用地面压裂施工资料求取煤岩岩石力学参数的新方法

提出了应用常规的地面压裂施工压力资料求取煤层岩石力学参数的一种新方法.该方法首先由压裂过程中的地面施工压力计算井底压力,再根据煤岩压裂易形成短宽缝的特点,利用改进的KGD模型,结合受压力控制的煤岩压裂滤失模型,确定了与裂缝扩展延伸相应的缝中压力计算公式.     

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。     

煤岩压裂裂缝形态-压力响应实验研究及应用

大量施工数据表明,煤岩压裂施工压力值常高于预测值,且大部分井无明显破裂压力。从物模实验着手,通过实验数据与现场施工数据对比方法,解释上述施工现象。煤层气施工压力是煤岩裂缝扩展在地面的响应结果,与裂缝形态关系密切。调研裂缝形态影响因素并应用物模实验方法,人工起裂多种形态裂缝。起裂实验结果显示:实验裂缝形态主要分为单裂缝、平行多裂缝、相交多裂缝,不同裂缝形态对应的压力曲线形态明显不同。单裂缝起裂时破裂压力明显,且延伸压力接近最小水平主应力;平行多裂缝施工压力曲线平滑,无明显破裂压力;相交多裂缝存在多个破裂压力;多裂缝延伸压力高于单裂缝。根据现场施工压力并结合实验结论,分析柿庄南2口井裂缝形态,并采取措施,取得较好效果。     

煤岩压裂多裂缝风险识别及防治机理研究

为了提高煤层气井压裂施工成功率,并掌握施工压力与裂缝形态之间的响应规律,基于140余口煤层气井压裂施工曲线,分析总结了煤岩压裂具有破裂压力不明显,平均施工压力较高,前置液阶段恒定排量时施工压力不断上升等特点。同时从物模实验、G函数分析、净压力拟合3个方面进行了论证研究,认为多裂缝起裂、延伸是上述特点产生的主要原因。研究结果表明:多裂缝延伸时破裂压力不明显或破裂后压力继续上升,平均实验压力偏高;G函数、净压力拟合分析显示煤岩压裂出现多裂缝现象。基于以上研究,提出可调式多段塞压裂工艺防治多裂缝延伸,施工结果表明该工艺可大幅提高煤层气井压裂的一次施工成功率。     

水力压裂裂缝效果影响因素研究

为使现场煤层气开采效率达到较高水平,利用设计的软件,将水力压裂拟三维数学模型转化为计算机语言。基于完井过程的实时监测数据研究水力压裂过程中滤失参数、杨氏模量、地面排量等重要因素对裂缝长度、高度的影响,通过调节相关参数分析对裂缝缝长和缝高的控制影响,实验结果可有效预知压裂效果,在选取压裂技术方面有着重要的指导意义,可以为煤层气有效开采及开采技术优化提供参考。     

煤层气井地面压裂和井下长钻孔联合抽采技术研究

晋城矿区煤层含气量高、渗透率低,单一的地面或井下抽采效果不理想,为使煤矿安全开采,须结合井下长钻孔部署的局部范围卸压增渗的瓦斯预抽技术,使煤层渗透性得到成倍提高。采用微地震法及电位法等人工裂缝监测技术,对试验井压裂的裂缝形态和有效半径进行了评价,以试验区百米钻孔瓦斯流量、瓦斯浓度等相关参数作为考察对象,分析研究了地面压裂与井下长钻孔施工的时空衔接关系。研究结果表明:试验区地面井压裂影响范围呈椭圆区间,长半轴为120～150 m,短半轴为50～80 m,裂缝形态以水平裂缝为主;压裂影响区内百米钻孔瓦斯流量是压裂区外的1.33～17.50倍,瓦斯体积分数平均提高了35%;地面压裂与井下抽采衔接越紧密抽采效果越好,地面压裂施工后优先施工稳定性较好的煤层顶板钻孔,待压裂裂缝与煤体达到新的动态平衡后再施工顺煤层钻孔;综合考虑抽采效果及井下安全,压裂井井底与已掘巷道、已施工钻孔距离150～200 m为宜。     

压裂过程中储层压力场变化对水力裂缝扩展的影响

非常规油气资源开发过程中,通过水力压裂形成复杂裂缝网络是实现高效开发的关键技术之一,压裂过程中储层压力场的变化对裂缝扩展具有重要影响。本文基于扩展有限元理论,建立耦合损伤-滤失-应力的水力压裂裂缝动态扩展模型,研究储层压力分布对同步压裂和顺序压裂过程中裂缝动态扩展、起裂压力和延伸压力影响,对比了不同储层压力增量条件下水力裂缝偏转程度和压力变化情况。研究结果表明:(1)压裂液滤失诱发的局部孔隙压力增加会引起储层压力场发生变化,使得水力裂缝在延伸过程中的偏转程度增加,同时水力裂缝的延伸压力和起裂压力也会增加,算例显示裂缝的起裂压力和延伸压力将分别增加27.49%和27.58%;(2)对比同步压裂和顺序压裂下裂缝扩展动态,发现采用顺序压裂时裂缝偏转程度更大,且裂缝延伸压力更高。研究成果可为致密砂岩储层的有效开发提供理论依据和技术支持。     

测试压裂分析技术在渤海B油田的应用

测试压裂分析技术是水力压裂施工前获取储层物性参数和分析压裂液性质的手段,是压裂施工顺利进行的技术保证。结合渤海某油田沙河街油藏压裂工程,介绍了测试压裂应用过程和理论基础,并简单介绍几种求取地层闭合压力的数学方法。闭合压力是压裂施工关键参数之一,不同数学计算方法推导出的闭合压力不尽相同,现场压裂工程师要根据实际测试结果选取可靠的数值。压降曲线拟合是在模型中反推出地层关键参数的方法,拟合完毕即得到针对施工地层的压裂模型,在此基础上进行主压裂设计和裂缝预测是较为准确的,以此进行施工也是安全的。     

煤层气抽采地面压裂与井下钻孔衔接时空关系研究

基于晋城矿区所采用“三区”联动抽采模式,结合生产区地面压裂作业与井下钻孔抽采在时间和空间上衔接相对紧密交叉影响大的特点,提出了生产区地面压裂与井下钻孔抽采两种时间衔接模式,即“压裂前后布置井下抽采钻孔”和“井下钻孔滞后地面压裂布置”。通过微地震法和井下钻孔揭露法研究,得出煤层中的裂缝主要为北东向开度较小的水平裂缝,裂缝长158~203 m。根据裂缝展布规律,设计了2种模式的压裂考察方案,通过工程实践,初步确定了地面压裂作业与井下抽采钻孔合理的时间衔接关系,在地面压裂前后布置钻孔抽采,对目标煤层的增透、减小煤层瓦斯异常涌出和煤与瓦斯突出危险性等方面效果明显,井下钻孔滞后地面压裂3个月以内施工,联合抽采效果显著。     

王峰煤矿3#煤顶板水力压裂裂缝扩展模拟研究

针对王峰煤矿3^#煤层瓦斯含量高、煤层碎软的特点,开展了王峰煤矿顶板定向长钻孔水力压裂裂缝发育规律研究,利用FLAC^3D数值模拟分析了顶板水力压裂裂缝扩展演化特征,讨论了压裂孔直径和压裂压力对裂缝发育的影响规律。研究得出:当压裂压力为5~8 MPa时,裂缝首先在水平方向产生,垂直方向上均未产生裂隙;当压裂压力大于10 MPa时,随着压裂压力的增大,裂缝在竖直方向逐渐延伸,且裂缝宽度沿水平方向逐渐扩展;裂缝延伸方向主要沿最大主应力方向,在最大主应力方向上裂缝扩展的增长速度与压裂压力基本呈正相关。相同压裂压力条件下,压裂孔孔径越大,塑性区扩展长度越大,裂缝扩展越大;当压裂压力大于10 MPa后,垂直方向上的裂缝扩展速率大于水平方向,裂缝沿最大主应力方向扩展速度最快。综合得出,王峰煤矿3^#煤的顶板水力压裂的钻孔直径为φ120 mm,压裂压力为10 MPa,可有效地指导工程实践。     

高河矿地面水力压裂裂缝监测及其识别方法

针对高河矿现采用的地面水力压裂工艺,结合煤诸层自身特点,根据微震监测系统监测到的微破裂时空分布规律,对压裂施工过程中采集的数据进行处理,识别压裂作业过程中产生的微震事件。对裂缝井周围产生的压裂裂缝的空间展布和裂缝的延伸进行分析,测量出压裂过程中微震事件产生的长度、高度、裂缝位置等信息。     

地应力与天然裂缝对煤储层破裂压力的影响

以山西晋城矿区为研究对象,运用有限元模拟方法,计算不同地应力条件下煤岩的破裂压力.分析水力压裂过程中地应力、天然裂缝对煤岩破裂压力的影响.无天然裂缝时,破裂压力随3倍最小水平主应力与最大水平主应力的差值增大而线性增大.有天然裂缝时,天然裂缝降低了煤岩的抗张强度,使压裂裂缝的启裂和延伸脱离井筒周围局部地应力的影响,破裂压力随主应力差减少而增大;天然裂缝与最大水平主应力的夹角在30°左右时,破裂压力最小,大于30°时,破裂压力随夹角的增大而增大;破裂压力随垂直于天然裂缝的正应力的增大呈指数形式变大.     

含层理页岩水压致裂特性及对破裂压力的启示

水力压裂是页岩气开发中常用的储层改造技术,破裂压力的准确预测对于现场压裂施工设计至关重要。为探究页岩层理对水力压裂的影响机制,以四川长宁地区黑色页岩为研究对象,对含层理的页岩进行巴西劈裂抗拉强度测试,利用GCTS岩石力学试验机开展不同层理角度下页岩的水压致裂试验,结合X射线CT机和三维扫描仪对页岩的扩展形态及裂缝表面粗糙度进行表征,并对页岩水力压裂的破裂压力进行分析。结果表明：(1)页岩的抗拉强度随层理角度变化呈先减后增的变化趋势,各向异性明显;(2)层理的存在对页岩水力压裂的破裂压力影响较大,不同层理角度条件下页岩水力压裂的破裂压力与抗拉强度的变化规律相似,在30°最小,90°最大;(3)层理面对水力压裂裂缝扩展的影响较小,主要是拉伸破坏产生的单裂缝,裂缝面粗糙度较高且与层理方向无关;(4)通过数值仿真确定了压裂井筒塑性区的存在,解释了试验中观察到异常高的破裂压力,说明水力压裂裂缝起裂后存在一定的临界起裂特征长度,岩石需要经过裂纹孕育阶段才能完全破裂,不同层理角度页岩通过临界起裂特征长度来影响起裂压力,采用新的模型能较好预测页岩水力压裂的破裂压力。研究结果对于了解深部页岩裂缝起裂扩展...     

多段压裂水平井压后评价方法对比研究

裂缝几何参数和压后储层特性是评价压裂施工效果、预测单井产能及采收率的重要指标,为了获得压后裂缝半长、导流能力、储层渗透率等关键参数,文章对微地震成像、施工净压力拟合与生产动态分析三种压后评价方法进行了研究,并通过对苏里格致密气田一口多段压裂水平井进行实例分析,验证了三种压裂评价方法的有效性和局限性。研究结果表明:三种方法均有各自的局限,对实际压裂资料进行综合解释可以减少因依赖某一种评价方法而产生的误差;就共同评价参数"缝长"而言,微地震成像的评价结果往往偏离实际值且过大;施工净压力拟合的评价结果因没有考虑停泵后的裂缝闭合与生产过程中的裂缝失效问题,也偏大于实际值;生产动态分析的评价结果值最小且最准确。     

体积压裂技术在煤层气开采中的适应性研究

体积压裂技术已成功应用于国内外的页岩气开发中,目前国内开始试验性地将此技术应用于煤层气开发中。由于煤岩与页岩特性的不同,研究体积压裂技术在煤层气开采中的适应性,对其在煤层气开采中的应用具有指导意义。从煤岩力学性质、天然裂缝和渗透率3个方面进行了分析研究,得出高杨氏模量、低泊松比、脆性大、天然裂缝发育、低渗的煤层适合进行体积压裂,并对进一步的压裂施工提出建议。     

媒层压裂施工过程中压力分析及应用

本文在搜集整理近几年国内30多个煤层气井层的压裂资料的基础上,分析了煤层气井压裂过程中瞬时停泵压力梯度与所生成裂缝形态的关系;分析了压裂施工曲线与裂缝形成过程中的各种动态特征,为进一步掌握煤层气井压裂施工规律及评价压裂效果提供了重要依据。     

页岩油气与煤层气开发的岩石力学与压裂关键技术

对于塑性较强的页岩与煤层,水力压裂仍然存在一定的技术挑战。介绍了解决这些难点的一些关键技术。原岩应力与孔隙压力控制着水力压裂裂缝扩展与压裂效果。深部孔隙介质岩层与浅部岩层的原岩应力和孔隙压力的特性差异较大。最大、最小水平主应力一个重要的但往往被忽略的特点是具有岩性依赖性,这一特点对岩层的压裂效果至关重要。水平主应力还高度地依赖于孔隙压力的变化,例如孔隙压力的超压造成最小水平主应力增加,而开采后储层的孔隙压力降低造成最小水平主应力减小。这直接影响到水力压裂裂缝的扩展层位与方向,因为最小水平主应力的减小会造成起裂压力大幅度地减小,特别是对于开采了一段时间后需要重新压裂的储层。分析了地层中3种原始应力状态与裂缝形成和扩展的关系,特别是对于强构造应力区如果采用常规压裂技术,水平井并不能显著增产,就此提出了强构造应力区水平井长射孔多层水平压裂方法。另外,页岩储层在油气赋存方面的不均一性,可能导致一些原预计高产的井完井后达不到预期的结果,就此分析了如何寻找高富集的油气区,即"甜点",并介绍了一种提高煤层气压裂效果的间接煤层压裂新方法。     

冲击地压关键层远程区域水力压裂防治技术

针对我国目前冲击地压防治工程人员身处冲击危险区域,无法实现区域先行、超前治理的局面,论文提出了矿井冲击地压关键层远程钻孔水力压裂防治技术。分析了我国冲击地压矿井的地质条件和近几年重大冲击地压灾害的特点,认为华北石炭—二叠系煤田和侏罗系煤田很多冲击地压煤矿煤层上覆地层,普遍发育厚层坚硬的砂岩关键层,能量的释放符合冲击地压形成的“3因素”理论。经论证,关键层脆性强,硬度大,易于压裂,利用水力压裂法解除地应力是合适的;井下长钻孔、地面深孔和地面导斜钻孔的施工技术和钻孔水力压裂技术已成熟,实现远程钻孔水力压裂区域性的防治冲击地压是可行的。工业性试验显示,井下长钻孔顺层分段水力压裂长度可达800 m,水压可达40 MPa,裂缝半径为40 m;地面垂直钻孔分段压裂深度可达3000 m,压裂段高>100 m,压力达80 MPa,裂缝半径为100~200 m;地面导斜钻孔水平顺层段长度达1000 m,压力达80 MPa,裂缝半径为100~150 m;压裂前后煤体应力或支架压力的检测数据对比显示,压裂后的应力较压裂前降低了10 MPa以上,满足区域治理的要求,钻孔远程水力压裂在防治冲击地压上较传统方法具有显著超前优势、区域优势、效率优势、安全优势和环保优势,可以做到冲击地压防治区段的无人化,满足区域先行、超前治理的国家要求。     

煤储层水力压裂破裂压力影响因素数值模拟研究

为提高煤层气井的压裂效率,通过利用ANSYS有限元软件,模拟了煤层气井压裂过程中的降低煤层破裂压力的各种途径和方法,研究建立了套管射孔完井的应力计算模型,并计算了模拟煤岩破裂压力,分析了射孔长度、孔径、煤岩的泊松比与杨氏模量、地层深度等对煤岩破裂压力的影响。模拟结果表明,当射孔长度和射孔孔径分别控制在1 m左右和15 mm左右的情况下,有利于降低煤岩的破裂压力;较低的煤岩泊松比在一定程度上有利于减小破裂压力;煤岩杨氏模量对破裂压力的影响不大;而煤层的深度越大,其破裂压力受水平主应力差的影响越小。     

缝网压裂技术研究及在大庆油田中的应用

面对低渗透油气藏难于开采的问题,提出了缝网压裂技术的原理及施工过程。缝网压裂技术不同于常规压裂,缝网压裂技术的目的就是开启、延伸和沟通天然裂缝,增大裂缝网络的复杂性和比表面积。对于天然裂缝发育的储层,施工时当裂缝内净压力大于水平主应力差值时,可在原始裂缝的基础上形成新的分支裂缝;对于天然裂缝不发育的储层,施工时的裂缝净压力大于水平主应力差值与岩石的抗张强度之和后,可在岩石本体上形成新的分支缝。主裂缝为缝网系统的主干,分支缝可能延伸一定长度之后又回到了原来的裂缝方位,最终形成复杂的网装系统。