煤储层水力压裂技术新进展

概述了煤储层的物性特点,增透改造的发展历程,裂缝起裂、扩展、延伸等研究进展;介绍了国内外压裂装备现状,列举了国内主要产品;分析了重复、多层、薄层、通道、水力喷射逐层、体积压裂等新技术的特点;阐述了压裂液污染环境的形式。建议发展环保、区域化水力压裂技术,装备朝着国产化、自主创新型发展,争取使用清洁、环保型压裂液。     

东濮凹陷高阻红层压裂砂堵原因分析及对策

东濮凹陷中生界高阻红层为典型的常压砂泥岩裂缝性潜山油气藏,基质储集性能差,需要压裂改造沟通含油裂缝,以获得更好的经济效益。由于受天然裂缝、地质条件及局部构造异常的影响,容易产生砂堵。为此,通过以往施工砂堵实例分析,结合单井压裂施工曲线、测井解释成果、压裂施工设计及实际施工参数对产生砂堵的具体原因进行分析,在此基础上提出了防止高阻红层压裂施工砂堵的具体方法。按此方法设计施工10口井,取得了良好的效果。     

沁水盆地南部煤层气井压裂失败原因分析

依据煤层气井压裂施工的工艺参数,以沁水盆地南部12口煤层气井压裂施工失败为例,分析了沁水盆地南部煤层气井压裂失败的主要控制因素,研究认为：井口刺漏、高压停泵和煤储层力学性质是沁水盆地南部煤层气井压裂施工失败的主要控制因素;井口刺漏主要是由施工压力过高、井口老化造成的;高压停泵主要是由砂堵引起的,井口刺漏、高压停泵与砂堵之间相互影响及促进;砂堵受施工工艺及地质因素的影响;研究区煤储层具有低弹性模量、高泊松比的特点,地层开启难度大且裂缝难以延伸;压裂施工前,应做好煤储层特征的研究、压裂设备的选择、压裂工艺的设计等,减少工程事故的发生。     

煤层气井水力压裂段塞技术多因素风险分析

基于大量现场作业和水力压裂裂缝扩展理论,提出了煤层气井水力压裂施工中支撑剂段塞存在引起早期砂堵的风险。针对煤层气井压裂施工,着重分析了施工液量、排量、裂缝转向、多裂缝等对裂缝几何尺寸的影响。采用理论分析结合模拟计算的研究方法,阐述了上述多种因素对裂缝几何尺寸、压裂液效率、尤其是缝宽的影响规律。针对不同因素的影响,提出了相对应的施工措施:提高排量、增加段塞前泵注液量有利于支撑剂进入裂缝;提高液体黏度、排量,沿最大主应力方向定向射孔等措施降低裂缝转向带来的砂堵风险;采用细砂或粉砂作为段塞支撑剂,有利于进入人工裂缝、降低滤失量、提高施工压裂液效率,进而降低多裂缝带来的影响。     

煤层气井压裂卡钻事故原因与施工建议

水力压裂是煤层气井重要的增产措施,压裂施工过程中可能因各种原因造成压裂卡钻事故,造成严重的经济损失,严重时甚至会使煤层气井报废。以煤层气井压裂施工工艺为依据,分析了煤层气井压裂施工过程中卡钻事故的主要类型,探讨了卡钻事故发生的原因,并给出相应的工程建议。研究认为,煤层气井压裂卡钻主要分为封隔器卡钻、砂埋卡钻、套管变形卡钻和落物卡钻4种类型;砂埋、井身结构变化、施工工艺及入井工具材料存在问题和人为因素是煤层气井压裂卡钻的主要原因;为防止压裂卡钻事故的发生,压裂施工前,应做好相应的准备工作,并加强管理,规范施工过程。     

井下水力压裂钻孔囊袋式两堵多注封孔技术及应用

煤矿井下水力压裂钻孔主要应用于高瓦斯低透气性煤层的增透,封孔质量是影响压裂效果的关键因素之一。为了提高水力压裂钻孔的封孔质量,提出囊袋式"两堵多注"封孔的思路。在现有封孔技术的基础上,开发出了一套适用于煤矿井下水力压裂钻孔的囊袋式封孔技术,保证了水力压裂钻孔封孔质量。在淮南矿业集团公司9个煤矿共计施工97个水力压裂孔,在30MPa的压裂压力下,未出现孔口跑浆现象。压裂后煤层透气性系数达到原始状态下的5倍以上,单孔抽采纯量和抽采单元内抽采纯量均达到原始状态下的2倍以上。     

井下水力压裂技术在低阶煤层中的工程实践

针对珲春矿区赋存的煤层具有低煤阶、透气性好和高瓦斯的特点,开展了水力压裂技术工业试验,对比分析了压裂区域内外高位钻孔瓦斯抽采浓度及本煤层预抽钻孔压裂前、后抽采参数、工作面瓦斯涌出量和降尘效果。试验结果表明:压裂区域内高位钻孔抽采瓦斯浓度较压裂区外平均提高2.65倍;压裂后本煤层预抽钻孔瓦斯抽采浓度较压裂前平均提高1.83倍,流量平均提高39倍;回采工作面的瓦斯涌出量由压裂区域外的23 m~3/t降低到第1阶段压裂区域的9.82m~3/t和第2阶段压裂区域的7.51 m~3/t;压裂影响半径达20~34 m,本煤层预抽钻孔间距也大大增加。     

深煤层直井水力压裂难点剖析及技术对策

分析沁水盆地南部深煤层的储层地质特征,认为深煤层压裂的难点主要体现在:难形成有效缝网、储层伤害严重、难反排及支撑剂输运困难。为解决上述难题提出了三项技术对策。     

媒层压裂施工过程中压力分析及应用

本文在搜集整理近几年国内30多个煤层气井层的压裂资料的基础上,分析了煤层气井压裂过程中瞬时停泵压力梯度与所生成裂缝形态的关系;分析了压裂施工曲线与裂缝形成过程中的各种动态特征,为进一步掌握煤层气井压裂施工规律及评价压裂效果提供了重要依据。     

松软煤层穿层钻孔超高压水力压裂技术研究及应用

为了增大煤层透气性，提高煤层的瓦斯抽采效率，保障工作面的安全生产，在N3704西瓦斯巷设计了穿层钻孔超高压水力压裂实施方案，并对压裂效果进行初步考察。结果表明，通过在7号煤层进行煤岩合层压裂，得出压裂后瓦斯抽采纯量效率提高10倍以上，煤层由难以抽采煤层、可抽煤层变为易抽采煤层，煤层透气性系数提高50倍以上|同时，7号煤层在埋深750m条件下，水量达109.72m3时，压裂之后的抽采半径可以达到50～70m，提高瓦斯抽采效率，改善由于瓦斯制约而不利于生产的被动局面。     

Mathematical Modeling of Hydraulic Fracturing in Coal Seams

Hydraulic fracturing of coal seam is considered as a process of development of discontinuities in rock mass elements due to change in hydrogeomechanical situation on filtration of fluid under pressure. Failure is associated with excess of the effective stresses over the rock tension strength. The problem on filtration and failure of massif is solved by the finite-element method using the procedure of fictitious nodal forces.__________Translated from Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 1, pp. 72–79, January–February, 2005.     

应用水力压裂技术提高单一低渗煤层瓦斯抽采效果

针对单一低渗煤层瓦斯抽采困难的问题,提出采用水力压裂技术压裂煤层增大其透气性,提高瓦斯抽采效果。以鹤壁中泰矿业33071抽放巷为试验点,考察了压裂前后百米钻孔瓦斯流量、瓦斯抽采浓度、抽采流量等参数变化情况。试验结果表明:百米钻孔瓦斯流量提高了1.80～2.68倍,单孔抽采浓度和流量比压裂前分别增大了7.5倍和95倍,煤层透气性系数增加了9～18倍,衰减系数减小了210%～280%。     

松软低透气性煤层跟管钻进及压裂抽采技术研究分析

针对我国松软低透气性煤层瓦斯抽采难题,提出了采用跟管钻进和水力压裂技术提高松软煤层钻孔深度和煤层透气性,通过布孔设计、应力分析论证了该方法的施工可行性,讨论了该方法的施工步骤。该技术有望成为解决松软低透气性煤层瓦斯抽采难题的新工艺方法。     

高角度煤层群水力压裂裂缝形态特征分析

以松河井田GP-1、GP-2生产井施工参数、GC-1井参数井煤岩芯实验、试井资料为基础,分析和总结了研究区储层特点和压裂裂缝形态特征。分析发现:煤储层破裂压力梯度介于0.02~0.027 5 MPa/m之间,闭合压力梯度介于0.016 8~0.026 8 MPa/m,压裂施工压力较高,含有高温高压异常储层;通过微地震裂缝检测,煤储层主裂缝均沿北东向呈现一致性;裂缝垂向延展不局限在压裂段内,均穿越压裂段顶、底部,裂缝高度是射孔厚度的2.6~3.14倍,埋深越浅,倍数越大;裂缝形态受地应力、局部构造、煤岩力学特性和高角度煤层群储层特点等因素共同作用而表现出复杂多态性。     

连续油管作业在深部煤系气井压裂返排砂堵中的应用

为解决深部煤系气井压裂返排过程中存在的砂堵问题,经过充分调研、现场分析,提出改变常规修井作业方式采用连续油管解决砂堵的方法.该方法已在石西煤系气井开采现场进行实践,成功将SX-012井压裂过程中造成的砂堵解除,并取得了良好的产气效果,可推广应用于解决深部气井开发过程中砂堵遏阻问题.     

水力压裂技术在成庄煤矿低透气性突出煤层的应用及效果

为了解决成庄煤矿高瓦斯含量、低透气性煤层在开采过程中遇到的瓦斯难以抽采的问题,在该煤矿进行了水力压裂现场试验并优化钻孔布置,定量分析水力压裂的影响范围及效果。结果表明：采用水力压裂技术后的煤层透气性系数提高了26.3倍、煤层内瓦斯压力降低了53.5%,消除了煤与瓦斯突出的潜在危险,同时瓦斯抽采纯流量及其抽采浓度也有了大幅度的提高。通过优化钻孔布置,有效降低了成庄煤矿的瓦斯治理成本。     

煤矿井下水力压裂增透抽采机理及应用研究

通过借鉴地面水力压裂技术的成功模式,研究了煤矿井下水力压裂增透抽采机理,针对单一、低渗高突煤层的特点,研发了一套井下压裂增透抽采技术及装备,并进行了工业性试验。应用效果表明：通过井下对煤体进行水力压裂,中平能化十矿24110工作面煤层渗透率提高了800倍,单孔瓦斯抽放量提高了120倍;鹤壁六矿2115运输巷掘进期间水力压裂后突出危险性效检指标超标率显著下降,瓦斯体积分数普遍降到临界值0.8%以下,大幅降低了煤与瓦斯突出危险性。     

煤矿井下水力压裂技术研究进展及展望

从压裂方法、压裂工艺以及压裂装备3个方面,综述了国内当前开展煤矿井下水力压裂技术研究的进展状况。分析认为在水力压裂适用条件、裂隙扩展控制技术、安全防护措施及设备、压裂监测技术等方面需要做进一步研究。     

水力压裂技术在煤矿瓦斯治理方面的应用

为了提高煤层的透气性,改善瓦斯抽采效果,许多煤矿对水力压裂技术进行了研究和应用实践。介绍了水力压裂技术原理及工艺,分析了该技术的煤体增透、改变煤体强度、平衡地应力等多重效应。通过实施水力压裂技术,平煤十矿单孔瓦斯抽采时间由原来的7~9d延长到80多d,单孔瓦斯抽采量最大提高120多倍;神火集团梁北矿"三软"煤层单孔瓦斯抽采浓度由4.4%提高到95.0%,瓦斯抽采总量由237.9m3/d提高到1404.4m3/d;贵州六枝工矿2372机巷、1470中巷实施10次水力压裂后,瓦斯抽采时间大幅延长,抽采效率明显提高,消突效果达到预期目标。     

特厚煤层顶板超长钻孔水力压裂技术应用分析

针对特厚煤层开采过程中坚硬难垮落顶板,采用超长钻孔水力压裂技术对煤层上方坚硬岩层进行压裂,有效减低了上覆岩层顶板的整体强度,将厚度大、完整性强的顶板通过高压水的切割,最终达到大面积顶板弱化的目的。结果表明：①顶板超长钻孔水力压裂工程的实施对40205工作面煤层上方55～59m处的含砾粗砂岩和68m处有含砾粗砂岩进行了切割弱化,有效降低了煤层上方坚硬顶板的冲击势能;②通过ARAMIS M/E微震监测和ARES-5/E地音监测联合监测数据分析,在顶板水力压裂过程中,能量事件主要以“高频低能”状态存在,最高能量事件达到6.2×103J,未出现高能积聚顶板断裂现象;③高压水力压裂施工后,在工作面回采期间,单日总能量降低达到71.7%,岩体内部裂隙呈现出“网格状”分布结构。超长钻孔水力压裂技术的实施,有效减低了工作面开采过程中煤层上方顶板的冲击势能,为工作面推采提供了安全保障。