式进行分析,期望为低渗透性煤层煤层气开采提供一种新思路。     

水力压裂破裂压力的导出及实验验证

本文用线弹性断裂力学理论推导出了在水力压裂情况下轴向对称裂纹钻孔的破裂压力表达式,并用岩盐试件进行了实验验证。     

大宁煤矿煤层气排采的增产技术措施

我国煤层气的地面开发在沁水煤田地区形成了规模,但是在实际开采中存在部分钻井的产气量较低、产气持续时间较短等现象,影响了煤层气开发的总体经济效益。本文通过对兰花煤层气有限公司在南上片区布置的61口直井的生产情况分析,结合钻井产气量与产水量的关系,得出钻井产气量低主要是由于钻井位置布设不合理、压裂不合格等原因造成的。因此,提出了优化钻井布设位置和采用二次水力压裂、布置羽状水平井、采用注N2增产的技术措施,为该公司新井布设、老井和低产井增产改造提供理论依据。     

井下钻孔重复水力压裂技术应用研究

 我国煤矿煤层透气性系数低、抽采难度大,严重制约着矿井的安全高效生产。水力压裂因其增透效果显著,被广泛使用,但井下钻孔水力压裂存在压裂裂缝类型单一、压裂钻孔抽采寿命短、不均衡,易垮塌、堵塞,后期裂缝导流能力不足等问题;为改进完善已有井下水力压裂技术,本文结合煤矿实际情况,引入石油开采领域的重复压裂技术,尝试探讨了井下钻孔重复压裂的原理、类型及裂隙体系的形成,并通过现场应用取得了较好的效果。     

钻井水溶开采技术的发展与展望

我国盐类矿床用钻井水溶法开采，基本上与欧美国家同时起步。用自然溶蚀连通法开采则以我国最早，只是后来变得落伍了。建国50年来，钻井水溶开采技术飞跃发展，其中有的已达到世界先进水平，在盐矿床开采中得到广泛应用，呈现广阔的发展前景。     

复合坚硬顶板地面水力压裂强矿压控制技术研究

针对复合高层位坚硬顶板所产生的工作面及巷道强矿压问题,传统的井下水力压裂及爆破切顶卸压等技术难以达到预期效果。基于马道头矿8106工作面顶底板岩层赋存条件,结合地面垂直钻井水力压裂技术,对压裂目标层、钻井位置及井身结构等进行具体参数设计并在现场实际应用。应用结果表明,地面水力压裂效果显著,工作面及巷道强矿压现象得到明显缓解。     

厚硬顶煤多维水力压裂增加冒放性技术

针对厚硬煤层放顶煤开采时顶煤冒放性差的问题,通过现场试验研究了超前水力压裂结合支架间水力压裂的过程规律,考察了采取措施后顶煤的冒放效果。结果表明：①超前水力压裂的压力峰值在14MPa至20MPa之间,压裂总时间在74分钟至138分钟之间。H1号孔和H3号孔比H2号孔的压裂持续时间长、压力峰值高；②支架间水力压裂的压力峰值在18MPa至22MPa之间,压裂总时间在15分钟至27分钟之间。上端头的水压峰值较下端头水压峰值更高,压裂持续时间也更长；③超前水力压裂钻孔较深,控制范围大,压裂时间长但压力峰值低；支架间水力压裂钻孔浅,控制范围小,压裂时间短但压力峰值高;超前水力压裂钻孔平均注水量约为支架间水力压裂钻孔平均注水量的5倍；④试验工作面水力压裂稳定期的放煤高度较未进行水力压裂区域增加82%,已接近最佳采放比。     

天然气水合物研究及开发进展

天然气水合物,亦称可燃冰,是天然气与水在低温高压条件下形成的笼形物。天然气水合物是重要潜在能源,备受世界关注。天然气水合物的开采可以通过降压法、热采法、化学试剂法、水力压裂法等几种不同的开采方式。目前国际上天然气水合物的开采技术,仍处于实验性开采阶段。     

马必东区块水力喷射分段压裂工艺优化与应用

马必东区块埋深大、应力高、煤体结构相对复杂,前期约有35%水平井分段压裂施工中存在破裂困难、施工压力高、砂堵等问题。为此,通过对马必东区块压裂施工难点分析,有针对性地开展了水力喷射分段压裂工艺、煤层段不测井条件下差异化压裂点优选、低伤害降阻压裂液、压裂施工参数等方面的研究。研究结果表明:优选的扩径喷枪水力喷射改造方式可以有效降低水平井施工压力,更利于有效加砂;"滑溜水+活性水"压裂液组合使用方式,可以有效降阻、降低伤害;建立的压裂点钻井参数优选标准,通过伽马、气测、导向位置等钻井指标优选合适的压裂点,利于水平井压裂造缝。现场实践表明:优选的扩径式水力喷射压裂工艺及参数对马必东区块高应力、煤体结构复杂区域针对性较强,试验井MPX-3井在流压3.18 MPa情况下日产气量达到14230 m^(3)。