不同压裂液对煤层气解吸影响的实验研究

煤层气主要以水力压裂的方式来提高产量,压裂过程中入井液与煤岩的接触对煤层气的生产具有较大的影响。与常规气藏不同,煤层气的产出分为解吸—扩散—渗流三个步骤,仅研究压裂液对储层渗透率的伤害不能完全反应压裂液对煤层气生产能力的伤害程度。本文利用自主研制的煤岩解吸分析实验装置,通过逐级降压测试,实时记录不同阶段下压降与解吸速率、解吸量的关系,评价了不同压裂液及添加剂对煤层气解吸扩散过程的影响。结果表明:液体进入煤基质和微割理中,阻碍了煤层气的解吸和运移;由于各种液体表面张力和润湿性的不同,对煤层气解吸伤害最小的是水源水,伤害最大的是微乳剂溶液;与干煤样解吸相比,在压裂液的作用下煤层气的解吸量主要集中在1 MPa以下,解吸速率随着压力的降低不断增大。     

柿庄北深煤层压裂伤害机理及低伤害压裂液评价

我国煤层气地质资源量达36.81×108m3,仅次于俄罗斯和加拿大,其中1 000~2 000 m的煤层气地质资源量占总资源量的61.2%。深煤层煤层气的开发是今后煤层气开发的必然趋势。水力压裂是深煤层煤层气工业开采的主要增产措施。在分析柿庄北深煤层的工程地质特征时发现,深煤层具有低孔隙度、低渗透率、高变质程度和高含气量的特点,在压裂改造时易受工作液体的伤害。因此,针对煤岩主要的伤害类型,对比分析压裂液伤害前后的煤岩电镜扫描结果,研究深煤层煤岩的伤害机理。通过研究得出,相对浅煤层而言,深煤层主要的伤害是吸附伤害和微粒堵塞。最后,根据深煤层岩心的伤害评价方法,在实验室内分别优选出低伤害活性水和泡沫压裂液两种体系,伤害评价结果显示优选的活性水和泡沫压裂液对深煤层的伤害率相对常规压裂液低,可在一定程度上改善煤层气储层压裂效果。     

生物酶降解压裂液伤害性能

针对煤层气储层温度低、凝胶体系破胶不彻底以及返排困难的难题,探讨了生物酶作为压裂液破胶剂对储层伤害程度。实验选用了生物酶破胶压裂液、过硫酸铵破胶压裂液和模拟煤层水对储层煤样进行伤害,处理后煤样分别进行扫描电镜、气体渗透率和原始煤样气体解吸实验。实验结果表明:生物酶能够对侵入裂隙中的压裂液有效破胶,不影响储层的裂隙发育结构,改善孔隙内气体导流能力,提高储层的气体渗透率;生物酶破胶体系能够显著降低对原始煤样中吸附气自然解吸的影响,气体解吸率达到了95. 65%;生物酶降解产生二氧化碳的速率与破胶程度正相关;低温对酶活性影响较小,60℃内温度升高降解速率增大。可见生物酶作为煤层气开发压裂液破胶剂效果明显。     

压裂液对储层伤害及性能对比

水力压裂是目前国内外煤岩储层增产的主要技术手段.我国煤层气储量居世界第三,并且地下2000 m以内的浅煤层气资源量丰富[1],煤层气属于低压、低渗、低饱和及储层天然特殊性,开采难度相当大,在水力压裂过程中易受到伤害,文总结了压裂液对煤岩的多种伤害因素,并对比4种压裂液性能,认为清洁压裂液效果最好,最后针对压裂液存在的问题,提出相应的可行对策.     

地层水对不同粒径煤岩解吸-扩散影响的实验研究

利用自主研发的入井液煤岩解吸实验装置,测试了四种粒径的干煤样和地层水注入后的解吸规律实验研究。通过逐渐降低解吸压力,研究注水前后不同粒径煤样在不同压力段下的解吸百分比变化。实验结果表明,无论是否注水,煤样粒径越小,解吸量越大。在注水后,粒径越大,解吸量伤害程度越高。根据煤层气的运移机理和煤样结构分析,将不同粒径煤样分为两种尺度的煤样。对于同一尺度下的干煤样,粒径越小,在压力降落初期越容易解吸;注水后,粒径越小,在压力降落初期受到的影响越大。     

压裂液处理对煤岩孔隙结构的影响

煤层气压裂作业中必然发生压裂液与煤层的相互接触,煤岩微裂隙发育和毛管压力高等特点导致压裂液极易侵入煤层对煤岩孔隙结构造成严重损害,进而改变煤岩对煤层气的吸附能力。选取宁武盆地9号煤和现场用压裂液,采用氮气吸附和扫描电镜(SEM)表征压裂液处理前后煤样孔隙结构,探求不同体系压裂液处理对煤岩孔隙结构的影响,开展压裂液处理前后煤样的等温吸附实验。结果表明:压裂液处理后煤样孔径分布、比表面积及孔隙分形维数都将发生变化;压裂液体系对煤样孔隙结构的影响程度为瓜胶压裂液活性水压裂液清洁压裂液;压裂液处理后煤样比表面积与孔隙分形维数增量越大,其对甲烷气体吸附能力越强,煤岩孔隙结构的变化会改变甲烷气体的吸附能力。     

表面活性剂对煤层气压裂伤害研究

 为评价压裂液中表面活性剂对煤层气压裂过程的影响,利用煤岩样品针对阳离子、非离子、阴离子表面活性剂和表面活性剂复配体系,开展膨胀性、润湿性、吸附性能、表面张力、煤岩伤害和煤层气吸附解吸附物理模拟实验。将不同表面活性剂和复配体系的煤岩膨胀高度、接触角、煤粉中吸附形态和吸附量、措施前后表面张力和煤岩渗透率、吸附和解吸附曲线进行对比分析,进而优选表面活性剂体系。研究结果表明：水和表面活性剂溶液对所选煤岩膨胀性影响不大;阳离子可以增加憎水性,非离子保持煤岩水润湿性,阴离子会增加煤岩水润性;非离子表面活性剂有利于扩大煤岩孔隙进而提高煤层气的解吸附作用;双子表面活性剂（GM）为点状吸附,烷基酚聚氧乙烯醚（OP）为平铺吸附,十八烷基三甲基氯化铵（1831）为连体状吸附;双子-烷基酚聚氧乙烯醚（GMOP-4）复配体系措施前后表面张力较低,大幅度降低了GM 的吸附量且对煤层气解吸附过程具有促进作用;GMOP-4 复配体系实现了阳离子表面活性剂在煤层气压裂措施中低成本、高性能的应用。     

新型聚合物压裂液的动态滤失及其对地层伤害规律研究

为研究新型聚合物压裂液滤失及对地层伤害规律,设计了一套压裂液动态滤失及岩心伤害测试装置,研究了剪切速率、滤失压降、岩心渗透率3种因素对压裂液滤失量、滤失系数及岩心伤害率的影响,并与常规胍胶压裂液进行了对比分析。实验结果表明:剪切速率升高时,压裂液滤失系数及总滤失量均升高,岩心伤害率在低剪切速率阶段增幅较大,而在高剪切速率阶段增幅较小;滤失压降升高时,初期压裂液滤失量增加,滤失系数基本不变,岩心伤害率逐渐升高;岩心原始渗透率升高时,初期压裂液滤失量及滤失系数均升高。3种影响因素下新型聚合物压裂液相对于胍胶压裂液均表现出良好的低滤失性及低伤害性。     

适用于煤层气井的潜在酸压裂液研究

据目前的统计资料表明,我国煤层气资源总量约为36.8×1012m3,可采储量为10.9×1012m3,开采潜力巨大。以沁水盆地3#煤层为例,对煤层割理特征、孔缝填充物赋存状态及类型、酸液对煤岩孔缝中的充填物溶蚀情况进行了研究。得出3#煤层主要发育两组割理系统,裂隙多为方解石充填,可通过有机酸酸化解除部分填充物对煤岩孔缝的堵塞。根据煤岩可酸化的性能特征研究出了适用于煤层气井的潜在酸压裂液。实验表明:压裂液p H在1 h后才趋于稳定,3 h时p H可降至最低(1);对煤粉的平均溶蚀率为3.48%,且具有较好的缓速性能;抗剪切性能好,2 h时表观黏度仍高于35 m Pa·s;破胶液对煤心的渗透率伤害率10%。现场应用5口井,施工曲线表明,该潜在酸压裂液能降施工压力,提高施工成功率;微地震监测结果表明,该潜在酸压裂液能够实现储层深度改造。     

清洁压裂液对阜东斜坡区头屯河地层伤害研究

由十八烷基三甲基氯化铵(1831)、水杨酸钠、KCl制备了清洁压裂液,通过流动实验系统评价了清洁压裂液静滤失、动滤失对阜东斜坡区头屯河地层特低渗透砂砾岩岩心渗透率的影响.结果表明,清洁压裂液静滤失对阜东岩心伤害率可达30％左右,动滤失对阜东岩心伤害率很小.进一步通过分析破胶液黏度、润湿反转作用、乳化作用等因素,发现清洁压裂液与岩心的油相发生乳化作用是导致岩心静滤失伤害的主要原因.     

低渗透煤层提高瓦斯采收率技术现状及发展趋势

低渗透煤层压裂对于煤矿瓦斯防治以及降低煤矿事故发生率具有重要意义。详细阐述了四种低渗透煤层压裂技术的作用机理,分析了压裂技术以及压裂效果数值模拟上存在的问题,针对存在的问题,提出未来要研究适应中国煤层气储气特点的高效压裂液、支撑液及配套设施与装备;气体驱替发展应合理解决两种气体的协调关系;数值模拟应综合多种影响因素进行压裂效果模拟分析。     

煤层气井压裂引起的渗透率损伤研究

由于煤层的应力敏感性,在煤层气井的压裂过程中,随着高压流体的持续注入,压裂裂缝的产生势必会对附近的煤层渗透率产生影响。针对煤层气井压裂引起的渗透率损伤问题,通过理论计算的方法,建立了压裂引起的诱导应力与渗透率之间的关系式,通过计算实例,分析了压裂引起的渗透率的损伤特征。研究认为:压裂产生的诱导应力和引起的渗透率损伤均在裂缝两侧呈对称性分布;压裂对裂缝附近煤层渗透率会产生直接的影响,渗透率损伤现象明显;压裂引起的渗透率损伤可能是某些已压裂的煤层气井增产效果不明显的原因之一。     

中煤阶煤层气井排采阶段划分及渗透率变化

煤层渗透率动态变化规律是煤层气开发所面临的重点问题之一。根据无因次产气率划分煤层气井排采阶段,结合等温吸附实验下煤层气的解吸过程确定排采阶段分界点位置。通过物质能量动态平衡理论建立中煤阶煤储层渗透率评价模型,从渗透率变化趋势、主导机制、产能动态等方面,阐释了中煤阶煤层气井不同排采阶段煤储层渗透率动态变化特征与控制机理。结果表明,排采过程中,煤储层绝对渗透率发生“先降低-后回返-再上升”的动态变化。排水阶段水相有效渗透率迅速下降,气相有效渗透率为0。储层压力降低至临界解吸压力后进入产气阶段,气相有效渗透率迅速增加,水相有效渗透率缓慢降低。产气量衰减阶段绝对渗透率开始下降,在滑脱效应影响下,气相有效渗透率仍然保持缓慢上升,水相有效渗透率降低。     

煤层气有限导流压裂井的压力动态分析

针对煤层气产出过程中的降压、解吸、扩散、渗流等特点,应用非稳态解吸模型;研究了煤层气在基质和割理中的单相流动;建立了新的有限导流压裂井评价模型;讨论了裂缝壁面表皮系数、吸附系数、裂缝储容系数和窜流系数对压力动态的影响;分析了煤层气压裂井的压降典型曲线特征和参数估计方法,从而为煤层气藏开发提供了可靠的数据。     

煤岩裂缝渗流能力实验评价及近井地层等效渗透率分析

煤岩裂缝的渗流能力是影响煤层气产能的重要因素.采用API导流仪及岩心驱替装置,模拟煤层气排采过程中煤层有效应力的连续变化,评价裂缝闭合压力逐渐升高、地层压力连续下降以及频繁开关井(间歇性排采)等工况条件下煤岩压裂裂缝的动态导流能力和含天然裂缝煤心的渗透率变化.实验结果表明,提高裂缝闭合压力、降低孔隙流体压力以及频繁开关井等都会降低煤岩裂缝的渗流能力,尤其对压裂裂缝的导流能力影响更为显著.基于此,利用实验数据分别回归了煤岩压裂裂缝导流能力和含天然裂缝煤岩渗透率与有效应力的经验关系式,建立近井煤层等效渗透率计算模型.利用该模型可以根据现场测算的等效渗透率,初步判断煤层压裂裂缝的有效导流能力或缝长,可以为煤层气压裂效果评价、分析排采过程中煤岩裂缝参数的动态变化提供一种新方法.     

低渗透煤层气水两相非线性渗流数学模型及计算分析

 在考虑煤层气的解吸和扩散效应及启动压力梯度的基础上,对低渗透煤层气藏流体输运特性进行分析,建立了低渗透煤层气水两相非线性渗流数学模型,推导出非线性渗流阶段气水两相的控制方程组。通过实例计算表明,液相拟启动压力梯度从0.001MPa/m增加至0.007MPa/m,煤层产气峰值下降约15%;不考虑启动压力梯度时的产气峰值量要比液相拟启动压力梯度为0.001MPa/m的产气峰值提升约7%。因此启动压力梯度的存在阻碍了裂隙中流体的流动,对煤层气开发影响较大。     

流固耦合作用下注气开采煤层气增产规律研究

提高低渗透煤层气产量是我国煤层气开采中急需解决的关键问题,加速煤层甲烷解吸过程的注气增产方法是提高低渗透煤层气产量的有效途径。由于排采降压在孔隙流体压力变化的范围内会引起储层孔隙介质的应力和应变的变化,造成有效渗透率和孔隙度的降低,同时也影响注气和产气的动态参数。研究这些规律,首先建立了注气开采煤层气多组分流体扩散渗流的流固耦合模型,利用数值方法研究了注气开采煤层气的增产机理。研究表明,注入二氧化碳气体不但减少了煤层甲烷的分压．加速了煤层甲烷的解吸;而且二氧化碳气体比甲烷气体更易吸附,竞争吸附置换煤层甲烷分子,从而提高了煤层气产量,同时必须重视耦合作用对注气增产造成的不利影响。     

大倾角储层煤层气多层合采产量控制地质与工程因素

针对大倾角储层煤层气多层合采的特点，以库拜煤田煤层气井的实际排采动态资料为基础，通过分析排采动态典型指标与地质要素和工程要素之间的关系，剖析了库拜煤田大倾角储层多层合采煤层气井产能的控制因素，并用灰色关联分析定量评价了各影响因素的重要性。结果表明：（1）大倾角储层煤层气合层排采产量与单井动用资源丰度、储层压力梯度、煤体结构、临界解吸压力、初始排水速度、压裂效果、初始见气时间具有较好的相关性，但与渗透率、吸附时间相关性较差。储层压力梯度和储层压力是影响该研究区产能的主控因素；（2）新疆库拜煤田大倾角储层靶点压力特征、含气量、渗透率基本处于同一水平，同埋深不同煤层物性非均质性较小，层间干扰作用小，较适合合层排采。论文研究成果可作为大倾角储层煤层气合层排采提供指导。