水与超临界CO_2致裂煤体的压裂特征与增渗效果对比

基于无水压裂思想,开展了两种压裂介质(水和超临界CO_2)致裂煤体试验,并在原位条件下测量了压裂前后的渗透率,比较了水与超临界CO_2致裂煤体的压裂特征与增渗效果。结果表明:与水力压裂相比,在同一应力条件下,超临界CO_2压裂煤体的起裂压力更低、压裂曲线波动更小、所形成的裂纹数量更多、裂纹形态更为复杂;与水力压裂相似,超临界CO_2压裂过程中裂纹的起裂和扩展方向受到三维应力状态与弱面(层理面、原生裂隙)的影响。与压裂前相比,在轴压16 MPa、围压10 MPa下煤体经超临界CO_2和水压裂后渗透率分别提高了472倍、34倍,而在轴压12 MPa、围压10 MPa下煤体经超临界CO_2和水压裂后渗透率分别提高了47倍、19倍;这说明在相同应力条件下超临界CO_2压裂的增渗效果比水力压裂的增渗效果更好。     

水平井压裂裸眼井筒完整性分析

井筒完整性不仅关系到油气井安全生产,还影响着水平井水力压裂增产作业效果。水平井裸眼封隔器分段压裂过程中,在高内压和裂缝诱导应力的作用下,裸眼井筒可能发生破坏,造成封割器隔离层段失效和压裂液窜流,影响水平井分段压裂效果。为此,建立了考虑水力裂缝诱导应力作用下的水平井井筒剪切破坏宽度、拉伸裂缝深度的计算模型。利用所建模型分析了裂缝长度、裂缝距离对水平井井筒完整程度的影响规律。分析结果表明,水平井分段压裂过程中,正压裂段容易形成纵向拉伸裂缝,且在靠近裸眼封隔器处裂缝深度较大;已压裂段容易发生剪切破坏,且在靠近裸眼封隔器处剪切破坏程度最大。随着水力裂缝增长,剪切破坏程度和拉伸裂缝深度都逐渐增加。本文所建模型和分析结果可为水平井裸眼分段压裂设计提供理论指导,以提高裸眼封隔器的层段隔离性和分段压裂效果。     

考虑裂缝诱导应力场的水平井裸眼完整性分析

井筒完整性不仅关系到油气井安全生产,还影响着水平井水力压裂增产作业效果。水平井裸眼封隔器分段压裂过程中,在高内压和裂缝诱导应力的作用下,裸眼井筒可能发生破坏,造成封割器隔离层段失效和压裂液窜流,影响水平井分段压裂效果。为此,建立了考虑水力裂缝诱导应力作用下的水平井井筒剪切破坏宽度、拉伸裂缝深度的计算模型。利用所建模型分析了裂缝长度、裂缝距离对水平井井筒破坏程度的影响规律。分析结果表明,水平井分段压裂过程中,正压裂段容易形成纵向拉伸裂缝,且在靠近裸眼封隔器处裂缝深度较大;已压裂段容易发生剪切破坏,且在靠近裸眼封隔器处剪切破坏程度最大。随着水力裂缝增长,剪切破坏程度和拉伸裂缝深度都逐渐增加。所建模型和分析结果可为水平井裸眼分段压裂设计提供理论指导,以提高裸眼封隔器的层段隔离性和分段压裂效果。     

陆相页岩油储层水力压裂裂缝形态的试验

水力压裂技术是在页岩油气藏中建立人工裂缝网络的一种重要方法,但由于各储层地质条件的差异性以及页岩具有的强非均质性,使得水力压裂裂缝形态十分复杂.为了了解长7陆相页岩油储层页岩水力压裂裂缝网络的形成机理,将室内真三轴水力压裂试验与基于计算机断层扫描的3D可视化模型相结合,初步探讨了水平应力差异系数、压裂液黏度和天然不连续面对岩样水力压裂裂缝形态的影响.结果 表明:页岩水力压裂裂缝形态按照复杂程度可以分为三类,即单一裂缝,鱼骨状裂缝和网状裂缝;低水平应力差异系数和低黏度压裂液有利于形成复杂的裂缝网络,较为合理的条件为水平应力差异系数为0 ～0.53,且压裂液黏度为0～17.1 mPa·s,在此条件下易形成鱼骨状裂缝或网状裂缝;此外,平行于层理面的天然不连续面有利于形成复杂裂缝网络,但是过多的天然不连续面开启是不利于主水力裂缝的形成和扩展.     

井下低频水力脉动压裂机理与应用

针对岩石疲劳损伤特性,基于井下低频水力脉动载荷下岩石的疲劳损伤敏感参数和相关脉动传播衰减研究,确定了井下低频水力脉动压裂的合理参数范围。基于理论计算和模拟试验测试,设计了一种安全可靠、能适配水力压裂施工设计、输出参数值在优化范围的井下低频水力脉动发生装置。现场应用表明,采用该新技术后施工压力显著降低,施工安全可靠;对比同平台丛式井组邻井,增产效果明显。     

圆柱形页岩试样水力压裂模拟试验分析

为了分析不同注射孔位置对页岩水力压裂的影响效果,介绍了实验室内圆柱形试验系统和方法。通过选取不同注射孔分布的井筒对圆柱形页岩样品进行水力压裂试验,探寻注射孔对水力压裂的影响情况。结果表明:层面对裂纹发育、转向有重要的影响,是裂纹网络化形成的有利因素,试验说明层面是压裂液流动的水力路径;射孔布置对于裂纹发育有一定的作用,多方向射孔布置可以引起复杂裂纹的发育;在泵压作用下试样内部发生剪切或拉伸破坏,在试验中拉伸裂纹较多;水压曲线曲线呈多次波动,对应裂纹的发育过程,其峰值压力约在20MPa左右。     

页岩气储层水力压裂机理研究

水平井分段压裂技术是现阶段页岩气成功开发的关键技术,并逐渐形成了一系列以实现"体积改造"为目的的页岩气压裂技术,其"体积改造"的理念颠覆了经典水力压裂理论,是现代非常规储层压裂理论发展的基础。到目前为止,页岩气储层水力压裂缝网形成与扩展机理等基础理论还不完善;通过室内大型真三轴水力压裂物理模拟实验,在室内模拟出含裂缝的页岩地层,研究了裂缝性地层水力压裂过程中天然裂缝对水力裂缝扩展的影响;并分析了水力裂缝在该类型地层中的扩展模式及其影响因素。     

穿层钻孔水力压裂增透技术试验研究

张集煤矿13-1煤为深埋高地应力松软低透煤层,瓦斯预抽时间长且残余瓦斯含量超标,为提高煤层透气性,提高瓦斯抽采效率,采用理论分析、现场试验的方法对低透气性煤层水力压裂增透理论及技术进行了研究。研究结果表明:试验区域经水力压裂后,煤体瓦斯压力由原始煤体瓦斯压力1.05MPa降低至0.5MPa,煤层透气性系数提高了6.17倍,水力压裂影响半径沿倾向35m、沿走向50m,且目标区域煤层瓦斯预抽达标时间相比未压裂时缩短了35.8%,穿层钻孔水力压裂起到很好的增透增流效应。     

定向水力压裂技术研究与应用

针对煤矿井下实施水力压裂措施后增透方向不确定导致应力集中的问题,提出了定向孔定向水力压裂技术.介绍了定向水力压裂的必要性及当前研究现状,分析了定向孔定向作用机理,确定了定向孔的布置位置、间距等参数.利用数值模拟软件验证了定向孔的导向控制效果.分析结果表明:在压裂孔连心线上布置定向孔.定向孔与压裂孔间距为3～4m时,定向孔起到了辅助自由面的作用,对压裂产生的裂隙具有导向和加速扩展的作用.定向孔诱导裂隙从压裂孔周围向定向孔方向发展,进而促使压裂孔之间实现贯通,消除了应力集中,达到了整体卸压增透的效果.现场实施穿层定向水力压裂后,工作面瓦斯突出危险性指标q值、S值减小,变化幅度降低,掘进速度提高了69％,实现了安全生产.     

天然裂缝群与地应力差作用下水力裂缝扩展试验

通过室内真三轴水力压裂试验,研究裂缝性储层中天然裂缝群与地应力差的组合作用对水力裂缝扩展的影响。采用内含大量随机天然裂缝的300 mm×300 mm×600 mm人工试件模拟裂缝性储层,改变地应力差、天然裂缝尺度以及压裂液排量与黏度条件,分析水力裂缝形态与地应力差、天然裂缝尺度的关系。根据水力裂缝复杂程度将其分为体积裂缝、分支裂缝和单一裂缝3类。结果表明:天然裂缝尺度越大、地应力差越小,水力裂缝形态越复杂;对含天然裂缝群的储层,当地应力差大于8 MPa时,压裂不会产生体积裂缝;当地应力差大于14 MPa时,天然裂缝群对水力裂缝形态不会产生影响,形成单一裂缝;水力裂缝的非稳态扩展易受到天然裂缝群的影响,从而有利于产生缝网结构。     

阜新盆地刘家区煤层气储层特征及产出特点

在阜新盆地刘家区构造演区及构造特征，煤层发育特征，煤的化学成分及排采试验资料的分析基础上，对研究区煤层气含量，煤的吸附性，煤层渗透率，煤储层压力，临界解吸压力，煤体,层气产出特点进行了综合研究，认为研究区煤层分布广，厚度大，丰度高，煤的吸附能力强；埋深与辉绿岩侵入体是控制煤层气含量的主要因素，成煤后期构造运动是影响储层渗透率的关键因素，煤层气开发有利区应在向斜翼部和岩墙，岩体附近变质程度高的煤区。     

煤矿瓦斯固化防突及低浓度瓦斯固化分离新技术

为防治煤矿瓦斯突出事故和分离低浓度瓦斯,研究了瓦斯水合机理,设计了可视化实验装置及3组含煤表面活性剂溶液系统（T40、T80、T40/T80）,依据瓦斯水合物的生成过程以及3种组分瓦斯气样在不同实验体系中水合化分离情况,采用色谱分析法,计算了CH4分离提纯浓度。结果表明：瓦斯气体在含煤表面活性剂溶液中生成较快;存在记忆效应的条件下,诱导时间可缩短至47min,生成速率可达2.33×10-5m3/h;CH4的体积分数分别为26%、39.8%和58.98%的三种气样,经一级瓦斯水合化分离后,CH4的体积分数可提高到40.6%、60.41%和80.41%。研究结果证实了利用水合机理防治煤矿瓦斯事故和分离低浓度瓦斯技术的可行性。     

煤炭开采技术创新展望

煤炭开采业目前是以井工开采固体形态的原煤产品为主。近阶段世界各主要采煤国正在加大对煤层气开采的研究和试验 ,煤层气开采有望成为煤炭采掘业的重要组成部分。煤炭地下气化目前尚处于试验研究阶段 ,如果取得技术上的突破 ,煤炭采掘业中 ,洁净的气体产品比重将大幅度提高     

煤层含气量测定技术应用探讨

借助煤层气井开发的多年经验,初步探讨了煤层含气量测定中所遇到的问题。从气含量测定、煤层气成分分析、煤质工业分析等三方面出发,阐述了探区煤层气开发前需进行的各项气含量分析工作,为煤层气大面积开发提供重要技术数据,并可进行有利选区、优化井型设计。     

阜新王营井田浅成气的成藏与岩浆活动

王营井田是产气率较低，裂隙又很不发育的长焰煤井田，但该井田却很有成为很具有开发价值的煤成气田。本文从该井田的地质特征－成煤期后有剧烈的岩浆活动这一现象出发，依据井下瓦斯突出及矿井抽放瓦斯的实际资料，同时运用煤成气的生成、储藏、运移理论，科学分析了该井田能产出大量煤成气的原因－即岩墙、岩床不但提高了长焰煤的产气率，而且也造就了煤成气的储运场所和运移通道。从而得出了岩浆活动是促成浅产质煤能成为可资开发的煤成气田的重要因素这一结论。     

对阜新煤田刘家区影响煤层气地质因素的分析

刘家区具有丰冒的煤炭资源和较高的煤层气含量，因此被列为煤层气开发的重点靶区。根据刘家区煤层气勘探与开发的实际，论述了有关地质因素对煤层气开发的影响。认为在诸多的地质因素中，岩浆岩、地质构造、水文地质、围岩是主要地质因素。对岩浆岩特征、地质构造特征、水文地质特征、围岩特征以及对煤层气的影响作了叙述。     

不同瓦斯压力条件下的煤与瓦斯突出模拟实验

为探讨瓦斯压力在煤与瓦斯突出过程中的作用机制,利用自主研制的煤与瓦斯突出模拟试验台和同一种煤样,在煤样成型压力、煤样含水率、受力状况等参数均恒定的情况下,分别进行了5种不同瓦斯压力水平下的煤与瓦斯突出模拟实验。结果表明,煤与瓦斯突出可形成口小腹大的呈梨形或椭圆形的突出孔洞,且突出孔洞容积仅为突出煤体积的1/2～2/3;在瓦斯压力方面存在一个使煤与瓦斯突出发生与否的阀值,高于此阀值时,瓦斯压力愈大则突出强度亦愈大,且瓦斯压力作为突出发生的动力同时也对突出煤粉有一定的粉碎和抛出作用;煤样温度呈先升高后降低并连续变化的趋势,利用温度变化梯度可进行煤与瓦斯突出预测预报。     

KJ99瓦斯监测监控系统在寺河矿选煤厂的应用

针对寺河矿井下煤体瓦斯含量高、煤炭释放瓦斯及瓦斯积聚的特点,介绍了KJ99瓦斯监测监控系统,分析了KJ99瓦斯监测监控系统的应用效果。     

突出煤的电磁响应特征研究

应用ΔＰ仪和电磁场发生仪构成的实验系统，研究了结构破坏严重的突出煤在电磁场作用下的影响特征。结果表明，电磁场作用下煤的初始瓦斯放散速度有明显的变化，突出煤的变化幅度远大于非突出煤。根据煤屑瓦斯放散理论，分析了实验现象的机理，应用突出煤体电磁响应特征，提出了关于突出机理和突出防治的新见解。     

注入增产法提高煤层气采收率的理论探讨

美国Amoco公司开发的注入增产法是一项很有前途的提高煤层气采收率的方法,为此笔者在研究煤对二元气体吸附特征的基础上,探讨了注入增产法的基本原理。结果表明,煤对常见气体的吸附能力由强到弱为：二氧化碳、甲烷、氮气、氢气;煤对二元混合气体总的吸附及对甲烷的吸附均符合Langmiur方程,但在ＣＨ４＋Ｈ２或ＣＨ４＋Ｎ２的吸附系统中,对Ｈ２或Ｎ２吸附时吸附量与压力之间不遵从此关系式,而在ＣＨ４＋ＣＯ２吸附系统中,煤对ＣＯ２的吸附量和压力之间的关系仍可用Langmuir方程定量描述;注入增产法提高煤层瓦斯抽放率是通过注入其它气体使煤对甲烷的吸附量减小来实现的,且注入Ｎ２优于ＣＯ２。