煤层气井多次铺砂压裂工艺

沁水盆地高阶煤储层采用活性水压裂工艺后,直井平均单井日产量仅1 000 m3/d左右。理论分析和压裂监测统计表明,常规活性水压裂工艺存在压裂容易窜层和活性水携砂能力差、支撑距离短的弊端,制约了煤层的改造效果和单井产量的提升。为进一步提高煤层气井压裂改造效率,利用低黏液体携砂能力差、易形成砂堤的特性,提出煤层多次铺砂压裂工艺思路。以裂缝和砂堤为研究对象,根据物质平衡理论,建立了活性水多次铺砂压裂数学模型,同时优化压裂排量、液量和支撑剂粒径等工艺参数。现场试验结果表明,应用三次铺砂压裂工艺大大降低了煤层压窜的程度,压后单井平均日产气量达到2 223 m3/d,验证了三次铺砂数值计算模型指导现场施工的可行性。     

水力压裂条件下裂隙性煤储层垂直试验井产能预测

煤层气井产能预测一直是天然气工业领域试图解决的技术性难题.为探究水力压裂条件下裂隙性煤储层气渗透机理及产能规律,首先考虑其原生裂隙的几何特征对裂缝扩展规律的影响,结合经典PKN模型建立了改进的水力裂缝扩展模型;其次考虑排采过程中水力裂缝几何尺寸变化对煤储层孔隙率的影响,基于储层压力梯度动态方程建立了储层动态渗透率模型;...     

裂缝非达西渗流对气井水力压裂设计的影响

水力压裂技术是低渗透致密气藏增产的主要手段。在水力压裂裂缝中,气体在裂缝内高速流动产生的非达西渗流使裂缝的有效导流能力和裂缝长度大大减小,从而影响了水力压裂井的产能。在考虑气体非达西渗流的基础上,建立了非达西渗流条件下裂缝有效渗透率和裂缝参数的计算方法,研究了非达西渗流对水力压裂设计参数(裂缝长度、宽度)和产能的影响。结果表明,考虑非达西渗流时的水力压裂必须设计比达西渗流条件下更短和更宽的裂缝;由于裂缝非达西渗流的存在,气井的产能也有较大幅度的降低。考虑非达西渗流进行水力压裂设计和计算时,不能直接用流体在多孔介质或裂缝中的真实渗透率来计算水力压裂气井的产量,而必须用非达西有效渗透率。     

煤层气藏水力裂缝扩展规律

由于水力压裂改造措施是煤层气藏增产的主要手段,故研究水力裂缝在煤层的扩展规律是高效开发煤层气的重要内容。煤层强度低且天然裂缝发育,其水力裂缝的扩展不同于常规天然气储层,为此应用损伤力学的方法研究了在流、固、热共同作用下的裂缝扩展规律。研究结果表明：与天然裂缝相遇后,水力裂缝会发生迂曲转向,部分水力载荷将消耗在非主裂缝的路径上,但迂曲一段距离之后,主裂缝仍会沿着平行于最大水平主应力方向延伸;主裂缝发生迂曲转向的临界条件随着天然裂缝数量、天然裂缝与最大水平主应力方向的夹角以及天然裂缝长度的不同而发生改变。该研究成果对煤层气藏进行水力压裂具有指导作用。     

煤层气井复杂水力压裂裂缝模型研究

煤层与常规砂岩储层不同,煤层抗压强度低,易破碎变形,水力压裂时形成的水力裂缝系统也相对复杂。煤层水力压裂时常出现一些垂直裂缝与水平裂缝共存,或多条垂直（水平）裂缝存在的现象,形成所谓的复杂裂缝系统。复杂裂缝系统是煤层割理,煤层与上下顶底板岩性较大的力学性质差异,煤岩构造应力,煤粉堵塞,不同岩性的界面效应等因素综合影响的结果。当煤层垂直应力与水平应力相差较小时,煤层往往出现“T”字型或“工”字型裂缝系统,对“T”字型或“工”字型裂缝系统进行设计研究,对煤层水力压裂具有较强的指导意义。根据复杂裂缝形成机理,以“T”字型裂缝系统为例,建立了其数学模型,对模型进行了计算设计。根据模型对山西晋城煤层气井组某口井进行了实例计算,结果表明模型计算设计结果与实际电测结果符合性较好,对指导下一步煤层气井水力压裂施工起到了很好的作用,有较强的实际意义     

水力压裂中的应力阴影效应与数值计算

从岩石的细观非均质特性出发,采用岩石破裂失稳的渗流-应力-损伤耦合分析系统,设计了一系列的数值试验揭示水力裂缝间的应力阴影效应。试验条件下的研究结果表明：①应力阴影效应受水平应力差系数、注入孔间距、岩石非均质性、压裂顺序的影响,表现为排斥和吸引2种力学行为,体现在裂缝尖端应力伞面积、裂缝宽度和长度方面;②随着岩石均质度的提高,应力阴影效应对尖端应力伞的影响变弱,裂缝尖端应力伞的面积逐渐减小;③水平应力差较小时,井孔间距对应力阴影效应的贡献要大于远场应力;高水平应力差时,远场应力对“Stress shadow”的影响要强于井孔间距;④应力阴影效应伴随着裂缝的动态扩展而不断变化,裂缝尖端的应力伞面积和缝长具有很强的相关性,二者服从幂函数分布。通过这一研究,可以为水平井多裂缝射孔间距优化提供一定的理论依据。     

子北特低渗油藏水力压裂后地层动态特性测试

在简介多分层试井仪的结构、原理基础上,提出了分层流体流动压力曲线如何测取、所提供的数据,以及压力曲线的解释原理。介绍了多分层试井仪在子北采油厂3口井5个油层完成的分层地层测试流动压力曲线及解释结果。测到了特低渗透率油藏的基岩渗透率、油层水力压裂形成的水平裂缝位置、垂直裂缝、水力压裂若干年后油层仍然保留着的裂缝导流能力,以及其他动态特性参数如地层静止压力、静止温度、表皮系数、采油指数等。论述了在该地区井深大约在700 m内测到的裂缝可能是水平裂缝,而井深大约在700 m以下测到的裂缝可能是垂直裂缝。在同一垂直裂缝上的不同深度地层压力和温度呈线性分布,但渗透率、表皮系数、采液指数的值却是随机的,系不均匀分布。     

煤层压裂裂缝延伸及影响因素分析

为提高煤层压裂效果,采用拟三维裂缝延伸模型,系统全面分析了岩石物性参数(弹性模量、泊松比、断裂韧性)、地应力差、产层厚度、施工条件(排量、黏度、压裂液滤失性)等对裂缝几何形态的影响。、结果表明：应力差、排量、产层厚度等与缝长、缝宽成正相关;弹性模量、泊松比、断裂韧性、排量、黏度等与缝高成正相关;滤失与缝高、缝长、缝宽三者成负相关,此研究结果对获取理想的裂缝几何形态有重要的理论指导意义。     

基于地面微地震监测定位和成像的煤层气水力压裂效果评价研究

水力压裂技术已经广泛应用于煤层气抽采以提高抽采效率。水力压裂产生裂缝的空间分布评价对于提高资源的利用率和降低潜在的瓦斯突出风险至关重要。在水力压裂过程中,裂缝的产生会伴随微地震的产生,因此微地震监测可以用于水力压裂效果的评价。目前煤层气水力压裂微地震监测主要是依赖微地震定位得到的空间分布,不能准确和全面评价储层的改造效果。为此,提出综合利用微地震定位和速度成像综合评价煤层气水力压裂改造效果。针对中国山西的两口煤层气水力压裂井地面微地震监测数据,利用双差地震成像算法确定了更精确的地震定位和目标煤层附近的速度异常分布。定位结果显示微地震主要分布在压裂井附近并且呈簇状分布,和传统定位相比双差成像给出了更精确的微地震空间分布。根据微地震的空间分布,估算了储层的压裂改造区域。双差地震速度成像显示微地震位于相对低的v_P异常、高的v_S异常和低的v_P/v_S异常区域。结合前人岩石物理实验结果,推测在微地震刻画的储层改造区,裂缝中的煤层气处于饱和状态,表明水力压裂有效释放了煤层气。因此综合通过微地震定位和速度成像可以更...     

煤层气水力压裂微地震监测技术在鄂尔多斯盆地东部M地区的应用

为探索研究二叠系下统太原组和山西组煤系地层水力压裂效果,以鄂尔多斯盆地东部M地区煤系地层太原组和山西组为例,以微地震井中监测为技术手段,实时监测压裂效果,结合微地震事件属性特征分析人工裂缝网络连通性,解决复杂区域裂缝网络控制问题,为煤系地层水力压裂过程中压裂方案设计与调整提供依据,并对施工过程质量控制提供依据。现场实施取得良好的效果,实时调整压裂方案,为煤系地层水力压裂和储层评价提供了依据和技术保障;利用井间应力干扰可以促成大范围裂缝带的形成和沟通,形成更大的裂缝体积和渗流通道,对产能的改善作用更加明显,提高开发效率。     

水力压裂多裂缝产生机理及影响因素

在对某些复杂地层进行水力压裂施工时，常会遇到异常高压及脱砂现象，有时还会导致施工的失败，而多裂缝是产生这些现象的主要原因。本文从水力压裂的原理出发，采用机理剖析的方法，分析了导致多裂缝产生的主要因素。分析认为，多裂缝的格局取决于小裂缝能否顺利连接，地应力状况对裂缝的连接与起裂方位有重大影响；天然裂缝的发育程度是决定多裂缝起裂的重要因素；地层的倾斜与井眼斜度、起裂方位、射孔等对裂缝的连接起支配作用。搞清多裂缝的产生机理对水力压裂过程中预防多裂缝的产生有着重要的意义。     

页岩储层水力压裂支撑裂缝导流能力影响因素

支撑裂缝的导流能力是评价页岩储层水力压裂施工效果的一项重要参数,其大小受到多种因素影响。文中开展了支撑剂类型、颗粒大小、铺砂浓度等对支撑裂缝导流能力影响的室内实验研究。结果表明:陶粒的导流能力明显高于石英砂和覆膜砂,在低闭合压力条件下,20~40目陶粒的导流能力最大,在高闭合压力条件下,组合支撑剂的导流能力明显高于单一支撑剂;铺砂浓度越大,裂缝导流能力越大;循环应力加载模式下,裂缝导流能力比稳载时下降了31.7%,经过滑溜水和胍胶压裂返排液污染后,裂缝导流能力分别下降了33.9%和76.5%。研究成果指导了X-4井的现场压裂施工,该井措施后产气量较高且稳定生产,压裂增产效果较好。     

煤层气储层应力敏感性定量表征及影响因素研究

煤层气储层应力敏感性较强,对煤层气开发具有重要影响。采用不同区块天然煤样开展应力敏感性室内实验,应用应力敏感性系数和渗透率伤害系数2个参数评价了各煤样应力敏感性程度,并研究了煤阶、渗透率和储层气体压力等参数对煤岩应力敏感性的影响。结果表明：镜质组反射率R_o<1.7%时,煤阶越低,应力敏感性程度越大,渗透率伤害程度越高;而镜质组反射率R_o>1.7%时,煤阶越高,应力敏感性程度越大,渗透率损害程度越高;煤岩初始渗透率越高,应力敏感性系数越低,应力敏感性越弱,利用初始渗透率与其应力敏感性系数之间的经验公式可以估算煤岩应力敏感性,方便现场应用;储层气体压力越低,渗透率越高,越有利于煤层气开发,而煤岩应力敏感性系数和渗透率伤害系数也略高,需预防应力敏感性造成的渗透率伤害。     

致密砂岩储层水平井水力压裂裂缝参数影响因素数值模拟

在大规模压裂开发过程中,水力压裂裂缝扩展形态及空间展布是致密砂岩储层改造效果定量描述和评价的难点。为了研究水平井水力压裂裂缝扩展形态及空间展布规律,通过落实岩石力学参数,建立油藏地质、岩石力学及地应力模型,利用kinetix水力压裂模拟模块,模拟泊松比、弹性模量、水平应力差、加砂量、压裂液排量以及压裂液总量等参数对复杂缝网形成规律的影响,分析了裂缝起裂和扩展的规律。结果表明：随着泊松比、弹性模量、加液量的增加,裂缝缝长呈减小的趋势,加砂量、主次应力差对裂缝缝长影响较弱;裂缝导流能力随泊松比、单段加液量、加砂量、压裂液排量的增加而增大,主次应力差在6 MPa左右时,裂缝导流能力最高,弹性模量对水力裂缝的导流能力影响相对较小;主次应力差较小时,裂缝展布方向与主应力方向夹角较大;主次应力差较大时,裂缝沿主应力方向延伸。研究结果可为致密油藏储层水平井大规模压裂参数优化和压后定量评价提供技术支撑。     

沉积作用对水力压裂裂缝缝长的限制作用

通常情况下,水力压裂的裂缝缝长需根据储集层物性与产能要求进行设计,渗透率低的产层裂缝应长一些,渗透率高的产层裂缝应短一些,但对于河流相沉积地层,还需要考虑沉积作用对水力压裂裂缝缝长的控制作用.鄂尔多斯盆地大牛地气田石盒子组属于河流相沉积,河道走向与水力裂缝延伸方向呈垂直关系,在压裂过程中通过微地震监测、压裂效果分析、压力恢复试井解释、压裂压力拟合等手段,从不同角度验证了河道砂体宽度对压裂裂缝缝长的限制,证实了沉积作用对水力压裂裂缝缝长的影响.基于对河流相砂体宽度特征与裂缝横向延伸机理的研究,优化盒3段的裂缝半长为90～120 m,盒2段、盒1段裂缝半长为150～200 m.图4表5参15