我国煤层气压裂技术发展现状与展望北大核心CSCD

压裂技术是煤层气高效开发的关键增产技术,该技术对于大力开发煤层气、实现我国碳中和目标具有重要意义。本文通过对我国煤层气压裂技术的调研分析,发现:①目前现场大多采用常规活性水压裂技术,同时也在积极探索无水/少水压裂技术;②由于我国煤层地质条件复杂多样、非均质性强等特点,目前还存在裂缝动态扩展机理研究不够深入、压裂工艺以及压裂液体系对煤层不匹配不适应等问题。建议亟待厘清煤层压裂起裂和扩展机理、发展复合压裂新技术与多元化煤层压裂液体系、发展煤层气智能化压裂、提高煤层气开发压裂智能化水平。本文研究成果对我国煤层气压裂技术的发展具有参考意义。     

煤层压裂工艺技术初探

煤储层的机械性质及煤层气的形成、储集、运移、产出机理 ,均与常规油气储层不同 ,因而煤层气的压裂具有特殊性。本文针对煤粉的产生及危害、煤层压裂处理压力过高、压裂液对煤储层的危害、压裂液滤失的危害及控制等几方面原因对煤储层的特性进行了系统分析 ,提出了煤层压裂设计中应选择合适的压裂模型、适宜的压裂液及支撑剂。结合国内外煤层气勘探开发经验 ,对比分析了目前常用的压裂方法 (凝胶压裂、加砂水压裂、不加砂水压裂及泡沫压裂 )的压裂效果     

潞安屯留区块煤层气酸化泡沫压裂技术研究

针对潞安屯留区块煤层储层改造存在的问题,通过对本区块煤层特征进行分析研究,对压裂液及支撑剂进行优选、对压裂设计进行优化,并采取加入预前置酸和氮气泡沫压裂的措施,从而解决了煤层压裂施工中存在的渗流通道堵塞、压裂液难返排、压裂效果不理想的一些问题,在保证了煤层压裂施工成功的同时也提高了煤层气的产量,不仅为本区煤层气开发提供帮助,更对全国的同类煤层储层的改造开发具有借鉴意义。     

煤层气压裂和排采技术应用现状与进展

在当前国际能源供需矛盾日益突出的形势下,煤层气的资源勘探开发备受世界瞩目。对于此类非常规气田的开发人们借鉴常规油气田开发技术并加以改进,探索出开发煤层气的技术。主要概述了国内外煤层气井的压裂技术和排采技术的研究现状,分析存在的问题;对比各技术的优缺点和适用性,提出我国煤层气开发技术需加强的方面,展望未来发展趋势。清洁压裂液研制、二氧化碳泡沫压裂和氮气泡沫压裂技术改善,排采使用装置和排采工作制度改进是目前我国煤层气发展的主要技术突破点。     

煤层气井压裂脱砂原因分析

在准噶尔盆地，对于煤层气的勘探开发尚处于调研实验阶段，对煤层气的勘探开发技术还不很了解，尤其是压裂方面的技术。该文以准噶尔盆地煤层气井压裂应用实例为基础，介绍了煤层压裂技术并着重分析采用活性水压裂液进行压裂的煤层气井施工中出现脱砂的原因，为今后新疆煤层气压裂提供有益的借鉴。     

中国煤层气地面井开采储层改造技术现状与展望

中国煤层气勘探开发面临资源探明率低、单井平均产气量低等挑战,建立与中国煤层气地质特点相适应的勘探开发技术体系,是解决这些问题的必由之路,其中储层改造技术是该技术体系的关键。为此,在系统梳理中国煤层气地面井开采储层改造技术现状的基础上,剖析了煤层气开发面临的科学问题与技术挑战,并对储层改造技术的发展方向进行了展望。研究结果表明 ：(1)国内煤层气产量规模尚未达到国家需要,在能源安全与低碳发展背景下,突破当前储层改造技术瓶颈是促进煤层气大规模增产的关键;(2)目前,中国煤层气地面井开采储层改造技术的代表性技术为水力压裂、电脉冲增透、微波加热 3 大类,下一步需持续攻关液压致裂、电脉冲致裂、微波致裂等不同破岩方式下的煤岩裂缝扩展规律 ;(3)需攻关压裂液、酸液、微生物、CO₂、N₂等不同外来介质对煤岩的作用机理,以及储层改造后煤层气传质与产出机理等科学问题。结论认为,单一技术进步基础上的融合发展是煤层气地面开采储层改造技术的发展趋势,其中研发适合不同煤层特点的储层改造技术“组合拳”是实现煤层气开发的关键。     

煤层气增产改造技术发展现状与趋势

基于国内外煤层气增产改造技术发展历程的追溯,立足于压裂液体系、完井技术、压裂配套工具和气井管理方法4个方面,详细剖析了煤层气产业所取得的突出进展与形成的主体工艺.结合中国煤层气增产技术发展现状,提出了裂缝非线性动态扩展机理、地应力场反演与重定向理论、压裂液的流变调控和微地震数据噪声甄别等6项亟需攻关的科学问题,展望了中...     

实时变黏压裂液在宁武盆地煤层气井的应用

宁武盆地石炭系上统太原组9号煤层在区域内分布稳定,含气量较高,是该区块煤层气勘探开发的主力层位。前期改造过程中多采用活性水压裂液体系,但由于煤层的松散、弱胶结、高滤失性等特点,存在地面施工压力高、波动大、易砂堵等问题,施工成功率仅55.6%,严重影响改造效果。室内研究形成了一种适用于煤层气井压裂的可实时变黏压裂液体系稠化剂HT-1,其具有施工全程黏度可控、在线混配、连续施工、低温破胶、破胶液残渣含量低等特点,提高了压裂液效率和携砂性能,降低了压裂液破胶液对煤层的伤害。现场应用表明,这种可实时变黏压裂液体系在施工过程中性能良好,能够满足设计要求,为该地区煤层气勘探开发提供了重要的技术保障。     

煤层压裂用压裂液性能室内实验评价研究

煤层气开发生产中,对煤层进行压裂改造是一个关键环节.为此对在煤层进行压裂改造时所用的压裂液性能进行了室内实验评价,其内容包括①改性胍胶、线性胶压裂液流变性与破胶性能研究;②有机硼交联冻胶压裂液流变性与破胶性能研究;③氮气泡沫压裂液流变性、破胶性能研究.结果认为泡沫压裂液是煤层气压裂用理想的工作液;泡沫质量、稠化剂浓度是影响泡沫压裂液流变性能的主要因素;线性胶和弱交联水基压裂液是煤层气用压裂液体系的补充;建议现场用泡沫压裂液稠化剂选用0.3%浓度、泡沫质量选择70%～75%;压裂液配制与实施是压裂施工的重要环节,建议在施工中加强压裂液现场质量控制、添加剂质量检测和压后排液管理,以确保压裂施工质量.     

煤层气井用非离子聚丙烯酰胺锆冻胶压裂液优选

活性水、瓜胶压裂液是国内煤层气井压裂最常用的压裂液,但活性水压裂液流变性能差,瓜胶压裂液破胶残渣含量高对煤层的伤害大,限制了这两类压裂液在煤层压裂中的应用。为此,针对煤层温度和渗透率低的特点,在分析影响锆冻胶压裂液性能因素的基础上,优选出了适用于煤层气井压裂的非离子型聚丙烯酰胺锆冻胶压裂液配方(0.400%PAM+0.035%ZrOCl2)。通过室内试验对优选出的非离子型聚丙烯酰胺锆冻胶压裂液的性能进行了评价,结果表明,该压裂液具有耐剪切、滤失量低、易破胶、携砂性能好、无残渣、对煤层伤害低、易返排的特点,适用于低温煤层压裂。      

我国首口煤层气井二氧化碳压裂成功

目前,国内煤层气储层改造基本采用水基压裂液携砂的压裂工艺,但该工艺裂对煤层气储层伤害较严重。二氧化碳伴注压裂液携砂压裂技术通过向煤层内注入二氧化碳,以降低煤储层中甲烷的分压以加快甲烷的解吸,有效将甲烷从煤层中置换出来;注入气体还增加了煤层气向井筒流动的推动力,有利于压力封闭型煤层气藏克服存低渗透煤层中的流动阻力,从而增加了煤层气井的产量,而且对煤层气储层伤害较轻微。     

阜新组煤层气井用压裂液优选研究

由于煤层本身的特殊性,煤层气井的开发一般为压裂投产.在压裂过程中压裂液对煤层的伤害不同于其对常规油气藏储层的伤害.在煤层气井压裂过程中,压裂液与煤层接触所造成的渗透率的降低,一般是由煤基质的割理被堵塞及煤基质对液体的吸附所造成.通过测定5种类型的压裂液对辽河油田阜新组煤层的吸附速率、润湿接触角以及渗透率伤害程度等,优选出了最适宜的压裂液类型,提高了压裂处理的效果.     

柳林地区煤层压裂液伤害评价及应用

压裂增产技术是煤层气开发的重要手段之一。针对鄂尔多斯盆地柳林地区煤层具有储层压力低、渗透率低、孔隙度低和含气饱和度低以及煤层吸附性较强等特点,通过使用短岩心(暂堵)酸化流动仪进行了活性水压裂液、线性胶压裂液、冻胶压裂液和清洁压裂液对煤岩的柳林地区煤岩心渗透率伤害评价实验。实验结果表明,活性水对岩心渗透率的伤害程度最低,为9.82%,清洁压裂液的伤害程度为43.49%,冻胶破胶液压裂液的伤害程度为81%,线性胶压裂液的伤害程度为89.3%,对煤层伤害程度依次为:活性水清洁压裂液冻胶破胶液线性胶。使用优选出的活性水压裂液对现场实施压裂10口井,单井的最大砂比不超过30%,平均砂比15%左右,显示出活性水压裂液的携砂能力满足压裂施工要求,施工成功率接近100%。     

山西煤层气井压裂工艺技术与研究

煤层气井的储集条件特殊,煤层气的产出条件也不同于常规的油气井压裂的工艺要求。由于我国煤层松软、割理发育、表面积大、吸附性强、压力低等特点,在开采煤层气时,存在单井产量低、经济效益差的普遍情况。以山西某区块实施压裂的煤层气井为例,对该区块的煤层气井进行了压裂液体系优选、支撑剂优选、施工参数优化、总体实施效果的评价,鲒合相关理论,形成了初步结论,为下步山西煤层气开发提供指导性意见。     

煤层气高效开发技术

煤层气储层与常规油气储层具有极大的差异性，其产出特点也不同，常规油气开发技术已明显不适用于煤层气开发。本文从煤层物性的特殊性和保护煤层的角度出发，指出我国煤层气开发的难点；根据我国煤层特点研究分析了煤层气泡沫钻井、波动水力压裂和定向羽状水平井技术的适用性，并对定向羽状水平井技术在沁水煤层气田开发中应用的可行性进行了论述。这些技术对我国煤层气的商业开发具有重要的指导作用。     

鄂尔多斯盆地大宁-吉县区块煤层气水平井分段压裂实践

鄂尔多斯盆地东南缘大宁-吉县区块投入煤层气勘探开发近10年,直（斜）井平均单井煤层气产量约为300 m3/d,经济效益较差。分析认为：煤层气压裂裂缝长度较短,目前井网井距的丛式井组压裂后难以达到整体降压的效果;而如果采用水平井,水平段每级较短距离分段压裂改造,能够达到同层整体面积降压的效果,可极大提升整体开发效益。2013年该区开展了中国第一口煤层气水平井套管完井分段压裂试验,单井产气量达12 000 m3/d;2015年又陆续开展了3口煤层气水平井分段压裂试验,单井产气量介于6000～12000 m3/d（目前还处在稳定上产阶段）,取得了较好的产气效果。相对于常规水平井分段压裂,大宁-吉县区块煤层气水平井分段压裂主要在钻井压裂一体化设计、射孔方式、段间距选择、复合压裂液体系等几个方面进行了优化创新。总结该区煤层气水平井分段压裂方案（钻井压裂一体化设计、射孔方式、分段方式、压裂液体系优选、压裂规模优化等方面）的整体设计思路及现场应用经验,对于其他区域低渗透煤层水平井压裂具有指导作用。     

煤层气水力压裂工艺技术探讨

我国煤层气资源丰富,煤层气的开发对于保障我国能源安全、煤矿安全生产和环境保护等方面具有重要意义。煤层气井的开发大多需要借助压裂工艺来提高煤储层的渗透率,压裂的好坏直接关系到煤层气是否能够顺利抽采到地面,因此研究清楚压裂工艺,对于煤层气的开发很有必要。     

煤层气开发技术发展趋势

煤层气开发模式经过最初的煤矿井下瓦斯抽放到煤层气地面开发与井下抽采并举的发展之后,逐步朝着地面开发、地面与井下联合抽采、井下抽采与采动区抽采以及采空区抽采逐级递进的采气采煤一体化方向发展。地面开发技术也由单一的直井开发朝直井压裂、多分支水平井、远端对接井及丛式井等多样化钻采技术体系方向发展;增产改造技术由单一的活性水大排量加砂压裂朝着大排量中砂比活性水压裂、液氮泡沫加砂压裂和清洁压裂液压裂等更科学的增产改造技术方向发展;排采技术则由定性的定压排采朝着智能化控压控粉定压排采方向发展。     

关于煤层气压裂裂缝起裂扩展方式的思考

我国煤层磁资源的裂缝系统具有着复杂性的特征。煤层气水利压裂方式的研究,可以让人们对煤层气压裂裂缝的起裂情况和与之相关的扩展规律进行了解。本文主要对煤层气气压裂裂缝的起裂扩展方式进行了探究。     

深埋煤层气藏水力压裂增产技术探讨

作为非常规天然气的煤层气,勘探开发技术具有特殊性。水力压裂增产技术在浅部煤层气开发中已经得到广泛应用。埋深大于1 000 m的深埋煤层气资源量巨大,占我国煤层气总资源量的61.2%。较之浅煤层,深煤层具有高地应力、高地温、高岩溶水压、强烈的开采扰动的工程力学特征。深埋煤层气藏水力压裂增产面临着井壁稳定难、人工裂缝延伸规律性差、支撑剂有效输运难、煤层渗透率保护困难、煤层气吸附解析规律复杂等难题。鉴于此,有必要在现有的浅煤层压裂增产技术基础上,研制超低密度支撑剂和多重功效的压裂工作液体系,形成深埋煤层气体积压裂的配套技术,从而推动深埋煤层气压裂增产技术的发展。