煤层顶板分段水力压裂应力及裂缝演化试验研究

煤层顶板分段水力压裂是碎软低渗煤层煤层气高效开发的有效技术，该技术应用的关键在于水力裂缝能否顺利从顶板穿层扩展至煤层并为煤层气运移提供通道.通过对煤岩组合体相似材料进行两段封孔开展了顶板分段水力压裂物理模拟试验.在试件中布置应变砖来监测两段压裂的应力时空演化全过程，获得了水力压裂裂缝附近诱导应力场特征，应用声发射技术监测水力裂缝的动态扩展过程，研究了在诱导应力影响下不同排量、不同顶板岩性、不同煤岩界面强度和不同地应力条件下的裂缝延伸形态.最后针对不同储层条件探讨了工艺参数优化方案.研究结果表明：起裂压力受岩石物理力学性质和应力环境的影响.起裂压力随着垂向地应力、泵注水压、岩体抗拉强度的增大出现上升的趋势.当裂缝扩展方向垂直于压裂钻孔时，第一段压裂产生的诱导应力会增加钻孔方向压应力从而导致第二段压裂起裂困难；当裂缝平行于钻孔方向扩展，第一段压裂裂缝会削弱第二段压裂孔附近岩体强度并降低起裂压力.3个影响因素对水力裂缝穿层扩展的影响机制不同.较大的垂向应力差能引导裂缝垂向扩展；较高的煤岩界面强度使得裂缝能够扩展穿过煤岩界面；提高泵注排量主要是增大了岩体的整体破坏范围，从而增加了裂缝扩展到煤层...     

顺煤层定向长钻孔水力压裂煤层增透技术及试验研究

为了提高顺煤层钻孔瓦斯抽采效果,在分析井下煤层水力压裂技术发展现状及其增透机理的基础上,结合定向长钻孔施工技术与煤层水力压裂增透强化抽采技术,提出了顺煤层定向长钻孔裸孔坐封、水力压裂增透技术工艺。鉴于赵固二矿二1煤层中等偏硬、厚度大、瓦斯含量高等特征,选择该矿井二1煤层进行长钻孔整体压裂试验。结果表明:采用煤层长钻孔孔内封隔器裸孔坐封方式能够满足赵固二矿水力压裂煤层段密封需要;注水压裂过程压力上升平稳,泵压和流量达到设计要求;工具串回收过程无塌孔和卡阻现象,顺层长钻孔孔内封隔器裸孔坐封和压裂工艺达到预期目标;整体水力压裂影响半径最大达到38 m(单侧),压裂钻孔百米钻孔瓦斯抽采量比常规顺层钻孔有了较大提升。     

憎水憎油型支撑剂研究

憎水憎油型支撑剂是一种新型的压裂用支撑剂,可通过在含氟聚合物溶液中以适当的工序处理陶粒、石英砂等压裂用支撑剂获得.从分子结构与附着功的角度分析了含氟聚合物溶液处理常规支撑剂使其表面改性的作用原理,介绍了该支撑剂的处理工艺,同时对憎水憎油型支撑剂的化学稳定性、憎水憎油性、导流能力及其对压裂液携砂性能的影响等方面进行了室内实验研究.结果表明,该支撑剂处理工艺简单、稳定性好,将其应用于压裂施工,明显降低了地层流体对水力裂缝堵塞的可能性,从而使裂缝长时间保持高导流能力,达到延长压裂有效期的目的.     

沁端区块煤层气井压裂支撑剂优选实验研究

根据沁端区块煤储层特点,进行支撑剂优选研究和煤层气井压裂裂缝导流能力实验研究,对比分析了在不同闭合压力下铺砂质量浓度、支撑剂粒径、支撑剂粒径组合、支撑剂嵌入等因素对煤岩层导流能力的影响,优选出了煤层压裂改造用支撑剂体系。研究结果表明,支撑剂充填层导流能力随闭合压力的增加而降低,支撑剂粒径越大其导流能力越高,在压裂施工条件允许情况下应尽量多使用大粒径的支撑剂;沁端区块宜采用20/40目和16/20目兰州石英砂作为压裂用支撑剂,并确定了体积比为4∶1的支撑剂粒径组合方式;加大铺砂质量浓度能够在一定程度上提高裂缝的导流能力,降低支撑剂嵌入对导流能力的影响。     

页岩气支撑剂缝内铺砂形态分析

支撑剂在页岩裂缝中的铺砂形态对裂缝的导流能力和增产效果具有重大影响,裂缝的导流能力越大,水力压裂的效果越好,有效期越长,压裂获得的收益就越大。通过对支撑剂在裂缝内运移沉降进行数值模拟,对影响支撑剂运移沉降的因素进行分析,形象模拟在页岩储层中不同加砂模式下缝内铺砂形态,对后期在页岩气储层中加砂提供技术支撑。     

页岩气支撑剂缝內铺砂形态分析

支撑剂在页岩裂缝中的铺砂形态对裂缝的导流能力和增产效果具有重大影响,裂缝的导流能力越大,水力压裂的效果越好,有效期越长,压裂获得的收益就越大.通过对支撑剂在裂缝内运移沉降进行数值模拟,对影响支撑剂运移沉降的因素进行分析,形象模拟在页岩储层中不同加砂模式下缝内铺砂形态,对后期在页岩气储层中加砂提供技术支撑.     

水力喷射定向深穿透压裂技术研究与应用

与常规射孔方式不同,水力喷射钻孔可针对储层有利部位实现定向喷射,以高压水射流钻孔的方式在油层与井筒间形成长度为100m微井眼。利用水力喷射钻孔孔眼的导向作用,继续实施水力压裂改造工艺,在压裂目的层中形成深穿透人工裂缝,以达到储层高效改造的目的。介绍了该技术的工艺原理及实施步骤,结合辽河油区的储层特点,优化了工艺关键参数,提出了火山岩改造的针对性措施,在辽河东部凹陷的探井中成功实施了"水力喷射定向深穿透压裂技术",获得高产工业油流。水力喷射定向深穿透压裂技术在国内应用尚属首次,为火山岩以及其他难动用储层改造开拓了一条新的思路。     

低渗厚煤层水力压裂增渗技术研究与应用

为增强保安煤矿15#低渗厚突出煤层的透气性,提高穿层钻孔瓦斯的抽采效果,改善煤矿生产接替困难的现状,采用工业试验和数值分析相结合的方法,对低渗厚煤层的水力压裂增透技术及工艺进行试验研究。结果表明:15#煤层水力压裂影响半径高达40m,透气性显著增强,抽放浓度提高3倍以上,抽放纯量提高4倍以上,掘进速度提高2.5倍以上;形成了一整套包括压裂参数设计、压裂钻孔封孔、注水压裂增透、压裂效果考察、煤巷条带瓦斯抽采、煤巷掘进等适合阳泉矿区厚煤层的水力压裂增渗技术。     

水力压裂穿层钻孔“三段式”封孔技术的研究及应用

水力压裂作为一项煤矿区域防突技术已广泛应用于突出煤层,其中压裂钻孔封孔技术较为关键,直接决定压裂成功与否.为了提高煤矿井下水力压裂钻孔封孔的质量、减少封孔材料的用量、简化封孔工艺、最大限度地保证压裂的成功,对水力压裂穿层钻孔"三段式"封孔技术进行了初步探讨,在淮北矿业(集团)有限责任公司临涣煤矿进行了现场试验.两个穿层钻孔的试验结果表明,该封孔技术能对煤(岩)体的原始裂隙进行有效封堵,较好地杜绝了压裂过程中由于裂隙贯通而产生的漏水、蹿浆现象,最大限度地提高了水力压裂措施的成功率,可为其他煤矿穿层钻孔封孔提供一定的参考.     

基于高能CT扫描的煤岩水力压裂裂缝扩展研究

水力压裂是提高煤层气产量的关键技术,但由于煤岩力学性质的特殊性,使其裂缝扩展规律十分复杂,掌握水力压裂裂缝的形成机制对煤层气开发有着重要的意义。在开采沁水盆地南部区域的大型天然煤岩时,将真三轴水力压裂装置和高能工业CT扫描成像技术相结合,研究了天然裂缝、割理发育情况和地应力对水力压裂裂缝起裂和扩展特征的影响。结果表明:天然裂缝和割理在井筒周围的发育程度决定了水力压裂裂缝的起裂位置和破裂压力,裂缝在基质处起裂的破裂压力显著高于在天然裂缝和割理处起裂的破裂压力;在低水平应力差条件下水力压裂裂缝易沿着天然裂缝和割理随机扩展,随着水平应力差增大,地应力对水力压裂裂缝扩展的控制作用增强,合理的水平应力差范围为2～6 MPa,在此条件下易形成一条水力压裂裂缝为主、连通多条天然裂缝为辅的复杂裂缝系统。研究结果可为国内煤储层的水力压裂裂缝预测和压裂设计提供一定的理论参考和设计指导。     

水力压裂施工停泵卸压后裂缝闭合压密数学模型初探

在水力压裂施工完后，随着停泵卸压，已被压开的裂缝又呈闭合趋势。尽管压裂支撑剂力图阻挡着这一事件的发生，但一定的闭合压密总是存在的，这就使得水力压裂效果并不象以往计算方法各尽所能得到的那样乐观。因此，本文试图对水力压裂停泵卸压后，裂缝的闭合压密问题进行一些探讨，从对压裂裂缝中的沉砂状态分析入手，进一步把压裂裂缝闭合压密分为压裂液的继续滤失和砂堆的压实两个发展过程。从而建立起了水力压裂停泵卸压后闭合压密问题的数学模型     

松软煤层穿层钻孔水力压裂实验研究

分析了煤层水力压裂增透的原理,设计了两个穿层钻孔(一个压裂对象为构造软煤,另外一个为软煤的坚硬顶板)的压裂方案,在淮北矿业(集团)有限责任公司临焕煤矿进行了现场试验,采用压裂后钻孔瓦斯抽采浓度与流量等指标考察压裂效果.试验表明,水力压裂对松软煤层效果甚微.针对这一问题,提出了对松软煤层的坚硬顶板进行压裂以达到对该煤层卸压增透的目的,现场结果表明松软煤层顶板压裂能大幅增加松软煤层的渗透率,增强瓦斯抽放的效果.     

我国煤层气储层压裂现状及其展望

煤层气储层具有多裂缝、低压力和低渗透的特点,在压裂过程中容易造成压裂液的滤失,形成短而宽的压裂缝,使压裂效果不理想.对我国煤层气储层压裂存在的难点进行定性分析,提出相应对策.同时,介绍现有的国内外煤层气储层在压裂过程中使用的压裂液、支撑剂和压裂工艺.     

水力压裂用支撑剂破碎率的影响因素分析

水力压裂是提高储层产能的有效措施,而其效果与支撑剂性能相关.破碎率是水力压裂用支撑剂性能评价的重要指标之一.遵循有关测试标准的规定,通过室内实验,分析了支撑剂铺置浓度、铺置方式、闭合应力加载速率、支撑剂湿度和粒径分布等因素对石英砂、陶粒类支撑剂破碎率测试值的影响.实验结果显示,这些因素对支撑剂破碎率测试值都有一定的影响...     

煤矿井下水力压裂增透抽采瓦斯存在问题分析及对策

在分析总结我国煤矿井下水力压裂增透抽采已有研究成果的基础上,从理论基础、装备水平、技术工艺等方面探讨了井下钻孔水力压裂取得的成绩与不足,认为目前煤矿井下水力压裂增透抽采理论与技术多借鉴于石油气、煤层气开采的相关研究成果,尚没有完全形成以煤层瓦斯赋存特征、采掘应力场、裂隙场、流场的动态变化特征和井下瓦斯抽采特点等为基础的、特色鲜明的煤矿井下水力压裂理论及技术体系。据此,提出了相应对策:大力发展瓦斯抽采地质学,研究水力压裂前、中、后地应力和水力裂缝演化规律及瓦斯抽采的动态响应特征;进一步提高煤矿井下水力压裂的钻孔、封孔、压裂、测试等相关的设备水平;以缝网改造为煤矿井下水力压裂技术的发展思路,结合井下"三场"动态变化特征,有的放矢进行水力压裂设计,丰富内涵,扩展外延;大力发展井下与地面联合水力压裂抽采瓦斯及煤气共采等理论与技术。为煤矿井下水力压裂的推广应用提供一定的借鉴。     

小粒径支撑剂在涪陵页岩压裂中的应用及分析

涪陵页岩储层改造主要采用混合压裂+组合加砂模式。其中,小/中/大粒径支撑剂的综合作用不仅是形成复杂裂缝网络的关键因素,也是不同尺度裂缝系统形成有效支撑的重要保障。在页岩复杂缝网中,一方面可利用小粒径支撑剂好携带、粒径小的优势进入远端尺寸较小的分支缝中进行支撑,以提高整个裂缝系统的导流能力;另一方面利用小粒径支撑剂打磨射孔孔眼和梳理裂缝弯曲程度,减小摩阻,降低压力消耗,提高缝内净压力,利于形成复杂缝网系统。结合地质特征、压裂工艺需求及现场实践情况,对涪陵压裂用小粒径支撑剂适应性进行了分析,认为该类支撑剂具有降低摩阻、封堵微裂缝和支撑分支缝等作用,对于促进页岩储层复杂缝的形成具有重要作用。     

水力压裂裂缝缝高／缝长诊断研究

水力压裂在低渗油气藏增产措施中占有相当大的比重,而且是提高油气采收率的主要方法。因此对水力压裂研究,尤其是压裂后裂缝诊断研究就尤为必要,它可以验证或修正水力压裂中使用的模型,选择压裂液,确定加砂量,加砂程度以及采用的工艺,进而降低压裂成本和提高油气采收率,达到合理高效开发油气田的目的。本文通过间接的压力恢复试井和生产动态分析法,净压力拟合法以及三维水力压裂模型来诊断水力压裂后裂缝缝高／缝长,为水力压裂提供充分和必要的信息。     

压裂水平井支撑剂运移及产量研究

根据压裂水平井实际情况,首先建立了支撑剂在三维裂缝的运移分布和水平井压后产能预测模型;结合裂缝三维延伸模型、温度场模型和压裂优化设计方法研制了压裂水平井设计软件.其中支撑剂运移模型通过引入支撑剂对流质量传递方程,考虑了支撑剂对流、温度分布、压裂液滤失等因素对支撑裂缝尺寸的影响;产能预测模型考虑了水平井压后形成的多裂缝间的相互干扰、裂缝条数、裂缝间距、裂缝导流能力、裂缝平面与水平井筒夹角等因素对水平井压后产能的影响.通过实例应用,模拟结果与实际情况吻合程度高,表明了模型的可靠性.     

水力压裂煤储层卸压增透技术的适用性分析

水力压裂煤储层技术在不同矿区应用过程中受不同煤体破坏类型和围压条件的影响,其卸压增透效果差异性较大.为了明确该项技术的井下适用条件,优化其实施工艺,切实提高煤层瓦斯抽采率,通过分析和总结河南省不同矿区实际煤储层的水力压裂试验数据资料发现,水力压裂增透技术对Ⅰ,Ⅱ破坏类型煤体的增透效果比较明显,而在Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ破坏类型的松软煤层中适用性则具有一定的局限性,具有压裂范围小、裂缝闭合快、增透效果不明显等特点.所得结论对于选择合理的水力压裂储层并进一步优化完善高效预抽本煤层瓦斯技术具有一定的指导意义.     

支撑剂润湿性对油井压裂后开采效果影响研究

利用可视化裂缝模型和平板裂缝模型研究支撑剂润湿性对油井压裂后开采效果影响,两种模型均使用不同润湿性支撑剂填充裂缝。可视化模型结果表明,选择性支撑剂充填裂缝水相渗流阻力大,注入压力高,促使部分水流转向进入裂缝上下基质部分,扩大了波及体积,提高了采收率。平板模型结果表明,裂缝的存在可大幅度提高模型采收率,且支撑剂润湿性表现为疏水性,对采收率的提高也有正面的效果,因为润湿性的改变,采收率提高了3%。