考虑壁面分维数的压裂液返排速度计算模型

基于分形理论,考虑裂缝壁面粗糙度对裂缝缝宽的影响,对原有压裂液返排过程裂缝中速度分布数学模型进行了修正。根据支撑剂的受力模型,建立了支撑剂发生回流的临界流速计算模型。根据使支撑剂发生回流的临界流速以及裂缝中速度分布数学模型,求解出支撑剂发生回流的具体位置。以吉林油田嫩平1井压裂数据为例,计算得出使支撑剂发生回流的压裂液临界返排流速应大于在距井口5 m处截面处的最大速度,由此各该井在压裂液返排过程中,支撑剂不发生回流。     

煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力的伤害与控制

煤层气井排采过程中,压裂裂缝导流能力大小变化,直接影响压降漏斗扩展范围,进而影响煤层气井产气量的高低。以晋煤集团寺河矿3号煤制作煤片,以兰州石英砂为支撑剂,运用FCES-100裂缝长期导流能力评价仪,在实验室物理模拟了排采过程中煤储层压裂裂缝的导流能力变化规律。实验结果认为：煤层气井排采过程中压裂裂缝导流能力具有较强的应力敏感性,如果控制排采降压连续缓慢稳定进行,可以使压降漏斗充分扩展前应力敏感对导流能力的伤害较小;在水力压裂施工中可以通过增加砂比来减小支撑剂嵌入的影响,对于深井选用更高强度支撑剂可以克服支撑剂破碎引起的伤害;不稳定和断续排采可造成压裂裂缝导流能力快速下降,只有坚持排采降压的“连续、缓慢、稳定”进行,才能避免应力敏感和流速敏感带来的储层伤害,确保煤层气井开发取得好的效果。     

中、高煤阶煤岩压裂裂缝导流能力实验研究

运用FCES-100长期裂缝导流仪,测试了中、高煤阶煤岩水力裂缝的长期导流能力,并考虑了煤粉对导流能力的伤害,提出了简易测试煤层复杂裂缝导流能力的方法。通过室内实验测试分析认为,不同煤阶煤岩由于力学性质等的不同,在相同条件下其导流能力有明显的差异,煤层水力压裂施工设计中应考虑煤阶对裂缝导流能力的影响;支撑剂嵌入对煤岩裂缝导流能力伤害严重,适当增加铺砂浓度、加大支撑剂粒径、压裂液中加入分散剂可以降低支撑剂嵌入和煤粉的伤害;裂缝形态对煤岩的导流能力也存在影响,多条裂缝与单一裂缝的导流能力不同。     

煤层气垂直井压裂优化系统的设计与实现

为了合理确定压裂泵注参数,以提高煤储层导流能力和煤层气产气量,根据目前煤储层特点,建立了影响煤储层支撑剂评价体系,应用多层次模糊综合评价方法建立了支撑剂优选系统;对压裂液性能、配伍性等性质参数对比,建立了压裂液优选系统;根据压裂的地质和工程影响因素,对不同水力压裂施工参数分类,建立了不同储层渗透率下的泵注参数优化系统。这一系统成功地应用于指导沁水盆地潘庄区块煤层气垂直井的现场水力压裂施工设计。     

不同类型压裂返排液对煤层气储层的伤害实验研究

为了明确压裂返排液对煤层气储层的伤害情况,选择山西沁水盆地某煤层气矿区储层煤样和不同类型现场压裂返排液为研究对象,通过煤岩心驱替实验、煤储层裂缝导流能力实验以及煤层气解吸实验评价了不同类型压裂返排液对煤层气储层的伤害情况。结果表明:经过不同类型的压裂返排液污染后,目标区块煤层气储层煤岩心渗透率、裂缝导流能力和煤层气解吸能力均有不同程度的下降现象,其中线性胶压裂返排液对煤层气储层的伤害程度最大,清洁压裂返排液次之,活性水压裂返排液的伤害程度最小;结合不同类型压裂返排液的基本性能评价情况,认为压裂返排液对煤层气储层的伤害原因主要包括固相颗粒堵塞损害、微粒运移堵塞损害和水锁损害等。     

煤粉对裂缝导流能力的伤害机理

应用FCES-100裂缝导流仪和平流泵模拟了煤层气排采过程中煤粉颗粒侵入压裂裂缝支撑剂充填层的过程,研究了煤粉在支撑剂充填层内的运移规律及其对导流能力的伤害机理、影响程度。实验表明：煤粉易侵入支撑剂充填层,不易随水排出,对导流能力伤害严重,并且随着煤粉浓度增加伤害程度急剧增大。煤粉的聚集附着、桥堵孔喉是支撑剂充填层导流能力伤害的主要原因。粒径较小的煤粉更易运移聚集伤害裂缝导流能力,使用小粒径支撑剂可以有效地俘获煤粉颗粒,有利于提高主裂缝的导流能力;压裂后快速返排有助于煤粉迅速排出,减少其在裂缝内的滞留,并保持排采稳定有利于煤粉顺利排出,避免聚集堵塞。     

纤维加砂压裂工艺研究及应用

纤维网络加砂压裂的目的在于优化支撑剂在裂缝中的铺置,改善裂缝导流能力,降低压裂液粘度,配合液体快速返排,减小滤失伤害,防止支撑剂倒流,从而实现低伤害压裂改造。通过纤维网络加砂作用机理研究,在室内评价实验和纤维网络加砂设计优化研究的基础上结合现场试验,分别形成了以快速返排,高效防砂为目的的尾追纤维防砂工艺和以改善支撑剂铺砂剖面为目的的全程纤维网络加砂压裂工艺。现场先导实验表明纤维加砂压裂技术对提高裂缝支撑缝长、降低储层伤害、提高措施效果等方面具有良好应用前景。     

HPG破胶液影响下支撑剂导流能力变化特征研究

为了查明不同HPG破胶液、压力和煤岩弹性模量等条件变化下石英砂支撑剂的导流能力变化特征,在实验室优选HPG破胶剂基础上,分别进行了活性水和HPG破胶液通过不同石英砂粒径及其组合下的导流能力试验。考虑HPG破胶液残渣、支撑剂嵌入对导流能力的影响,构建了支撑剂导流能力的数理模型。试验结果验证了模型的准确性,探讨了支撑剂导流能力随关键参数的变化特征。结果表明:其他条件相同时,HPG破胶液影响下支撑剂导流能力小于活性水下的;随着HPG破胶液残渣含量增加,导流能力呈指数型减小;随着支撑剂破碎率的增加,导流能力线性减小;随着闭合压力升高,导流能力呈指数型减少。随着煤岩弹性模量的增大,支撑剂导流能力呈对数型增加。减少HPG残渣是增加HPG压裂液推广应用的关键之一。     

基于芦岭井田煤储层特征的压裂液优选

通过对芦岭井田8+9煤煤储层孔渗特征及其黏土成分进行分析,对压裂液类型及添加剂进行了选择,同时对压裂液的配方进行了优化。分析结果表明,8+9煤具有对压裂液吸附滞留明显、压裂液返排困难以及水敏感等特点;基于煤储层的物性特征,结合压裂液性能适应性,选择低成本的活性水压裂液,并选择添加一定浓度的KCL溶液和阴离子表面活性剂YZ-1溶液作为防膨剂和助排剂,满足与煤储层的配伍,降低对煤储层的伤害。同时通过室内实验优选浓度为1.0%的KCL溶液防膨效果较好,膨胀率在1.31%左右;浓度为0.2%的YZ-1水溶液表界面张力较小,与煤片的润湿接触角在80°左右,具有很好的助排效果,且对煤储层的吸附伤害较低。     

新场JS气藏难动用储量压裂改造技术研究

新场JS气藏储层岩石弹性模量高、物性差、孔渗关系差、孔隙结构差、连通性差、含气品位低,整体上属难动用储量。多年改造实践表明,采用常规改造方式效果较差,动用储量难以达到有效开发。在压裂改造的难点分析基础上,为降低储层伤害,提高压裂改造增产效果,开展了低稠化剂压裂液、加入增效剂压裂液和类泡沫压裂液研究;开展了以"中-大砂量、中-大排量、中-高前置液量、中等砂比"为特色压裂设计和以"非全井段射孔和定向射孔、低前置液量、支撑剂段塞和冻胶段塞、拟线性加砂、变排量压裂、中低砂比、小粒径支撑剂"为特色的施工配套技术研究;开展了分段强化破胶、液氮助排、类泡沫压裂液、大油嘴强排与纤维防砂工艺复配等高效返排技术研究。形成了以"低伤害压裂液、低伤害压裂设计和高效返排"集成技术为特色的低伤害压裂工艺技术,并在新场JS气藏实施了25层次的现场试验,取得了显著的应用效果。     

煤粉在支撑裂缝中的运移与沉积规律

针对煤储层压裂过程中易产生大量煤粉问题,应用LD-1A导流能力测试系统进行了支撑裂缝中不同流速、不同煤粉含量的流体流动物模实验,分析了流体在变流速、恒流速和间断流动下,煤粉在支撑剂充填层中的运移、沉积及产出规律。实验表明:煤粉运移具有一定的临界流速,不同条件下,临界流速差别较大,在20~40目石英砂支撑裂缝中,过60目煤粉临界流速可达5.20 cm/min,而过140目煤粉临界流速为2.01 cm/min;流体流速、支撑剂粒径、煤粉粒径、煤粉含量、排采制度等多重因素共同控制煤粉产出量;煤粉容易沉积在支撑裂缝中堵塞支撑剂构建的孔隙,对支撑裂缝导流能力的伤害严重。压裂后有效排出煤粉,可减小堵塞伤害;排采过程中控制流体流速,有利于减少煤粉运移及产出。     

煤粉对支撑裂缝导流能力的影响特征及其防控

针对煤层气井的煤粉伤害问题,运用LD-1A导流能力测试系统模拟了煤层气井变排量、恒排量及间抽过程中煤粉在支撑裂缝中的运移沉积情况,分析了不同流速下煤粉对支撑裂缝导流能力的影响特征及伤害机理。实验表明:煤粉易滞留沉积在支撑裂缝底部严重影响导流能力,导流能力伤害率可达90%以上;在没有煤粉持续进入支撑裂缝的情况下,有效排出煤粉导流能力有增大的趋势;排采制度、煤粉质量含量、煤粉粒径对导流能力的影响特征存在明显差异;煤粉随水运移时对支撑剂窄口的疏通作用和聚集堵塞作用共同影响支撑裂缝导流能力。压裂前期使用小粒径支撑剂,尾追大粒径支撑剂,合理控制排采速度,使排采速度略小于煤粉运移的临界流速,并使用煤粉分散剂,有利于适量排出煤粉减小导流能力伤害。     

水平井分段多簇压裂裂缝扩展数值模拟

目前,非常规储层复杂裂缝扩展数值模拟的裂缝形态多为二维形态,并且将注入地层中的压裂液视为纯液体,但实际压裂液中有支撑剂的存在,导致模拟结果与现场实际结果存在较大差异,难以直接应用于现场优化设计。因此,本文基于三维位移不连续法,考虑压裂液、支撑剂在井筒和水力裂缝中的流动情况,建立了三维分段多簇压裂数值模型,采用Newton-Raphson法求解数值模型,分析了压裂液排量、黏度、砂比和簇间距等工程因素对多裂缝扩展的影响规律。结果表明,高黏度、高排量的压裂容易形成多条宽而短的裂缝,有利于支撑剂运移形成高导流通道,而低黏度和低排量的压裂会形成多条窄而长的裂缝,影响支撑剂的运移和压裂效果。随着砂比的增加裂缝高度逐渐变大、长度变小,此时裂缝中支撑剂分布浓度增大、远端裂缝缝宽变小,裂缝内流体和支撑剂流动受阻会导致砂堵现象;随着簇间距增大,裂缝间应力阴影效应减小,各裂缝更容易独立扩展,当簇间距减小时,中间裂缝扩展受到抑制且缝宽变小。研究结果可为水平井分段多簇压裂优化设计提供理论指导。     

保德区块中低阶煤层压裂施工砂堵原因分析及技术对策

针对保德区块中低阶煤储层压裂过程中容易出现砂堵影响储层改造效果的问题,根据研究区块的地质条件,结合水力压裂时裂缝在煤层中的扩展规律,分析了保德区块煤层水力压裂出现砂堵的4类主要原因,分别为煤储层裂隙相对发育造成压裂液滤失量增加、压裂沟通高渗透性的顶底板、煤储层本身有效厚度大滤失量增大及多层合压造缝不充分。在此基础上,提出了相应的技术对策,使用清洁压裂液、适当提高并稳定施工排量及优化压裂施工设计,为现场的水力压裂施工和提高煤储层改造效果提供重要指导。     

寿阳和柿庄区块煤储层压裂效果及其影响机理分析

通过分析寿阳和柿庄区块携砂液阶段的压力曲线类型,对压裂效果进行了评价,创新性地对携砂液阶段的砂比曲线类型进行了划分,揭示出压力曲线类型与砂比曲线类型之间普遍存在的统计对应关系,以此为基础,考虑地应力类型、煤岩与围岩力学性质及应力差异多因素,分析了煤储层压裂效果影响机理。研究表明:①压力曲线可划分为下降、稳定、上升和波动4种类型,是评价压裂效果的直接依据;②砂比曲线可划分为连续和断续两种类型,发现压力曲线类型与砂比曲线类型之间存在普遍的统计对应关系,其成因机制为:在弱挤压应力井层(正常应力场),在携砂液阶段早期垂直压裂缝扩展路径选择过程中,易出现砂堵,多形成断续型砂比曲线,随后,若满足垂直压裂缝压开顶底板临界条件,则垂直压裂缝垂向扩展压开顶底板,即逐层压开顶底板不同岩性层,易出现波动型压力曲线。若不满足垂直压裂缝压开顶底板临界条件,则垂直压裂缝被限制在煤层内侧向扩展,易出现稳定型、下降型和上升型不同类型的压力曲线;③与柿庄区块相比,寿阳区块出现断续型砂比曲线和波动型压力曲线占比的双高现象,整体压裂效果较差,其根本的地质因素是该区块的应力状态决定多数井层发育压开顶底板的垂直压裂缝,为无效造缝,使得压裂效果不佳;④砂比曲线可作为预警曲线,若砂比曲线为断续型,且压力曲线开始出现上升或波动,预期压裂效果差,可考虑提前终止压裂。     

800m以深直井煤储层压裂特征分析

以沁水盆地800 m以深煤层气井为例,统计归纳了深部煤层地质特征,分析了与之对应的压裂难点;通过统计10口采用活性水压裂技术且产气效果显著提升的深煤层气井的压裂数据,总结了现有技术体系下深煤层直井压裂施工参数特征,分析了导致深部煤层气藏压裂施工中压力异常偏高的因素,提出了深部煤层气藏开发对策。结果表明:深部煤层气藏的高温、高压、高地应力的地质环境、较差的储层物性以及较强的非均质性等特征,使得现有压裂技术体系在适用性和有效性上面临严峻挑战;增产效果较好的深部煤层气直井,普遍采用大液量注入,同时控制砂比在15%左右;压裂时压力异常偏高是受到压裂液性能、地层微裂缝、储层岩性、钻井液污染及煤粉堵塞等因素的影响;未来应对深部煤层气藏的开发,除了要对活性水压裂技术进行优化,还有赖于压裂理论的发展和新型压裂材料的研制。     

煤层气井水力压裂裂缝导流能力实验评价

本文主要围绕煤层气井压裂裂缝导流能力实验评价展开介绍。煤层气井水压裂裂缝导流能力实验表明，与砂岩地层不同，煤层的硬度较小，压裂中支撑剂嵌入情况较严重，导致导流能力降低，加大铺砂浓度能在很大程度上提高煤层裂缝的导流能力。实验中，煤层闭合压力是一个重要的参数，实验对比了在不同闭合压力下，支撑剂颗粒的破碎与嵌入、铺砂浓度、石英砂支撑剂粒径的选择等因素对煤层导流能力的影响。本文所得出的结论对今后煤层气的研究工作及现场施工具有一定的指导意义。