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...     

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。     

砂煤互层水力裂缝穿层扩展机理

临兴地区含煤岩系地层纵向互层发育煤层、致密砂岩层产层组,当砂煤薄层组合开发时,受界面胶结性质、地应力差、压裂选层、煤层厚度、施工参数等因素的影响,难以判断裂缝是否垂向穿层。为了分析砂煤互层水力压裂裂缝穿层扩展规律,通过选取砂煤天然露头岩样进行交错组合,利用大尺寸真三轴水力压裂系统开展了砂煤产层组组合的物理模拟实验,研究了压裂选层、层间胶结强度、煤层厚度、胶液和活性水对水力裂缝穿层扩展的影响。实验结果表明:在煤岩中起裂时,受煤岩层理和自身天然裂缝的影响,裂缝在扩展过程中,容易发生转向,使得裂缝形态复杂多样,不利于裂缝穿层;在砂岩层中起裂时,砂岩中水力裂缝形态简单,形成水力主缝,容易穿层扩展;当界面胶结强度较弱时,裂缝扩展至砂煤界面,容易发生转向,沿界面扩展,形成水平裂缝;煤层越厚越容易耗散水力能量,使得水力裂缝难以穿层扩展;胶液的造缝能力优于活性水,但其对储层伤害较重,压裂液类型的选取需根据现场压裂所需进行甄选。     

煤岩复合体水力压裂裂缝穿层扩展实验研究

为进一步研究煤岩复合体水力压裂过程中裂缝的穿层扩展规律,开展了真三轴煤岩复合体水力压裂实验,通过改变应力差、压裂管的布置方向及注水点位置来比较裂缝的扩展效果和起裂难度。研究结果表明：水压裂缝的扩展方向受制于最大主应力,当最大水平主应力与最大垂直应力接近时,裂缝沿应力的合力方向扩展;应力差的增大有利于水压裂缝的穿层扩展,且穿层后的扩展距离增大,而对初始起裂压力和时间的影响较小;裂缝由岩层扩展进入煤层后,压裂压力会出现骤降与二次抬升,多数声发射事件位于煤层;若穿层失败,压力表现为持续波动。此外,在岩层中以垂直于交界面的方向布置压裂管,注水起裂点设在岩层中起裂难度较低,且穿层扩展后在煤层中形成的裂缝渗流通道较为完整,为工程中煤层增渗与顶板致裂卸压的应用提供理论基础。     

煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化

研究区块煤层气藏储层渗透率极低,使用水平井分段压裂技术有利于煤层气的开发。针对不同裂缝参数对水平井产能的影响,进行数值模拟研究,并优选出最佳的裂缝组合形式。首先,结合研究区块的地质特征,采用双孔模型进一步证明了压裂的必要性,并在此基础上,优选出最佳的裂缝参数组合形式为:1 500 m水平段上压裂15段,共45条主裂缝,裂缝间距为33 m,裂缝半长为350 m,导流能力为100 mD·m。该研究思路及方法对煤层气藏水平井的分段压裂具有指导意义。     

煤层气压裂裂缝起裂扩展规律研究

我国煤层气资源丰富,裂缝系统复杂。根据常规水力压裂经验进行的地层改造效果时好时坏,难以解释。因此迫切需要对煤层气水力压裂机理进行研究,深入认识煤层气压裂裂缝起裂和扩展规律。在前人研究成果基础上,系统分析了煤岩压裂的主要影响因素及影响规律,研究了目前煤层气压裂裂缝起裂扩展规律的研究进展及存在的主要问题,并对煤层气压裂理论研究的发展方向提出建议。     

郑庄煤层气井体积压裂裂缝扩展特征研究

为了有效指导煤层气井体积压裂工程,合理评价体积压裂施工效果,将微地震破裂扫描技术应用于煤层气井体积压裂。通过微地震破裂能量扫描技术监测体积压裂裂缝的分布,结合压裂施工曲线,分析体积压裂裂缝扩展空间和时间特征。以沁水盆地郑庄地区为例,该地区垂直井体积压裂过程显示,破裂不一定严格地随着压裂液推进而在时空上连续发展,可能时间是间歇的,空间上是跳跃的。能量密集区域的集合,连接成线、片、网才是压裂的整体影响面积,即水力压裂扩展的有效区域。与同层位普通压裂的垂直井对比显示,液量大小决定着缝网的有效破裂面积和沟通程度,但压裂液量的大小并没有明显影响裂缝的主长度。     

焦坪矿区煤层气井压裂裂缝扩展规律研究

介绍了井温测试、地面微地震法和动态导体充电法监测煤层水力压裂裂缝的基本原理,并通过采用上述3种方法对焦坪矿区煤层气井压裂裂缝进行监测,初步获取了煤层压裂裂缝的形态参数,通过分析发现:焦坪矿区煤层压裂空间展布显现出不等长垂直缝,压裂裂缝上下扩展明显,均穿越了煤层的顶底板,主裂缝延伸方位为北东向,建议生产井在长度方向上延主裂缝方向进行布置,井间距在400m左右为宜,在宽度方向上在140m左右为宜。     

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。     

煤层气储层水力压裂裂缝扩展模型分析及应用

以往对于水力压裂裂缝扩展模型的研究,主要集中在砂泥岩储层,而对煤储层的研究较少。以沁水盆地安泽区块煤层气储层为例,建立了水力压裂裂缝扩展模型并对该模型的现场应用进行了研究。首先通过煤储层水力压裂裂缝形态的分析,选取相应的裂缝模型;然后运用滤失经典理论并结合煤储层应力敏感性特征,提出了动态滤失系数计算方法,进而建立了裂缝扩展数学模型并对影响缝长的主要因素进行了评价;最后,应用模型对煤层气井的裂缝几何参数进行计算,并与现场裂缝监测数据比较,提出了模型适用的地质条件。研究结果表明:安泽地区煤储层水力压裂以形成垂直缝为主;考虑煤储层应力敏感性后,研究区综合滤失系数从3.36 mm/min1/2增大到4.24 mm/min1/2,在影响缝长的诸多参数中,排量、滤失系数和压裂时间是最主要的3个因素;模型计算缝长和裂缝监测数据吻合较好,但模型应用也有一定的限制条件,适用于水力压裂不压开煤层顶底板,以及天然裂缝发育较少的煤储层。     

水平井压裂机理研究进展

介绍了国内外在水平井压裂理论和试验的研究进展,主要包括水平井在裸眼完井和射孔完井下,水力压裂裂缝起裂、裂缝延伸基础理论研究,指出了目前研究中的不足,并对未来的研究方向进行了分析和展望。     

煤层气体积压裂水平井压力特征分析

基于煤层的地质特征,推导了煤层气的非稳态扩散方程,建立了体积压裂水平井井底压力数学模型。通过拉普拉斯变换,引入Lord Kelvin点源解和泊松叠加原理,对数学模型进行了求解,获得了煤层气体积压裂水平井井底压力的瞬时点源函数基本解。根据井底压力特征曲线将非线性流动划分为8个阶段,并分析了水平井长度等参数对不同流动阶段的影响。     

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。     

基于多裂缝扩展形态的水平井压裂施工参数优化

为研究多簇压裂裂缝扩展的实际形态对水平井产能预测的影响,进而科学指导压裂施工设计,基于位移不连续法(DDM)研究了布缝间距和布缝数量2个因素对多裂缝扩展形态、流量分配的影响,并采用CMG数值模拟软件结合吉林油田H区块的实际地质参数,建立了单水平井压裂均质模型,基于产能最大化,优选出最佳的压裂施工参数。结果表明,随着簇数增加,进液量百分比极差和裂缝长度极差先增大,后略微减小;当进行4簇射孔压裂时,裂缝2、3的进液量百分比和缝宽都过小;簇间距对多裂缝扩展均匀程度有着重要影响。为了保证多裂缝扩展均匀程度更高,在实际压裂施工中应采用较大的簇间距。在H区块地层参数条件下,最优裂缝簇数为3簇,最佳簇间距为40 m,最优裂缝半长为120 m,最佳裂缝导流能力为10μm²·cm。该区块适合使用黏度30 MPa·s、排量6 m³/min的压裂液进行压裂。     

穿层钻孔水力压裂裂缝平面起裂扩展方向的力学分析及应用

低渗透煤层井下水力压裂过程中存在着诸多因素的影响,使得穿层钻孔起裂扩展方向难以确定。在考虑煤岩层物理力学性质及地应力等因素的情况下,通过理论推导并结合数值模拟手段,对钻孔周围的应力状态进行了分析,结果表明:钻孔的起裂扩展方向与y方向应力、x方向应力的比值k有关,当k1时,裂缝在x方向上起裂;当k=1时,裂缝的起裂会失去方向性;当k1时,裂缝在y方向上起裂。研究结果可为煤矿井下压裂孔的布置提供理论指导。     

煤层气储层压裂负效应作用机理

储层压裂是煤层气工程中提高采收率的主要措施之一,但同时受压裂液侵入和煤粉的影响会对储层造成伤害,从而抑制了煤岩储层渗透率的有效提高。基于孔隙压力变化对煤岩应力状态改变的力学分析,研究分析了压裂过程中压裂液对裂隙面附近煤岩的作用机理;通过煤岩应力状态变化的研究,确定了煤层气压裂过程引起裂隙面附近煤岩发生不同破坏特征的破坏模式;并根据压裂对煤层气工程产生的负效应,进一步给出了煤层气排采过程中的降压速率上限值确定方法。研究分析表明,压裂对煤层气储层改造具有明显的两面性,对煤层气的长期高效排采具有很大的局限性,必须严格控制压裂施工工艺及排采降压规律,才能达到有效提高排采效率的目的。     

煤层气分段压裂水平井产能主控因素研究

多段压裂水平井是非常规天然气开发的重要技术,但水平井多段压裂投入成本较高,不合理的布井和不合理的压裂施工方案都可能导致煤层气井无法产生经济效益.因此,为了降低煤层气多段压裂水平井投资风险,文章采用数值模拟的方法对影响煤层气多段压裂水平井产能的地质因素和工程因素分别进行正交试验.研究结果表明:影响煤层气多段压裂水平井产能...     

煤层气水平井油管拖动分段喷砂压裂工艺实践

文章提出了"分段喷砂压裂"的技术思路,针对筛管完井的水平井,通过单喷枪和双封隔器拖动分段造穴工艺,能够在水平段形成多个洞穴,并将煤渣煤屑返排出地面,地层应力得到了有效释放,为单井增产提供基础。针对套管完井的L型水平井,通过油管拖动分段喷砂压裂工艺,能够在增大储层改造面积的同时,保证主支与分支的联通,很好的改善储层渗透性。     

煤层气水平井钻井过程储层损害机理

以山西沁水盆地山西组3号煤层为研究对象,对羽状水平井钻井过程可能发生损害煤储层因素如钻井液固相、水敏损害、应力敏感性、毛细现象、结垢和聚合物堵塞等进行了实验研究。结果表明,山西沁水盆地3号煤层孔隙度和渗透率均较低,煤层黏土矿物含量较高,水敏损害、结垢、钻井液固相侵入和聚合物堵塞是水平井钻井过程中造成煤储层损害的主要因素。使用合适矿化度、密度和具有防垢功能的钻井液以及可解除的钻井液处理剂是煤层气水平井钻井过程保护煤储层的有效措施。     

煤矿井下水力压裂裂缝扩展分析

水力压裂作为一种改造储层渗透性工艺,通过向储层注入高压液体,在储层中形成一定规模的裂缝,通过沟通储层内部裂隙,提高储层渗透性。然而水力压裂中裂缝的劈开和延伸方向受到多方面的影响,储层所受到应力大小和方向、储层的地质构造、力学性质及其中的原始裂隙发育情况等都不同程度地影响裂缝的开启与扩展。通过对前人工作进行总结、分析,找到影响裂缝扩展的主要因素,为压裂钻孔的布置提供指导。