构造煤煤层气压裂方式及机制探讨北大核心

针对构造煤地区煤层气开发效果较差的问题,通过分析淮北矿区和湖南洪山殿矿区构造煤条件下煤层气顶板分段压裂水平井、垂直井的工程案例,结合水力压裂缝起裂和延伸机理分析,提出了构造煤'破壁'间接压裂技术,即在构造煤顶底板选择合适的岩层进行压裂施工,可以造出较长且与煤层沟通良好的压裂缝,能够大大提高压裂的增产效果,且具有有效降低钻井液、压裂液对煤层的伤害,提高煤层气排采效果的作用。     

构造煤发育区煤层气地面开发方案的探讨

本文从研究开采解放层防止煤与瓦斯突出机理得到启示，在详细研究了构造煤发育区煤体结构和煤层顶板特征基础上，提出了用煤层顶板完井强化法，进行构造煤煤层气地面开发的方案，为我国东部构造煤发育区煤层气的开发提供了新的途径。     

构造煤微晶取向生长机制探讨

构造煤是煤层受地质构造挤压、剪切作用的产物,其晶态结构可能记录了构造作用的痕迹。以煤变形变质为基础,结合X射线衍射（XRD）、核磁共振波谱（NMR）、气相色谱/质谱（GC/MS）等煤结构测试技术,通过对比研究不同类型煤的微晶结构特征和有机质结构演化等,揭示了构造煤微晶取向生长机制：① 形成过程中煤层破坏产生断裂、微裂隙及劈理等,由封闭系转变为开放系,为构造煤微晶生长提供受限空间;② 构造应力、重力及吸附作用等,是构造煤微晶取向生长的驱动力;③ 因受限空间和取向作用约束,构造煤微晶倾向于以平躺片晶的形式生长,煤大分子通过调节分子构象及链段排列等达到稳定状态。本研究成果有助于煤结构演化和构造煤物理-化学成因探讨,并能够丰富煤成烃和煤变质理论。     

软硬煤复合的煤层气水平井分段压裂技术及应用

针对软硬煤复合煤层的煤层气抽采效率低、煤层纵向剖面上抽采不均衡等问题,为了实现大面积快速、整体高效抽采煤层气,以沁水盆地赵庄井田3号煤层为例,对软硬煤分层特征进行精细评价,优化了软硬煤复合煤层中的局部硬煤段,研究了硬煤层中不固井水平井分段压裂开发煤层气技术方法,在对水平井压裂裂缝扩展规律研究的基础上,研究了分段压裂水平井开发煤层气技术对策。研究结果表明:3号煤层软硬煤结构分层明显,软硬煤存在明显的自然伽马和电阻率测井响应特征;硬煤层中水平井压裂能形成一条复杂不规则的垂直裂缝,裂缝易于沿脆性较强的顶板岩层扩展延伸,裂缝能够扩展延伸进入软煤层,提高软硬煤的压裂增产效果;硬煤层中水平井位置和压裂施工排量是影响裂缝扩展效果的两个因素,压裂施工排量影响程度较大、水平井位置影响程度较小。针对这一特点,进一步研究了硬煤层中不固井水平井分段压裂开发煤层气4个关键技术:①水平井射孔、压裂段优选工艺技术;②油管拖动大排量水力喷射防窜流工艺技术;③"大排量、大规模、中砂比"的段塞式清水携砂压裂工艺技术;④气/水分井同步生产精细化排水采气技术。工程试验证明,该技术能大幅度提高煤层气水平井单井产量,突破了软硬煤复合煤层低产技术瓶颈,为软硬煤复合煤层的煤矿区煤层气抽采和瓦斯灾害治理提供了技术途径。     

构造对潘庄煤层气井压裂裂缝的影响

煤层气井的压裂裂缝和地质构造之间存在着密切的关系，地质构造控制着煤层气井压裂裂缝发育的方向和规模。潘庄煤层气井压裂裂缝的主要发育方向为北北东向，几乎垂直于该区最小主应力方向，且其裂缝长短也随着该区地质条件的变化而变化。     

平煤十二矿构造煤煤层气特征研究

文章以平煤十二矿煤样为例,分别进行了压汞实验和等温吸附—解吸实验,从构造煤的孔隙结构特征及构造煤对煤层气吸附—解吸的影响来研究十二矿构造煤煤层气特征。本次研究结果如下:①构造煤孔隙结构多以小孔和微孔为主,有利于煤层气的吸附;②煤体结构破坏越严重,对煤层气的吸附越弱;③常温下,煤层气吸附—解吸可逆。研究结果表明平煤十二矿有利于煤层气的开发。     

构造煤煤层气解吸阶段分析及最大瞬时解吸量计算

为了探求构造煤煤层气解吸阶段瞬时特征,选取平顶山五矿的构造煤和原生结构煤,分别在20、30、40℃下进行了甲烷等温吸附/解吸试验,以试验结果为基础构建了基于兰氏方程曲率的煤层气解吸阶段模型,并依据此模型分析了构造煤煤层气解吸阶段,探讨了构造煤煤层气最大瞬时解吸量.结果表明:随温度的逐渐升高和煤体破坏程度的增大,原生结构煤和构造煤的低效解吸阶段、缓慢解吸阶段、高效解吸阶段及敏感解吸阶段总体向低压方向偏移,启动压力、转折压力和敏感压力表现出减小趋势,相比原生结构煤,构造煤的大部分启动压力和转折压力更低,整个解吸阶段具有更明显的向低压偏移的特征;较大的兰氏体积使得高效解吸和敏感解吸阶段前移;同时,随着温度的升高,原生结构煤和构造煤的煤层气最大瞬时解吸量呈减小趋势.     

液氮伴注辅助水力压裂技术在构造煤储层煤层气增产中的应用研究

在系统分析总结构造煤储层物性特征的基础上,结合液氮伴注辅助水力压裂复合增产的技术原理与优点,提出了基于构造煤储层特点的液氮伴注辅助水力压裂复合增产技术,并进行了现场实际应用。应用结果显示: 实施该复合增产技术后,压裂液排出迅速,增产效果达 50%,有效地减少煤层污染,提高煤层气井单井产量,高产稳产时间长,表明液氮辅助水力压裂复合增产技术能够有效提高煤层在煤储层中解吸、扩散、运移速度缓慢问题,对构造软煤具有很好的适应性。     

煤与煤层气协调开发机制研究

为了更好地推广煤与煤层气协调开发技术,以实现煤与煤层气的协调开发,通过对油气重大专项3个示范矿区的煤层气抽采技术、采掘接续、开采过程中区域划分以及各个阶段所允许的最大煤层气含量的研究,初步建立了煤与煤层气协调开发机制。研究认为:根据各个矿区地质条件的不同,可划分为3个或4个区域,分阶段进行抽采和开采接续;建立了根据每个阶段的回采或掘进速度、风量等参数确定每个阶段的煤层气最大安全允许含量的公式;根据每个阶段的抽采技术和相关参数,可确定每个区域的合理抽采时间,从而合理安排采掘计划,最终实现采煤与采气在时间、空间上的协调;建立了3个示范矿区所代表典型地质条件下的协调开发机制。     

豫西煤田构造煤煤层气控气因素分析

豫西煤田受构造运动影响,煤层结构、构造受到严重破坏,煤层渗透性差,影响着豫西地区煤层的勘探开发.为了解决豫西地区煤层气开发问题,做了如下研究:分析了豫西煤田构造煤形成地质背景;研究了构造煤煤层气的主要控气因素:地质构造、煤体结构、煤的变质程度、埋深、地下水、煤储层特征等;总结了主要控气因素对煤层气开发的影响.     

本溪煤盆地构造成因机制及找煤前景分析

通过对郯庐深大断裂对华北大型煤盆地后期改造影响的分析研究,阐述了本溪地区煤盆地的构造成因机制及各控煤构造的型式,综合现场实际掌握的地质资料,在分析研究的基础上,对本溪地区未来的找煤方向进行了初步探讨。     

构造煤煤层气分压合排产气效果及影响因素分析

针对平顶山矿区构造煤发育、瓦斯危害严重的现状,为探讨分压合排技术在平顶山矿区瓦斯地面抽采中的适用性,通过分析平顶山矿区首山一矿四2、二1煤层分压合排的产气效果和影响因素,探讨了四2、二1煤层分压合排产气效果不佳的原因。结果表明:首山一矿四2、二1煤层的储层压力及压力梯度、渗透率、煤层顶底板岩石特征和水文地质条件差别不大,对分压合排的效果影响不大;而较大的煤层间距、二1煤层相对较小的临界解吸压力和四2煤层松软的煤体结构,严重影响了分压合排的效果,造成产气效果不佳。因此,在现有技术条件下不适合对首山一矿四2、二1煤层采用分压合排技术。     

构造煤微孔特征及成因探讨

基于不同变形类型和程度气煤、焦煤和无烟煤级构造煤样品的微孔（孔径<2 nm）测试结果,分析煤中微孔随煤级和变形的变化规律,探讨微孔成因。结果表明：煤中微孔孔径呈3峰分布,分别为峰1（0.457 7~0.548 0 nm）、峰2（0.548 0~0.686 3 nm）和峰3（0.785 5~0.899 0 nm）;弱和中等变形作用总体对各峰孔容和峰位影响不大,对应变形煤随煤级增高,气煤到焦煤除峰3孔容小幅增加外各峰对应孔容和峰位无明显变化,焦煤到无烟煤各峰对应孔容均显著增大,峰位则差异变化;较强和强变形作用导致峰1和峰2峰位向小孔径方向偏移,孔容除无烟煤峰2外显著提高,对峰3的影响表现在气煤和焦煤孔容小幅增加,无烟煤孔容显著减小,各煤级峰位始终固定不变;推断煤中微孔成因类型应为2种,分别对应于峰1+峰2和峰3的芳香层间孔和芳环有序堆叠形成的柱状孔。     

煤层气井压裂后返排问题探讨

煤层气井压裂后是否立即放压返排压裂液的问题,在煤层改造中一直存有争议。文章就这个问题从压裂液、压力、高闭合压力作用、注入水对煤层的作用等不同方面进行了分析,得出结论:认为即时放喷有利于煤层气的开采,并就放喷技术进行了阐述。     

煤层气定向井压裂特征分析及工艺优化

煤层气定向井在压裂过程中易发生裂缝转向的问题,从而导致施工压力过高,增产效果不理想,因此压裂工艺亟待改善。本文结合沁水盆地南部储层地质特征和实际压裂改造资料,通过大量数据的统计和分析,总结出煤层气定向井的压裂施工特征,并对施工压力高等特征进行分析,提出优化射孔、增大前置液量、阶梯变排量和低砂比携砂等几种措施。该研究经过沁水盆地南部工程试验论证,提出的优化方法科学有效,具有很好的推广应用价值。     

吐哈油田煤层气压裂新技术探索及应用

在当前国际能源日益紧缺的形势下,煤层气能源的勘探开发逐步受到世人关注。此类非常规气田的开发一直都未找到很好的解决办法,没有成熟的工艺技术可借鉴;吐哈油田经过探索和研究,从分析煤层气与常规油气藏的水力压裂技术机理的异同点入手,结合国内外煤层气井压裂应用情况,优选压裂液体系、优选支撑剂组合、优化压裂工艺参数,最终确定出一套适用于吐哈油田煤层气特征的压裂新技术,并在核5X井成功应用,该井采用低伤害液体体系进行大规模大排量段塞式压裂,入井总液量1222m~3,总砂量60m3,施工排量8~10m~3/min;该项新技术对吐哈油田煤层气开发提供了有力的技术支撑,对未来煤层气能源的勘探具有重要意义。     

应力释放构造煤煤层气开发理论与关键技术研究进展

构造煤煤层气高效开发是我国煤层气资源禀赋的选择,构造煤储层与煤层气赋存特征决定了疏水降压煤层气开发理论技术不再适合构造煤储层,应力释放(原位)煤层气开发理论技术是新的技术方向,有望将构造煤煤储层从煤层气开发禁区变为新领域,同时也有望成为煤矿煤与瓦斯突出治理、煤矿区甲烷温室气体减排的治本之策。依托国家重大科研仪器研制项目,以应力释放构造煤煤层气开发关键实验平台和工程装备原理机为基本定位,以开发理论创新、技术原理探索为先导,以装置、装备及其工艺技术为研究核心,应力释放构造煤煤层气开发理论技术研究取得重要和实质性进展。探索构建了应力释放煤层气开发理论技术基础,阐明了水平井造洞穴应力释放构造煤原位煤层气开发的工程原理。水平井造洞穴应力释放构造煤原位煤层气开发模拟试验系统已完成设计进入加工阶段,系列配套基础实验取得了重要数据;探索建立了构造煤储层应力释放与煤层气解吸扩散关系模型;揭示了应力释放构造煤煤层气开发煤储层渗透率变化规律。研发形成了构造煤储层大口径水平井双向往复式钻进+多级扩孔+复杂循环钻井液成井、水平井泵注+喷射诱导控制造洞穴应力释放与储层激励、气/水/高浓度煤粉混合物直井射流泵+配套...     

煤层气井活性水压裂效果影响因素的探讨

国内中高阶煤煤层气的开发,主要采取的技术是活性水压裂后排水降压技术。活性水压裂作为煤层改造的主体技术,与其他改造技术相比有诸多优势,但仍有超过半数的井未能达到产建要求。针对这一问题,从压裂工艺方面、煤层纵向非均质性、压裂过程产生的煤粉三个方面进行了探讨,认为煤层气井产气量的高低受多种因素影响,其中煤层纵向非均质性导致的煤层改造体积小是影响产量的主要因素,其原因为活性水压裂裂缝多沿煤层弱接合面和强度弱的层理进行展布,如果煤层强度相差较大,那么强度高的煤层部分将得不到改造。针对这一原因,设计工艺并进行实践,取得了较好的效果,为今后的技术改进提供了思路及方法。     

煤层气储层压裂现状及展望

为了深入研究煤层压裂,提高煤层压裂效果,总结分析了煤层压裂液、压裂支撑剂、压裂裂缝数值模拟、裂缝监测、煤层压裂设计及施工工艺的现状。通过对比分析得出,活性水与石英砂组合是浅层煤层气压裂的主要组合方式,但随着深度的增加,储层地质复杂性的增强,该组合压裂后的效果逐渐变差;传统的二维和拟三维裂缝模拟方法在煤层应用中具有局限性,需要根据煤储层地质特征对裂缝模拟方法进行优化;多种裂缝监测方法在煤层应用中的结果表明,煤储层压裂后主要呈现出贯穿煤层的垂直裂缝、垂直裂缝与水平裂缝组合的复杂裂缝和非对称网络裂缝3种形态。我国已探索出以活性水直井压裂为主,水力波及压裂和间接压裂等多种压裂工艺为辅的压裂工艺技术。最后对煤层压裂提出了展望,即在低成本和高效环保的前提下,从增加煤层改造体积和增大解吸面积的压裂机理出发,结合煤岩工程地质特征,优选压裂材料及配套压裂技术,为煤层气的合理高效开发提供理论指导。