碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂煤层气高效抽采模式

碎软低渗煤层的煤层气高效抽采一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治的技术瓶颈。以安徽淮北矿区芦岭煤矿8号碎软低渗煤层为研究对象,通过开展现场调研、分析测试、理论分析、水力压裂物理模拟和数值模拟等工作,提出了碎软低渗煤层的煤层气顶板岩层水平井分段压裂高效抽采模式,揭示了该模式下水力压裂裂缝的扩展延伸规律及控制机理,构建了该模式实施的主要工艺流程。研究结果表明:顶板岩层相对脆性、裂缝扩展压力较高,碎软煤层相对塑性、裂缝扩展压力低。在顶板岩层水平井进行套管射孔和水力压裂,顶板岩层中产生的压裂裂缝,在垂向上向下扩展伸延并穿入碎软煤层;同时在水平方向上也快速扩展延伸,由此产生的牵引作用撕裂下部碎软煤层形成较长的压裂裂缝。数值模拟结果显示,在给定的压裂施工参数条件下,顶板岩层中压裂在碎软煤层中形成的压裂裂缝长度,是直接在碎软煤层中压裂形成的压裂裂缝长度的6.7倍。碎软煤层和顶板岩层中形成的这些压裂裂缝在后续加砂压裂过程中被充填,成为煤层气从下部煤层向顶板岩层水平井运移的导流通道。显然,采用这种抽采模式,碎软低渗煤层可以获得良好的压裂改造效果。研究成果应用于淮北矿区芦岭煤矿煤层气顶板岩层水平井抽采示范工程,取得了很好的产气效果,水平井单井曾连续3,6,12个月平均日产气量分别为10 358,9 039,7 921 m3,截至2017-11-16,已累计产气500万m3,日产气量仍在3 200 m3以上,创造了我国碎软低渗煤层的煤层气水平井气产量的新记录。     

低渗、特低渗储层煤层气水平井分段压裂参数优化及应用

水平井分段压裂是实现低渗、特低渗煤层气储层高效开发的有效手段,但目前工艺设计不够完善,导致产量差异大,亟需对分段压裂参数进行优化。通过煤岩渗透率损害实验和裂缝导流能力实验及数值模拟等方法,对支撑剂、压裂液、压裂段数、段间距、压裂液量、砂量等分段压裂基本参数进行了优化,根据优化结果设计1口井压裂,取得了较好的效果。     

低渗煤层多脉冲压裂激励作用的裂缝模型研究

为了提高适用于低渗煤层气高能气体压裂开发的技术水平,结合全封闭多脉冲压裂工艺特点,分析了多脉冲加载激励煤层产生多裂缝松弛地应力的作用机理及p-T作用过程,研究建立其多裂缝物理模型。该模型为低渗煤层全封闭多脉冲压裂瞬间破岩成缝机理研究及优化工艺设计提供了理论参考。     

多脉冲压裂用于低渗煤层开发可行性分析

针对多脉冲压裂广泛地用于低渗煤层开发的趋势,从储层物性、煤岩力学性质、次级微裂缝、煤层气多重解吸作用、施工工艺成熟性、复合性和施工成本等7个方面,并结合沁水盆地3#煤层Z2-005井的压裂施工增产效果,分析了多脉冲压裂用于低渗煤层压裂开发的可行性。     

石嘴山矿区6煤层水平井多级压裂簇间距优化分析

通过对石嘴山矿区6煤层煤层气地质特征分析,运用COMET3煤层气储层模拟软件对MY2、MY4两口井6煤层排采数据历史拟合,建立6煤层水平井水力多级压裂簇间距模拟模型。分别模拟6煤层20、40、60、80、100 m这5种压裂簇间距10 a产能潜力,分析水力压裂簇间距对水平井产气效果的影响,模拟结果表明石嘴山矿区6煤层水平井水力多级压裂簇间距为60～80 m较为合适。     

低压低渗煤层气多分支水平井开发关键技术研究——以沁水盆地郑庄区块15号煤层为例

沁水盆地太原组15号煤层总体低压低渗低饱和,煤储层相对较薄,地质条件复杂,煤层气井产量普遍偏低。以沁水盆地郑庄区块为研究对象,依据本区15号煤层LDP-22H多分支水平井的成功开发经验,全面论述低压低渗煤储层煤层气钻完井工艺、标志层判定、井眼轨迹控制等关键技术。结果表明：采用钻井-录井-测井一体化地质导向技术可以有效卡准目的煤层,同时实时修正钻头轨迹,煤层平均钻遇率在97%以上,极大地提升了煤层有效进尺。865 d的排采实践表明,LDP-22H多分支水平井日产气量突破15万m3,日产气量稳定在8万m3左右,全程累计产气量为2091.5469.3 万m3,实现了超高产和稳产,标志着多分支水平井在低压低渗煤储层煤层气高效开发上有较好的适用性。另一方面,多分支水平井要优化井位,加强水平井底部位排采能力,稳定压降速率,减小对煤储层渗透率敏感性伤害,提高排采的连续性,减少停泵和检修作业频次,保证产能的延续性。     

低渗煤层压裂增透新技术研究

介绍了水力压裂增透新技术的特点。该技术在平顶山等矿区共实施了250余次工业性试验,结果表明,水力压裂增透新技术可使煤层透气性系数增加近千倍,单孔瓦斯抽采量增加上百倍,衰减系数降低7.45倍,是突出煤层实现区域消突的一条有效途径。     

低渗煤层控制水力压裂增透技术研究及应用

针对低渗煤层水力压裂存在裂缝扩展范围小、增透效果差和在增透影响范围内容易留下空白带等问题,将控制水力压裂引入低渗煤层水力压裂实践。分析了低渗煤层控制水力压裂增透机理,提出了低渗煤层控制水力压裂增透技术及封孔方法,并在夏店煤矿进行了工程应用。结果表明:控制水力压裂使水力裂缝沿着控制孔的方向扩展延伸并有效增加煤层渗透性;组合式封孔技术封孔效果好、成本低,实现了一孔多用;控制水力压裂技术应用后,煤层渗透率有效增大,钻孔瓦斯抽采纯流量为原始煤层的4.969倍,3117工作面瓦斯预抽效果达标,回采期间回风巷瓦斯浓度始终低于0.5%,实现了工作面的安全高效开采。     

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%。     

突出低渗煤层水力压裂增透技术应用研究

针对绿塘煤矿井田区域可采煤层瓦斯含量大、压力高,透气系数低带来煤层瓦斯抽采困难等技术难题,设计采用BZW-200型水力压裂系统进行水力压裂试验,考察压裂前后煤层含水率、瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采纯量等参数来检验压裂试验的效果并优化钻孔布置。应用研究表明:水力压裂对于该矿6_中煤层具有显著增透作用,透气性系数提高约25倍;水力压裂试验明显改善了煤层瓦斯基础参数;实施水力压裂后煤层瓦斯抽采浓度及抽采量显著增大,能有效提高瓦斯抽采效率,保证工作面安全回采。     

潞安松软低压低渗煤储层特征研究

文章以潞安矿区3号煤层为主要研究对象,以屯留井田为研究基地,针对潞安矿区3号煤层的瓦斯地质特征,综合国内外在压裂技术与工艺研究方面的各项成果,结合潞安矿区煤层气生产井的生产特性,探寻出一套针对潞安特殊地质条件的开发技术与工艺模式,提高瓦斯抽采产量,形成了潞安矿区瓦斯地面开发较为完善和有效的技术体系。     

煤层气井多井压裂效果的数值分析

地面钻井抽采瓦斯已成为解决高瓦斯矿井安全问题的有效方法,但我国煤层的渗透率普遍较低,需要进行人工增透,其最有效的方法之一就是水力压裂。在对瓦斯抽采单井压裂效果分析的基础上,利用有限元分析软件RFPA对多井压裂效果进行了数值分析,结果表明:单井压裂时,裂缝在井周两侧沿最大水平主应力方向延伸;多井压裂设计时,采用对角线沿最大水平主应力方向的菱形布井方式,能在煤层中产生充分发育的裂隙和损伤区域,达到压裂煤层的目的;模型的边界条件对模拟结果产生较大影响,施加围压更符合实际情况。     

碎软低渗煤层顶板水平井条带瓦斯预抽技术

针对贵州西部煤矿区井下瓦斯抽采难度大、安全性低等问题,将地面抽采先进技术应用于煤矿瓦斯治理,开展碎软低渗煤层顶板水平井条带预抽技术方法研究。以对江南煤矿为例,通过井位优化布置、井眼轨迹设计、定向射孔和分段压裂等工艺流程研究,抽采工作面和掘进条带的煤层瓦斯,并通过储层数值模拟和编绘残余瓦斯含量分布图对抽采效果进行描述。预测结果显示,顶板水平分段压裂井抽采影响范围成条带状分布,并随抽采时间的持续以井眼为中心向两侧扩展,抽采强度随距井眼距离的增大逐渐降低,连续抽采5年,综合抽采率可达32%,掘进条带瓦斯含量可降至8 m~3/t以下。     

分段多簇密切割压裂技术在淮南矿区煤层气抽采中的应用

针对淮南矿区碎软低渗煤层瓦斯抽采技术难题,以13-1煤层为例,在分析煤层及其顶底板概况的基础上,采用煤层顶板分段压裂水平井技术,充分利用水平井水平段,单段分3簇射孔,簇间距25 m,实现分段多簇密切割体积压裂改造。微地震监测结果表明,单段裂缝长度102.5～211.4 m,缝高17.3～27 m,裂缝主体向下延伸,实现了井筒与煤层的沟通。排水采气效果表明,最高产气量1519 m³/d,取得了良好的产气效果。研究成果为淮南矿区煤层气地面预抽和瓦斯区域治理提供了工程借鉴。     

淮南矿区煤层顶板分段压裂水平井抽采技术及效果研究

淮南矿区为典型高瓦斯矿区,煤层碎软、渗透率低、瓦斯含量偏高、抽采难度大,为探讨地面煤层气顶板分段压裂水平井在矿区的技术可行性与瓦斯治理效果,在分析矿区主要煤层13-1煤储层特征基础上,采用应力解除法进行了煤层三向地应力测试,结果显示三向应力场类型主要为σh,max>σv>σh,min,具有实施顶板分段压裂水平井技术的充分条件;利用MFrac Suite软件分别模拟了水平段距离煤层1、3、5 m时的压裂缝参数,压裂缝半长最大107.33 m、最小89.47 m,具有理想的压裂效果,说明顶板分段压裂水平井在淮南矿区具有比较好的地质适应性与可行性。以潘一煤矿13-1煤层“L”型顶板分段压裂水平井CBM01井为研究对象,采用井下钻孔检测与数值模拟等手段综合分析了瓦斯治理效果,结果显示CBM01井抽采415 d即显著降低了煤层瓦斯压力与瓦斯含量,距离水平井50、65 m处瓦斯压力由6.4 MPa分别降至2.6、2.7 MPa,降低幅度均超过55%,水平段两侧各15～20 m范围内瓦斯含量由13.5 m³/t降至最大9.11 m³/t、最小6...     

碎软低渗煤层水平井水力喷砂射孔工艺优化

针对碎软低渗煤层水平井煤粉产出危害,提出采用水力喷砂射孔压裂来实现“射孔-增透-控粉”为一体的压裂改造理念,具体工艺包含水力喷砂射孔、高压射流、环空压裂以及水力补射孔清洗。通过成本及工艺对比,选择油管拖动水力喷砂射孔方式进行压裂,并对工艺和关键工具进行优化。首先,优化防反冲蚀破坏一体化硬质合金圆锥收敛型喷嘴,能实现排量2.0～2.5 m³/min时,射流压力为16.5～25.8 MPa。其次,优化喷射器本体,能有效射穿套管、水泥塞,并射入岩石一定深度。配套一体化管柱顺利完成了煤层气U型水平井压裂和补射孔施工各8段,每段射孔时间15 min以上,并充分顶替返排煤粉,投产3年后产气量仍达到3500 m³/d以上,表明优化工艺达到了碎软低渗煤层改造效果。与连续油管分段压裂技术相比,油管拖动水力喷射压裂单段压裂作业成本降低了28.5%。     

低渗煤层定向多簇气相压裂瓦斯治理技术研究与实践

为解决低渗透煤层瓦斯抽采难题,在潞安矿区5 a多的研究和规模化现场试验基础上,提出了一种低渗透煤层CO_2气相定向多簇压裂瓦斯综合治理技术。该技术是应用改进后的CARDOX装置系统所产生的高压CO_2气体在煤层中进行定向多簇造缝,实现煤层的卸压和增透,均化和改善局部地应力集中和瓦斯含量/压力的异常分布状态,提高瓦斯抽采效率。研究表明,在气相压裂试验区段,瓦斯突出危险性降低,煤层渗透率提高1~2个数量级,瓦斯抽采浓度和流量提高1个数量级,抽采达标时间由原来的720 d减少到210 d,实现了高瓦斯煤层的安全掘采协调生产。     

地面压裂井对煤层瓦斯和突出的影响分析

为了进一步探讨地面水力压裂钻井对煤层瓦斯的影响,通过现场试验和数据统计研究了地面压裂增透技术对煤层瓦斯抽采、突出危险性大小、钻孔施工、掘进时瓦斯涌出的影响。研究结果表明:地面压裂井提高了煤层的透气性,使得瓦斯抽采量较大幅度提高、突出危险参数明显降低、钻孔成孔率也得到相应提高;掘进期间的瓦斯涌出量比未压裂区域增大,掘进时需要对瓦斯加强管控。     

沁水盆地郑庄井田煤层气分段压裂水平井开发技术

为实现煤层气低成本、高效开发,基于郑庄井田3^#煤层和15^#煤层特征,提出了煤层中非固井L型分段压裂水平井强化开采煤层气技术方法。数值模拟结果表明：水力喷射压裂能产生1.5～2.0 MPa的环空封隔效果和3.5～4.5 MPa的孔内增压效果,可满足非固井水平井环空防窜流和定点压裂的目的。为解决非固井煤层气水平井钻完井、压裂改造和排采技术难题,研究形成了“优质、快速、安全”钻完井,带底封的连续油管快速拖动喷射-压裂联作分段压裂,“大排量、大液量、中砂比”活性水压裂增产改造和L型水平井精细化排采控制4项核心关键技术。实践证明,煤层中非固井分段压裂水平井开发煤层气技术在郑庄井田实现规模化开发应用,并取得了煤层气开发技术和高产气量的双重突破。     

紧邻碎软煤层顶板水平井分段穿层压裂裂缝延展机理

紧邻碎软煤层顶板分段压裂水平井是碎软低渗煤层煤层气高效开发的有效技术,裂缝从煤层顶板穿层扩展沟通煤层为煤层气渗流提供通道是该技术应用的关键。针对煤层顶板水平井分段穿层压裂裂缝延展过程,开展真三轴煤岩组合体水力压裂物理模拟试验,应用声发射监测技术对裂缝扩展的动态过程进行监测,研究不同排量条件下的裂缝延伸形态;分析了水力压裂裂缝附近诱导应力场分布,采用扩展有限元方法研究分段穿层压裂的缝间干扰情况,对比了不同压裂段间距条件下,先压裂缝对后压裂缝的延伸形态和起裂压力的影响;最后结合工程试验以及微地震监测数据,对裂缝的空间形态进行了分析。研究结果表明:(1)在合理设置施工排量和水平井距离的条件下,裂缝可从高应力顶板扩展进入低应力煤层中,顶板内形成的有效支撑裂缝能够为煤层气进入井筒提供通道;(2)压裂液注入排量越大,裂缝跨界面穿层扩展深度越大,并且当裂缝穿层扩展时,裂缝在顶板内的高度和长度均大于煤层;(3)先压裂缝会在地层中产生诱导应力,诱导应力的大小与缝内净压力、裂缝高度以及距裂缝的距离等因素有关;(4)较小的分段压裂段间距会导致后压裂段起裂压力升高、裂缝发生偏转,为实现造长缝的目的,应降低缝间...