煤层气增产措施研究及现场试验

本文在调研了国内外煤层气水力压裂的基础上，对煤层气水力压裂的支撑剂选择、压裂液性能、压裂工艺、施工参数、煤层的岩石力学性质等方面进行了研究。在研究中，得到了一些新的观点和启示；并将研究成果运用于煤层气井现场煤层气井的压裂施工，指导了实际水力压裂施工，收到了一定的成效。     

井下煤层水力压裂理论与技术研究现状与发展方向

煤矿瓦斯治理的关键是解决煤层低渗透率的难题,而水力压裂增透技术是解决该问题的有效途径。基于国内外学者水力压裂研究成果,对井下煤层水力压裂理论、工艺技术以及压裂设备的研究现状进行了系统的梳理,详细分析了水力压裂理论的裂隙扩展规律与模型研究进展,以及压裂工艺中较为先进的定向水力压裂技术、脉动水力压裂以及缝网压裂技术,并指出了井下煤层水力压裂技术的发展方向：进行多手段的水力压裂基础理论研究;开发多元化及适合各类煤层的水力压裂技术;实现水力压裂装备一体化和智能化。这些方向的研究对于水力压裂技术的发展具有一定的借鉴意义。     

脉动水力压裂的电磁辐射机理及其应用

提出了1种从电磁学的角度研究脉动水力压裂的方法,并从瓦斯吸附的本质方面对脉动水力压裂过程中的电磁辐射机理进行了深入的探讨;阐述了脉动水力压裂在铁法大兴矿的实践应用,对脉动水力压裂的设计施工、钻孔布置和应用效果进行了详细的论述和分析,实践表明脉动水力压裂技术拥有明显的卸压增透效果,对煤矿瓦斯资源的抽采应有广大的研究价值。     

井下煤层水力压裂理论与技术研究现状及发展方向

煤矿瓦斯治理的关键是解决煤层低渗透率的难题,而水力压裂增透技术是解决该问题的有效途径。基于国内外学者水力压裂研究成果,对井下煤层水力压裂理论、工艺技术以及压裂设备的研究现状进行了系统的梳理,详细分析了水力压裂理论的裂隙扩展规律与模型研究进展,以及压裂工艺中较为先进的定向水力压裂技术、脉动水力压裂技术以及缝网压裂技术,并指出了井下煤层水力压裂技术的发展方向:进行多手段的水力压裂基础理论研究;开发多元化及适合各类煤层的水力压裂技术;实现水力压裂装备一体化和智能化。这些方向的研究对于水力压裂技术的发展具有一定的借鉴意义。     

水力压裂法在地应力测量中的应用

随着地应力测量研究的不断发展,水力压裂法成为如今使用最为广泛的方法之一。通过对地应力测量和水力压裂基本测量原理进行概述,介绍了水力压裂法最为显著的五大特点,总结分析了水力压裂技术的研究现状,为学者们研究水力压裂法提供依据。     

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。     

水力压裂技术在鹤壁八矿的应用

 摘要：通过对水力压裂消突机理的研究,并通过RFPA2D-Integrated软件进行数值模拟,得出适合鹤壁八矿水力压裂的起裂压力和压裂增透范围。在现场工业试验方面,对水力压裂孔与普通抽放孔的瓦斯抽放浓度与纯流量随时间变化的对比,分别提高了近20倍和27倍,大大提高了瓦斯抽放的速度和效率,因而水力压裂技术在低透气性突出煤层治理中能起到明显的增透、消突作用。     

岩巷机掘工作面水力压裂参数优化模拟分析

为研究不同水力压裂孔布置形式对机掘工作面岩体水力压裂效果的影响,以余吾煤矿N1100-1高抽巷为背景,设计了菱形四孔式、矩形四孔式、三孔式以及两孔式4种水力压裂孔布置形式,采用FLAC^3D对这4种方案下机掘工作面岩体水力压裂前后的应力、位移以及损伤情况展开了数值模拟研究分析。结果表明：水力压裂后,机掘工作面水力压裂孔包围圈所在区域内的岩体位移最大,约为25 mm,而往周边则逐渐减小为0;水力压裂后,机掘工作面水力压裂孔附近0.1 m范围内损伤最大,而在压裂孔包围圈内损伤值都约为45%,由压裂孔包围圈往外侧,掘进面岩体损伤量则逐渐减小为0;机掘工作面上水力压裂孔呈菱形四孔布置时,水力压裂效果最好,但从钻孔数量以及最终的压裂效果考虑,压裂孔呈三角布置性价比最高。     

井下“双高”专用压裂泵组研制与应用

基于水力压裂技术在提高煤层渗透率方面的潜在优势,针对我国煤层透气性差带来的煤矿瓦斯(煤层气)抽采率低、瓦斯治理困难等问题,在对煤矿井下水力压裂特点和设备要求研究的基础上,以"高压力、高流量、体积小、可拆装、能卸压"为主要攻关目标,对井下水力压裂泵组进行了研发与制造。不同矿区多个生产矿井现场试验表明,研制的压裂泵组在施工压裂、排量、电控等方面完全可满足作业需要,压裂后煤层渗透率大幅提高,瓦斯治理效果显著。     

水力压裂技术在矿井瓦斯治理中的应用

高瓦斯、低透气性是我国大多数煤层的特点,水力压裂技术在煤层卸压增透方面有着独特的优势。介绍了水力压裂技术的原理及工艺流程,分析了水力压裂的作用效果,并结合山西某矿2106工作面水力压裂技术的应用,分析水力压裂对煤层钻孔瓦斯抽采体积分数及瓦斯抽采量的影响。结果表明,水力压裂明显提高了钻孔瓦斯抽采体积分数和瓦斯抽采量,增透效果显著。     

煤矿高压封闭水力压裂卸压增透技术应用研究

针对煤层水力压裂过程中存在的压裂水压小、设备能力低、封孔质量差等问题,结合煤层具体条件,从压裂钻孔高压封孔工艺、水力压裂系统设备、现场压裂工艺等方面对鹤壁十矿水力压裂卸压增透技术进行了优化研究。现场压裂试验结果显示:压裂导致煤体卸压增透的区域达到30 m左右,煤层渗透率显著增大;压裂试验后,现场实测煤层残存瓦斯含量以及通过含量反算的残存瓦斯压力均明显要低于防突规定中的突出临界指标值;且压裂试验后,最大抽采浓度较压裂试验前增加了6.30倍,日均单钻孔抽放量增加了17.5倍,抽采效果显著改善,改进后的水力压裂工艺达到了减少施工量、提高抽采率、降低煤层突出危险性的目的。     

深层变质岩潜山油藏区块整体压裂技术

S628区块为变质岩潜山储层,自然产能低或无自然产能,必须进行压裂改造才能获得工业油气流。由于储层埋深大,施工压力高,天然裂缝发育,压裂加砂异常困难。为了降低压裂施工风险,提高区块采收率,通过压前储层综合评价、压后产量综合影响因素分析、压裂设计参数优化等的研究,结合国内外类似岩性储层压裂改造经验,确定了区块整体压裂方案。该方案中确定了不同渗透率条件下的裂缝长度和导流能力,根据储层特点优选了压裂液体系,优化了前置液百分数、排量、加砂规模等关键参数,结合目标区块的物性条件变化特征,确定了科学合理的施工参数。S628区块累计实施压裂15井次,施工成功率100%,压后普遍取得良好效果,累计增油超过35万t。     

煤岩体水力压裂裂缝微震监测软件开发研究

针对煤岩体水力压裂诱发波形到时拾取不准、裂缝定位效果差的问题,研究提出了STA/LTA与AIC联合到时拾取方法及单纯形定位方法。在搭建软件总体架构的基础上,采用python言语与Visual Studio Code编辑器,将波形到时拾取、震源定位算法及相应功能程序化,设计开发了煤矿煤岩体水力压裂裂缝微震监测软件。在实验室内开展原煤真三轴水力压裂实验,将采集的数据输入软件,进行波形到时拾取与破裂源定位,验证该软件的可靠性与先进性。结果表明：该软件可拾取波形的精确到时,进行破裂定位,达到了刻画煤岩体水压裂缝空间形态的目的,这对于现场水力压裂裂缝监测及优化设计压裂方案具有重要意义。     

沁水盆地煤层气水力压裂投产技术优化

本文主要是在针对沁水煤层气气田的总体特性,需要经过压裂改造才能投产的实际地质情况,在沁水煤层气田区块的气藏基本特征的详细描述的基础上对沁水煤层气田水力压裂投产技术进行优化。形成采取光套管注入、兰州石英砂、变排量（2～8m3／min）、大液量（500～750m3）、高砂量（60m3）、砂比（8～16％）的活性水压裂配套技术。在现场施工过程中应用优化的压裂技术,并取得了良好的效果。     

压裂过程中储层压力场变化对水力裂缝扩展的影响

非常规油气资源开发过程中,通过水力压裂形成复杂裂缝网络是实现高效开发的关键技术之一,压裂过程中储层压力场的变化对裂缝扩展具有重要影响。本文基于扩展有限元理论,建立耦合损伤-滤失-应力的水力压裂裂缝动态扩展模型,研究储层压力分布对同步压裂和顺序压裂过程中裂缝动态扩展、起裂压力和延伸压力影响,对比了不同储层压力增量条件下水力裂缝偏转程度和压力变化情况。研究结果表明:(1)压裂液滤失诱发的局部孔隙压力增加会引起储层压力场发生变化,使得水力裂缝在延伸过程中的偏转程度增加,同时水力裂缝的延伸压力和起裂压力也会增加,算例显示裂缝的起裂压力和延伸压力将分别增加27.49%和27.58%;(2)对比同步压裂和顺序压裂下裂缝扩展动态,发现采用顺序压裂时裂缝偏转程度更大,且裂缝延伸压力更高。研究成果可为致密砂岩储层的有效开发提供理论依据和技术支持。     

不同扩孔半径下的钻孔水力压裂数值模拟研究

利用RFPA数值模拟软件构建了钻孔水力压裂数值物理模型,分析了应力平衡状态对钻孔水力压裂的影响,研究了不同扩孔半径下的钻孔水压裂纹的发展演化规律。研究得出:破煤压力在钻孔开挖完待应力平衡后加载水压明显降低;随着钻孔扩孔半径的增加,破煤压力、分支裂纹初现水压、最终水压及平均范围角都将降低,水压主裂纹的长度将增加。研究为煤矿井下现场实施水力压裂技术提供了一定的理论支撑。     

煤矿井下暂堵转向水力压裂技术研究

为更好地提高煤层透气性,结合煤矿井下压裂应用现状和暂堵转向压裂技术原理,本文创造性的提出了将暂堵转向压裂技术应用于煤矿井下水力压裂的思路,目的是着力于转向形成新裂缝并沟通煤层自有天然裂缝以强化煤岩缝网复杂程度,提高压后瓦斯抽采效果。研究结果表明:暂堵转向压裂技术适应性较强,可用于煤矿井下压裂;优选了适合煤矿井下压裂的小粒径水溶性MKZD-1暂堵剂,1.0cm厚滤饼承压可达40MPa,封堵能力强,溶解性好,压后其水不溶物约为4%;设计了煤矿井下实施暂堵转向压裂的工艺流程和暂堵剂加量方法。本文研究成果为煤矿瓦斯治理提供了新手段,开辟了新方向,具有一定的实际运用和推广价值。     

万福煤矿地应力场分布规律及其与地质构造的关系

为了保证山东万福煤矿矿井建设和开采的安全,在前期勘探阶段即采用水压致裂法进行了矿区地应力场测量.分析了矿区的区域地质构造与现今构造运动特征、地震活动性及区域构造应力场,以及根据实测结果获得的矿区地应力场分布规律,确立了矿区实测地应力场与区域地质构造的一致性关系.     

煤层气压裂裂缝起裂扩展规律研究

我国煤层气资源丰富,裂缝系统复杂。根据常规水力压裂经验进行的地层改造效果时好时坏,难以解释。因此迫切需要对煤层气水力压裂机理进行研究,深入认识煤层气压裂裂缝起裂和扩展规律。在前人研究成果基础上,系统分析了煤岩压裂的主要影响因素及影响规律,研究了目前煤层气压裂裂缝起裂扩展规律的研究进展及存在的主要问题,并对煤层气压裂理论研究的发展方向提出建议。     

基岩水井水力压裂专用压裂液试验研究

为了开发高粘、低滤失、抗水敏性好的基岩水井专用压裂液,通过胶凝剂、交联剂、破胶剂、防腐剂选配,以及配方试验等方法,确定了以田菁粉为主剂,辅以交联剂、防腐剂、破胶剂等添加剂的基岩水井水力压裂专用压裂液。该压裂液具有成本低、性能稳定、环保无污染等特点。作为基岩水井水力分段压裂技术的关键技术之一,压裂液研究为实现基岩水井水力分段压裂技术整体突破奠定了基础。同时,积累了针对不同岩性岩层压裂液研究的经验,供同行参考。