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。     

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。     

碎软煤层顶板岩层水平井大尺寸穿层压裂物理模拟试验研究

基于煤层顶板岩层水平井分段压裂开发煤层气的技术设想,通过构建表征煤层顶板水平井压裂相似物理模型,开展了多组围岩条件下的大尺寸真三轴压裂物理模拟试验,研究顶板水平井裂缝的扩展特征,并着重对裂缝垂向扩展穿层进入煤层的可能性进行研究,试验结果显示置于煤层顶板岩石中的水平井,在布置合理的与煤层顶界的垂距和一定的施工排量条件下,裂缝均能向下穿层扩展沟通煤层,这为煤层顶板岩层水平井分段压裂开发煤层气技术的可行性提供了试验佐证,并对煤层顶板水平井层位的优选具有一定的指导意义。     

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...     

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。     

构造煤煤层气压裂方式及机制探讨

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。     

碎软煤层顶板水平井穿层压裂裂缝扩展规律及敏感因素分析

顶板水平井是实现碎软煤层煤层气高效抽采的有效技术途径,穿层压裂是决定顶板水平井成败的关键工程手段,对顶板水平井穿层压裂裂缝扩展行为的深刻理解是穿层压裂方案优化设计的基础。通过交叉偶极子声波测井解释得到碎软煤层及其顶板岩石力学组合特征,建立基于岩石力学强度的“顶板-煤层”胶结物理模型,开展顶板水平井穿层压裂物理模拟试验,研究顶板水平井穿层压裂裂缝扩展规律及穿层压裂效果的敏感性因素。结果表明：水平井位置、注入排量、射孔方式及垂向与水平应力差是影响顶板水平井穿层压裂裂缝扩展形态的4个重要因素。穿层压裂效果随水平井与煤层间距和注入排量的增加而减弱,随垂直与水平应力差的增大而增强,定向射孔具有诱导裂缝向煤层扩展延伸、提高穿层压裂效果的作用。穿层压裂效果对垂向与水平应力差因素最敏感,定向射孔和注入排量影响因素次之,对水平井与煤层距离的敏感性最低。研究结果可为碎软煤层顶板水平井穿层压裂参数优化设计及效果评价提供依据。     

贵州新田矿区顶板L型水平井煤层气抽采技术

针对碎软煤层瓦斯灾害频发、瓦斯抽采困难、顺煤层水平井钻进困难的问题,在借鉴“虚拟储层”思路和页岩气开发技术的基础上,以新田矿区9号煤层为对象,研究分析了煤层顶板L型水平井分段压裂抽采技术。通过目标区及目标层位优选、井身结构优化、井眼轨迹精准控制技术、多簇定向射孔分段压裂精确优化工艺技术及排采作业精细控制技术,形成了煤层顶板L型水平井煤层气高效抽采技术体系。结合工程实践,顶板L型水平井在新田矿区取得了产能突破,最高日产气量达到了5 334 m³/d,并获得了长期稳产高产的试验结果。顶板L型水平井分段压裂高效抽采技术的成功应用,为具有类似地质条件的高突矿井煤层气抽采及煤矿区瓦斯治理提供了技术方向引领。     

和顺横岭区块深部煤层气井压裂工艺研究及应用

为了勘探开发和顺横岭区块的深部煤层气,研究适用于深部煤层气井开发的压裂工艺,采用了水力喷砂射流压裂、连续油管底封拖动压裂、"水力喷砂射孔+大排量复合压裂"和"段内多簇定向射孔+桥塞联作分段压裂"技术对和顺横岭区块的深部煤层气井进行压裂作业,压裂结果和生产试采效果证明:"段内多簇定向射孔+桥塞联作分段压裂"成功率高,施工排量大、段与段之间封闭性好和作业效率高,通过采用"密切割"改造方式,储层改造体积提升明显,裂缝与储层的接触面积较大,储层向裂缝和井筒的供液和供气能力较强,可作为深部煤层气水平井的主要压裂方式。     

晋城矿区深部煤储层分段压裂水平井技术研究

深部煤储层采用地面煤层气垂直压裂井开发工艺,单井采气量低、抽采时间长,导致设计生产周期结束后仍然无法达到煤矿开拓指标。为评估深部煤储层潜在经济价值,开展煤储层抽采效果和解吸半径的研究,形成了目前抽采效果最佳的分段压裂水平井工艺解决方案;并采用财务净现值、盈亏平衡等财务方法对项目方案进行经济评价。分析评价结果表明,在同等大小、地质类似区域用7口分段压裂水平井组替代40口垂直井后,垂直井原产量2×104 m3/d,水平井组可增加至5.32×104 m3/d,项目开始盈利,同时可有效加速煤层气(煤矿瓦斯)抽采速率,提升煤矿安全和经济效益。     

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...     

煤层气垂直压裂井在彬长大佛寺井田的应用

介绍了彬长大佛寺井田首次应用垂直压裂井开采煤层气。在钻井过程中采用低固相钻井液及变密度固井的方式,减小了对煤储层的伤害;压裂时采用以套管注入、高排量、活性水携砂为主的清水压裂配套工艺技术,能够满足该区煤层气井储层改造的要求;并在排采中尝试将液面降至煤层顶板位置生产,取得了理想的效果。     

双煤层多分支水平井煤层气开采技术研究及应用

针对常规直井煤层气开采过程中的煤层泄压解吸面积低、压裂增产规模有限、压裂液对煤储层存在不同程度的损伤、抽采效率低等问题,结合柳林地区地质特征,提出了双煤层多分支水平井煤层气开采方式。分析了多分支水平井增产原理,认为通过增大煤层解吸暴露面积,提高气体导流能力,促进微裂缝动态发育,增加煤层气运移通道等方式,可以提高煤层气抽采效率。在柳林地区开展了工程应用,结果表明:与常规直井相比,通过双煤层多分支煤层气开采技术应用,研究区最高日产气量提高了5.18～9.0倍,日均产气量提高了6.27～10.19倍。     

深部煤层气水力波及压裂工艺研究及应用

针对深煤层压裂中存在的难题,对影响裂缝延伸的因素进行分析,并提出深煤层煤层气水力波及压裂工艺技术,在裂缝中产生更高的净压力,形成高效的复杂裂缝网络;同时,针对深煤层的煤粉发育等特征,在设计中引入"大排量、大前置液量和低砂比"的思路。现场数据显示,采用水力波及压裂工艺的井组排采效果明显,平均产量较其他井大幅提升。     

煤层气井水力压裂有效消突边界物理模型

针对低渗煤储层煤层气井水力压裂裂缝扩展范围和消突边界确定问题,以潞安矿区煤层气井为例,采用微地震裂缝实时监测数据、有限元地应力模拟技术及井下瓦斯抽采参数,对煤层气井水力压裂范围、裂缝几何形态、压裂前后地应力分布进行研究,建立了压裂裂缝扩展和消突边界物理模型,划分了菱形井网消突范围。结果表明:研究区裂缝类型属于PKN型,压裂区呈近似椭圆形,主裂缝沿最大水平主应力方向延伸,区内划分出铺砂区、最终解吸区、裂缝区、渗透区、气涌区等5边界;压裂区四周应力沿σ_H,σ_h分别升高19%和7%,区内下降15.5%和9.5%,地应力模拟结果与压裂边界物理模型相吻合;在排采达标情况下,有效消突边界小于压裂边界,与支撑剂铺置边界一致,有效消突边界之外存在突出危险区,菱形井网采用200 m×125 m布置方式更有利于井下对应区瓦斯防治。     

煤层气体积压裂水平井产能分析

由于煤储层地质特征和割理发育,压裂形成的人工裂缝多为缝网结构,常规的产能方程不适合煤层气体积压裂水平井产能分析,因此将煤层水平井增产改造物理模型假设为两区复合模型:裂缝波及区考虑为一个渗透率显著改善等效区域,裂缝未波及区渗透率极低;从渗流力学基本原理出发,利用儒柯夫斯基变换,借鉴Joshi对水平井产量公式研究思路,推导出煤层气体积压裂井产能公式,分析影响煤层气体积压裂水平井产能的主控因素,为准确预测煤层气体积压裂水平井产能提供技术指导。     

煤储层破裂压力对压裂改造的影响与工程应用

我国煤储层渗透率普遍较低,低渗储层直接进行地面煤层气开发的效益较低,而水力压裂是增加煤储层渗透率和导流能力的有效手段。通过对沁水盆地PN-1井、PN-2井的测井参数进行分析,掌握煤储层的岩石力学特征,为煤储层水力压裂参数优化提供指导。结果表明：2口井的测井数据反演的煤层具有低泊松比、低杨氏模量、低强度、低破裂压力的特点;通过在前置液阶段控制施工排量及施工压力、提高阶段液量,可以有效避免压裂裂缝沿煤层顶底板之间的层间界面延伸及扩展至煤层顶底板;测井数据反演的PN-1井煤层破裂压力与实际压裂施工的破裂压力较接近,误差仅为3.01%,对压裂施工参数优化的指导意义较高;PN-2井煤层破裂压力略低于顶底板岩层的破裂压力,压裂初期的施工排量偏高,导致施工压力达到顶底板的破裂压力,压裂裂缝在顶底板之间延伸形成单一裂缝,改造效果及产气效果均较差。     

煤岩特征及其对煤层气勘探开发的影响

煤岩特征分析有助于了解煤储层物性优势、优选富集高渗区域与评价单井开发潜力。基于黔西五轮山矿区煤岩和测井资料,采用地质理论与工程实践分析相结合等方法,研究了煤岩与测井响应特征,探讨了其与煤层气勘探开发的关系。结果表明,6-3,9,16号煤层机械强度可能相对于其它煤层较好,但16号煤层整体发育了碎粒煤—糜棱煤结构,显著降低了煤体结构强度及渗透性。采用直井压裂开发方案时,可选择3,5-3,6-3,8,16号等5个煤层分层射孔压裂,有利于排采增效。5号和8号煤层相对施工水平井较为有利,但单一薄煤层水平井作业可能提高产能有限,因此,煤层气井型选择应优先选择直井开发模式。16号煤层不利于水平井工程稳定性,如采用直井开采,应避开其构造煤分层。     

基于扩展有限元双井水力压裂裂缝扩展及缝间干扰研究

水平井分段压裂是开发非常规油气藏的有效手段,为研究2口水平井压裂过程中缝间干扰对裂缝扩展的影响,基于扩展有限元法,在考虑裂缝流动及压裂液滤失情况下,分析不同压裂液排量、裂缝间距及2口井间距条件下,缝间干扰对裂缝缝宽、缝长和扩展方向的影响。研究结果表明,在2口井同时压裂的情况下,2条裂缝彼此靠近的一端延伸距离小于靠近边界的一端,且延伸时发生相互吸引。压裂液排量的增加不仅利于裂缝延伸,还能引发裂缝尖端偏转;裂缝间距和井间距越小,裂缝扩展时彼此靠近的一端越易发生偏转,且裂缝缝长受限。研究通过对比压裂液排量、裂缝间距2两口井间距对缝间干扰的影响,可为现场压裂方案设计提供理论指导。