煤层低伤害氮气泡沫压裂液研究

随着煤层气开发规模不断扩大,在煤层压裂增产过程中压裂液滤失量高、地层伤害严重、返排困难且压裂效果差等问题不断凸显。结合煤层气储层物性,研制低伤害氮气泡沫压裂液体系,即0.5%YSJ杀菌剂+1%FP-1复合起泡剂+2%KCl防膨剂+N2。对该氮气泡沫压裂液体系进行滤失试验和分散试验研究。结果表明:该泡沫压裂液体系起泡及稳泡性能良好,耐剪切能力强,携砂能力强;泡沫和气液两相滤饼的封堵作用可以明显降低压裂液的滤失量,并且氮气可以增强压裂液的返排能力;压裂液体系中的表面活性剂可以降低煤粉与水相的界面张力,提高压裂液对煤粉的分散能力;相对于常规压裂液体系,氮气泡沫压裂液体系对煤层气岩心的伤害较小。     

煤储层特征及压裂液对其伤害机理分析

由于煤层气储层的自身特性,使其必须经过增产改造措施,才能产生商业气流。水力压裂是日前国内外煤层气井增产的主要技术手段。本文首先阐述了煤储层孔、裂隙特征,并在此基础上对压裂液对煤层的伤害机理进行了分析。     

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.     

耐高温低伤害压裂液配方优化评价研究

东海低孔渗气田具有埋藏深、温度高、低孔低渗的特征,加之海上压裂施工工艺,要求东海气藏压裂液应具有耐高温、耐剪切、低伤害、高温延迟交联、破胶快及易返排等特性。因此,研究在对稠化剂、交联剂、温度稳定剂以及破胶剂等优选的基础上,通过实验优选出适合此区块的压裂液体系;并对其性能进行评价。研究结果表明,优化后的压裂液耐温耐性能好,适用于160℃的地层,剪切稳定性强,高温延迟交联剂的使用提高了交联性能,施工摩阻低;配伍性强,对储层伤害率低;破胶性能能够满足海上压裂施工的需要。该体系在海上160℃储层压裂施工中得到成功应用,保证了海上压裂施工的顺利进行。     

低伤害小分子瓜尔胶压裂液性能研究

华北油田致密储层属于低孔低渗储层,需要压裂改造才能投产,但储层厚度小,孔吼半径小,在压裂过程中应特别关注入井流体对储层的伤害问题。提出采用分子量为常规瓜尔胶一半的小分子瓜尔胶作为压裂液的稠化剂的方法,以降低压裂液高分子稠化剂对储层孔吼的堵塞的伤害,提高改造效果。优选了与小分子瓜尔胶匹配的分散剂、助排剂、黏土稳定剂,形成了适应华北油田致密储层的低伤害小分子瓜尔胶压裂液体系。该压裂液体系可以在5 min内完全溶胀;该压裂液体系在130℃温度下剪切2 h后,黏度保持在80 m Pa·s以上,满足携砂的要求;压裂液体系在90℃可在90 min内完全破胶,破胶液粒径小于10μm;对华北油田致密岩心伤害率小于16%,残渣含量小于10%,对支撑剂导流带的伤害小于15%。可满足华北油田致密储层的压裂要求。     

低伤害多羟基醇压裂液体系研究

针对长庆油气田超低渗透的储层特点,从减少稠化剂集团在储层中的滞留、降低压裂液对储层的基质渗透率和支撑裂缝的伤害出发,开发出一种新型低伤害、低成本的低聚合多羟基醇水基压裂液体系.该压裂液体系以低聚合多羟基醇为稠化剂,有机硼为交联剂,合成了一种释酸剂作破胶剂.通过室内实验确定了压裂液的最佳配方:低聚合多羟基醇质量分数为2.0%、交联剂质量分数为0.8%、pH值调节剂质量分数为0.16%,并对其性能进行了评价.评价结果表明,该压裂液体系具有很好的流变性和抗剪切性,滤失量小,破胶彻底和残渣低等优良性能,对储层伤害小于常规胍胶压裂液.因此,该压裂液体系具有很好的应用前景.     

水基压裂液的储层伤害机理实验研究

运用核磁共振技术从微观角度系统分析了水基压裂液对储层的不同伤害机理。结合常规流动实验,提出了一套评价压裂液对储层伤害的综合性实验方法,建立了每种伤害机理与伤害程度间的对应关系。实验研究结果表明,压裂液渗入岩心后均会不同程度地造成岩心内束缚水增加、可动水滞留以及固相大分子物质的吸附,从而引起储层渗透率降低,并且对于不同渗透性岩心其伤害规律大不相同,较低渗透率岩心的伤害率比较高渗透率岩心的伤害率普遍要大。     

致密砂岩气藏纳米封堵型低伤害压裂液研究

针对常规胍胶压裂液对致密砂岩气藏伤害大的难题,通过分子结构设计和正交实验,研制了一种纳米封堵型低伤害压裂液,在致密气藏压裂施工中能封堵部分压裂液于储层基质外,施工后液体能快速返排,从而有效降低稠化剂分子的滞留吸附与液相伤害。该压裂液在35～140℃、170 s^-1条件下剪切120 min,终黏度大于80 mPa.s:能彻底破胶,残渣含量低,破胶液表面张力为25.91 mN/m,对致密砂岩岩芯伤害率低于15%,封堵性能及其他综合性能满足现场施工要求。该压裂液在ZJ125井现场应用,效果良好,施工后液体返排快,返排率高达75.94%,比邻井提高47%,天然气产量1.647 5×10⁴ m³/d,是邻井JS316HF井产量的两倍,显示了其在致密砂岩气藏中良好的低滞留特性。     

低孔低渗气藏高效低伤害压裂液研究

根据延长气田低孔低渗的特点,研究了一种能够适应该储层的高效低伤害压裂液。通过对压裂液各个组分的配比的研究优化出此压裂液的最佳配比,并进一步研究了此压裂液的抗剪切性能、携砂性能、破胶性能以及对地层的伤害性,发现本压裂液有着强稳定能力、流变性强,携砂能力强,破胶快及低伤害等特点,现场进行5口井的压裂施工试验,结果证明对延长油田低孔低渗气藏有较好的压裂增产效果。     

低渗透气藏压裂储层伤害机理研究

通过地层水、无稠化剂压裂液、破胶液三种流体在岩心上进行滤失实验,研究不同液体滤失进入岩心后对储层渗透率伤害程度以及在不同返排压力下,储层渗透率恢复能力.研究结果表明致密气藏压裂过程中含水饱和度增加引起的气相渗透率的降低是储层伤害的主要机理,破胶液中悬浮微粒的存在,在一定程度上影响储层的渗流能力.返排实验表明增加产生压差,能部分地恢复储层的渗流能力,但是远远不能恢复到原始渗流能力.     

低透气煤层水力压裂裂纹的扩展规律

获取低透性煤层的合理水力压裂影响区和压裂孔布置方式,对瓦斯有效抽采、灾害预防尤为重要。采用岩石破裂失稳RFPA2D渗流系统,建立数值模型,分析低透性煤层水力压裂钻孔周边裂纹的扩展规律。结果表明：钻孔左侧水平向起裂并向内部延伸,右侧起裂裂纹与水平向呈45°且向煤体内部延伸,最终主破裂方向转变为30°,煤层破裂形态呈现蝴蝶形;随着步中步的增加,声发射事件逐渐增多,孔隙水压力分布呈现强弱强弱态。随着水压力不断增大,裂纹区、裂隙区、塑性区和弹性区也在不断改变,变化趋势整体形态呈现椭圆形。该研究为低透性煤层水压增透钻孔合理布置提供了参考依据。     

二氧化碳压裂液对煤体力学特性影响的试验研究

为了研究二氧化碳压裂液对煤体力学特性的影响规律,以陕北典型侏罗纪煤层为研究对象,利用自主研发的煤岩体多场多相耦合压裂试验系统,开展不同二氧化碳压裂液、不同条件(时间、温度和浸泡压力)下的煤体浸泡试验,通过单轴压缩与巴西劈裂力学测试,分析二氧化碳压裂液对煤体力学特性的影响规律,同时结合X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对煤体的微观测试,分析二氧化碳压裂液与煤体的相互作用机制。结果表明:二氧化碳压裂液浸泡后煤体的峰值强度、弹性模量、抗拉强度与软化系数均出现不同程度的下降;二氧化碳压裂液作用煤体过程中,煤体的峰值强度、弹性模量与软化系数受温度、浸泡压力影响较大,且对煤体强度弱化幅度超过30%;在二氧化碳压裂液作用下,一方面改变煤体颗粒骨架与孔隙结构,另一方面改变煤体中的矿物组分,降低矿物颗粒间的联结力,从而弱化煤体的力学特性。研究成果为低渗硬厚煤层二氧化碳耦合压裂参数设计优化提供参考。     

煤层倾角变化对采动覆岩变形规律影响的相似模拟试验研究

为研究工作面开采后顶板变形破坏随煤层倾角变化的规律,以南桐矿区不同倾角的同一煤层开采为工程研究背景,分别选取缓倾斜、倾斜、急倾斜三种煤层倾角进行煤层开采顶板变形破坏规律的相似模拟试验。对相似模型开挖前后图像进行数字散斑相关法处理,得到相似模型煤层开采后顶板覆岩位移及平面总应变等值线云图。通过综合分析顶板位移及平面总应变可知：上覆岩层变形的破坏程度总体上是随煤层倾角的增加呈减小趋势,其下沉剧烈区域和膨胀变形破坏剧烈区域呈逐渐向工作面上山方向发展的趋势;根据顶板位移云图和平面总应变云图中的等值线极值区域特征,确定了缓倾斜、倾斜煤层开采垮落带、裂隙带高度和偏心程度等参数,并根据"压力拱"理论确定了急倾斜煤层开采裂隙带范围;随煤层倾角增大"两带"高度总体上呈减小趋势,且"两带"偏心方向呈向上山方向增加的趋势。     

赵各庄矿井高倾斜煤层深部开采矿井涌水量预测研究

赵各庄矿井13水平西翼第8号石门区域的3839工作面是一个典型的近百年开采的高倾斜煤层深部开采区。为预测3839工作面涌水量,首先分析了其上部9-13水平近30年的开采面积、降水量、奥灰水位、开采深度等因素与矿井涌水量的相关性;其次,筛选出了老空积水量、降水量、奥灰水位变幅和开采深度等影响因素;最后,通过建立多元线性回归分析预测模型(方程),并利用2012年涌水量数据对预测模型进行验证,发现该预测模型与2012年实测数据相关性很高。进而对2013年的3839工作面涌水量进行了预测,得到的结果与已有的比拟法、解析法预测结果均较接近。说明该模型涌水量预测可行,但未证明该模型具有普遍适用性。     

缓斜厚煤层采煤工艺及设备的选择方法

论述了缓倾斜、倾斜厚煤层采煤工艺及设备方案的合理选择过程、方法。以地质条件评价为基础,运用采矿专家知识及经验确定可行方案集,建立了评价体系,用计算机模拟、模糊评判及多目标评价等手段得到各方案的评价效果指标,排出各方案的优劣顺序。整个评选过程已编制成计算机软件,便于应用     

Influence of liquid water on coalbed methane adsorption:An experimental research on coal reservoirs in the south of Qinshui Basin

Using Isothermal Adsorption/Desorption System Model IS-100 and Electrohydraulic Servo Rock System Model MTS815 as the main apparatuses and collecting samples from the major coal reservoirs in the south of Qinshui Basin, a hot point region of coalbed methane exploration, the paper carries out systematical comparisons of the isothermal adsorption experimental data for injection water coal samples, equilibrium moisture samples and dry coal samples, probes and establishes an experimental method of injection water coal sample preparation and isothermal experiment to simulate real reservoir conditions, and then summaries the experimental regulations and discusses the mechanism of liquid water influencing coal methane adsorption. Results of the experiment indicate that: The Langmuir volume of injection water coal samples is notably larger than that of equilibrium moisture samples, as well as larger than or equivalent to that of dry coal samples; the Langmuir pressure of injection water coal samples is the highest, the next is equilibrium moisture samples, while the dry samples is the lowest, of which the experimental results of injection water samples to simulate real reservoir conditions are more close to the fact. Under the conditions of in-position reservoirs, liquid water in coals has evident influence on methane adsorption ability of coal matrix, which can increase the adsorbability of coal and make the adsorption regulation fit to Langmuir model better. Its major reason is the increase of wetting coal matrix adsorbability. The above experimental results overthrow the conventional cognition that liquid water has no influence on coalbed methane adsorption, which may lead to an improvement of the coalbed methane isothermal adsorption experimental method and of the reliability of coalbed methane resource evaluation and prediction.     

基于AE的深部复变环境下急斜特厚煤层开采动力失稳分析

华亭煤矿5#煤是赋存在深部的急斜特厚煤层,其开采扰动极其频繁,最大主应力与最小主应力相差较大,开采过程中频繁出现动力失稳并诱致衍生灾害.基于声发射的煤岩动力失稳行为实验与现场相关测试的比较,综合分析了复杂变化环境下煤岩在不同的动态拉伸比能、压缩变形阻力和剪切应力作用下的失稳声发射能率和总事件等定量规律.     

陕北中低温煤焦油在超临界甲醇中轻质化探索研究

在间歇式高压反应釜中,采用超临界甲醇对陕北中低温煤焦油进行提取处理,并对产物进行分离,通过单因素以及正交试验考察甲醇添加量、压力、温度和搅拌速率等反应条件对轻质油收率的影响。实验结果表明：甲醇添加量对萃取结果影响最大,其次是压力;温度及搅拌转速对抽提结果的影响较小,最后得到陕北中低温煤焦油在超临界甲醇中轻质化的最佳条件为：甲醇与中低温煤焦油体积比10:1,压力9 MPa,温度250℃,超声转速30 r/min,轻油收率为78.9%。通过探索煤焦油在超临界状态下轻质化过程,有利于煤焦油进一步开发和利用。