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。     

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。     

裂缝参数对煤层气水平井产气流速的影响

针对储层与井身的不同距离,建立不同流动速度的线性-非线性渗流的Darcy-Brinkman流场数学模型,采用数值模拟的方法分析了裂缝半长、裂缝条数、裂缝宽度对煤层气流速的影响规律.研究结果表明:随着裂缝半长、条数、宽度的增加,压裂面积增大,增大了井身与裂隙的接触面积,增加了气体排泄的面积,同时储层压强差梯度增大,促使更多的流体流进井口内,从而使煤层气的流速增加.对于相同地质条件的煤层气藏,裂缝半长、条数、宽度并不是越大越好,通过正交试验得出裂缝参数对压裂井产能影响的重要性依次为裂缝条数、裂缝半长、裂缝宽度.因此合理改变裂缝参数有利于提高煤层气流速,控制压降速率和增大压降范围.     

煤层气井真三轴压裂实验

 为进一步认识煤层气井压裂裂缝起裂和扩展机制,利用真三轴大尺寸水力压裂实验系统,采用取自矿区原煤煤块制作的试样,通过真三轴压裂实验,研究了不同围压组合条件下煤层压裂裂缝的起裂和扩展特征.研究表明:地应力状态和煤层中发育的天然裂隙对压裂裂缝的起裂和扩展有着直接影响.小规模天然裂隙的存在使得裂缝扩展压力出现频繁小幅波动,压裂裂缝在扩展过程中多见路径转向,压裂过程中煤层天然裂隙的大量开启造成压裂液大量滤失直接损耗压裂时的水力载荷,不利于压裂形成高导流能力的水力裂缝.当三向主应力差较小时,煤层压裂产生的裂缝宏观形态更为复杂,可能会同时产生垂直缝和水平缝.     

水力喷射径向水平井技术在煤层气开发中的应用

为了解决煤层气地面钻井中钻井、固井及压裂造成的污染而产生的近井堵塞,采用水力喷射径向水平井技术,打通污染及堵塞带,沟通煤储层的裂缝系统。结果表明:将这一技术引入煤层气开发中,对因近井带污染等因素造成煤储层渗流通道不畅的煤层气井,即可以实现解堵作用,又可以沟通近井带以外的更多微裂隙及裂缝,降低流体流动摩阻,提高通道导流能力,达到气井增产的目的。该项工程工艺技术为煤层气地面钻井开发提供了一项新的增产措施和方法。     

三交地区煤层气井产量的拟合分析

以河东煤田三交区块煤层气井生产资料为基础,利用煤层气地质学和地下水动力学原理对煤层气井的生产曲线进行了拟合分析,并最终确定了两口煤层气井的水文地质参数。利用Ja-cob公式获得了既定水文地质条件下的产气量及产水量的理论曲线。对比分析结果表明,生产曲线和理论曲线拟合较好,用理论模型进行煤层气井的产能预报是可行的;理论产水量及产气量偏低的原因是由于煤层气开采过程中压裂的影响,开采初期压裂增强了煤层的渗流能力,使得实际值大于理论值。     

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.     

间歇注气抽采煤层气井注气量与采收率分析研究

水力压裂煤层、注气提高煤层气采收率等生产工艺过程中,煤层中流体的运动是多相多组分流体的扩散渗流。假定煤层为孔隙裂隙二重介质,孔隙中只存在吸附状态气相,裂隙是气、水共存空间,孔隙与裂隙之间气体的交换量是渗流场中的质量源。试验研究了质量源与时间和煤层结构的关系,测定了吸附置换速率的衰减系数。应用多孔介质中扩散渗流理论,再运用质量连续方程,导出了多相多组分流体的扩散渗流微分方程。忽略占煤层中气体总量百分比很小的游离状态气体在微分方程中随时间变化,从而求出了单井间歇注气抽采煤层气井在注气过程注气量的近似表达式。分析解表明注入气体流量与注入气体压力和煤层气初始压力之差、竞争吸附置换速率成正比;煤层渗透率越大、煤层气和注入气体的混合粘性越小,吸附竞争置换速率越小和注气抽采煤层气效果越差;注气抽采煤层气工艺适合低透气性煤层。     

沁水盆地南部煤层气井生产历史拟合与井网优化研究

以煤储层地质特征和煤层气井生产数据为依据,以沁水盆地南部3口典型压裂直井为例,利用COMET3数值模拟软件对3口煤层气井排采数据进行了反演,确定了煤层气储层的渗透率与含气量等重要的储层参数和工程参数,探讨了煤层气井产能影响因素的敏感性,提供了研究区单井低产能部位煤层气井网部署及优化方案。研究表明：绝对渗透率变化对煤层气单井产能的影响最为显著,相对渗透率曲线形态、含气饱和度与Langumir常数对单井产能的影响依次减弱;井网井距的合理布置可以有效形成区域压降、提高单井产能;研究区低产井周围宜采用煤储层裂隙发     

煤层气井潜在酸联合加砂压裂增产机理及应用

为研究煤层气井潜在酸促进加砂压裂协同增产作业的效果,提高煤层气井采收率,应用扫描电镜分析技术及室内岩心驱替实验的方法,对煤层气储层岩性特征及潜在酸性能进行分析评价,并结合矿场实际效果检验,研究了潜在酸联合加砂压裂增产技术机理及其应用前景。研究表明:煤中含有多种酸溶性碳酸盐矿物主要为方解石(Ca CO3),晶体形态有菱面体、似立方体、柱状、板状等,产状有脉状、薄膜状、分散状等形态存在于煤层中,因此可以考虑采用潜在酸酸化技术改造煤层的孔隙度从而提高煤层的渗透率。以氯化铵和多元醛形成的潜在酸,该潜在酸对煤心矿物具有一定的酸蚀性,既可以起到酸化增加孔隙度的作用而增加储层渗透率,又不会因为酸蚀量大而破坏煤的结构,该潜在酸还可以与煤层气清洁压裂液体系配合使用。从PH1-006X1井和PH1-006X2井的现场应用表明,潜在酸与加砂压裂联合增产技术对煤层压裂效果明显,投产即表现出较高的产量。利用煤层气井储层中的碳酸盐矿物生成潜在酸,联合加砂压裂可以有效的提高采收率,具有良好的应用效果。     

射孔方式对压裂压力及裂缝形态的影响

利用大型真三轴压裂模拟试验系统,通过模拟地层条件,监测压裂过程及其压力情况,观察裂缝的起裂及其延伸形态,进行射孔方式对压裂压力及裂缝形态的影响研究。研究结果表明,在地应力的大小和分布确定的情况下,破裂压力随着射孔角度的增大而升高,随着射孔排数的增加而降低。为有效降低地层破裂压力、提高压裂成功率及效果,射孔方位应选择0°方向,射孔密度在套管强度容许的前提下越大越好;单排射孔形成的裂缝形态较为简单,多排射孔形成的裂缝形态较为复杂,裂缝条数增加且形态各异。     

低渗气藏水平井不同完井方式产能预测研究

根据气藏内气体的流动模型和水平井筒内流体的流动模型,建立了气藏-水平井筒流体流动的耦合模型,该模型充分考虑了气藏内的各向异性和气体的非达西流动.利用拟压力采用非稳态方法求解气藏水平井的产能模型,预测了裸眼完井、射孔完井和压裂完井的水平井气井产能,分析了影响产能的因素,并将其与直井压裂的产能进行了对比.     

煤层气井产气量控制因素分析

结合沁水盆地东北部和顺区块煤层气井排采经验,分别从地质因素（构造位置、陷落柱、断层等）、工程因素（水力压裂的缝高控制、裂缝半长等）和排采因素（排液速度、套压控制、停电停抽等）三个方面探讨了该区块煤层气井产气量的控制因素。研究发现：该区块煤层气井产气量受构造位置的影响较大,与陡坡带的距离和煤层含气量呈现明显的相关性;区块高构造部位水力压裂易出现压开含水层及井间压窜现象;见气时套压的控制与产气量具有一定规律,套压小于0.5 MPa 开井产气,效果最差,套压0.51.0 MPa 开井产气,效果次之,套压大于1.0 MPa 开井产气,效果最好。     

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。     

复杂渗流条件下致密气藏压裂气井分区产能计算方法

致密气藏压裂气井渗流机理复杂,压裂改造区内外渗流机理和影响因素也截然不同,常规的产能计算模型不能准确描述这种存在区域差异的渗流特征,造成最终产能计算误差较大.以气体渗流理论为基础,分析了在致密气藏压裂气井分区域渗流机理,明确了压裂气井不同区域的渗流特征及影响因素.在此基础上建立了复杂渗流条件下的致密气藏压裂气井分区产能计算方法并开展了实例验证.计算结果表明,分区产能计算模型计算产能更加接近气井实际,较现有模型更加准确可靠.     

苏里格东区致密气藏压裂水平井产能影响因素及其优化设计

对苏里格东区某实际致密气藏进行了压裂水平井产能影响因素分析,得到主控因素,并据此完成不同储层条件下压裂水平井参数设计的优化图版.结果表明:地层渗透率越低、各向异性越强,则水平井段和裂缝的最优长度越大,最优压裂裂缝间距越小,且各影响因素对增产效果影响具有相关性.     

玛湖砾岩油藏体积压裂开发后烃气混相驱提高采收率实验

在新疆玛湖致密砾岩油藏采用烃气驱大幅提高采收率技术,面临水平井体积压裂规模开发后,小井距下水力压裂缝网易形成气窜通道,影响气驱波及体积的问题。为研究压裂后水平井井网对烃气驱开发效果的影响,提出了玛湖致密砾岩油藏人工裂缝+基质注烃气驱油模式,基于该模式设计实验模型,利用拼接比例的不同造缝与未造缝全直径岩心模型进行气驱实验,明确压裂缝与基质关系。结果表明：通过烃气驱岩心采收率可达38.26%;全直径岩心造缝比例越高,采收率越低;小规模的压裂可以使采油速度更加平稳,同时可以获得更高的采收率;烃气驱结束后通过吞吐的方式可进一步提高采出程度7.1%。该项实验可以为烃气驱现场试验水平井压裂规模、合理井距及注气速度提供了具有现实指导意义的研究基础。     

页岩气试井技术在分段压裂水平井中的应用

目前已掀起页岩气勘探开发的热潮,针对页岩气的研究主要集中在地质及钻完井,而针对页岩气试井动态方面的研究几乎是空白,研究具一定的先导性。建立了页岩气藏无限导流分段压裂水平井评价模型,讨论了扩散、吸附等参数对压力动态的影响,分析了均质页岩气藏中无限导流分段压裂水平井的压力动态特征,解决了无法确定页岩气藏分段压裂水平井动态参数的难题,形成了均质页岩气藏分段压裂水平井的典型曲线。研究成果可为页岩气藏分段压裂水平井的合理高效开发提供技术支持。     

气测资料判别分析

根据气体进入泥浆及其运移的规律研究出从气测资料中找到一组判别油层的指标,应用Fisher判别分析提出一种先判别油层后判别气层或水层的两步判别法,用此方法对胜利油田110个样品进行了判别分析,判准率在80％以上。     

不同层理方向的煤岩渗透特性研究

焦作矿区的山西组二_1煤层具有厚度大、结构简单、分布稳定等特点,其开采潜力较大。对目标煤层渗透率参数的获取是对水力压裂裂缝预测的先决条件。采用室内试验,对该区块的天然岩芯进行渗透特性研究。结果表明:储层的渗透性较好,有利于水力压裂改造的实施。影响渗透率的主要因素为层理角度、孔隙度、裂纹及微裂缝的发育程度等,其中裂纹和微裂缝的贯通程度对渗透率影响最大,层理角度次之。针对平行层理方向和垂直层理方向上渗透率的较大差异,分别建立了水气渗流的并联和串联阻流模型,揭示了影响渗透特性差异的主要原因为层理构造。本研究可为目标煤层确定合理的开采方式及确定水力裂缝的起裂与扩展规律提供理论支持。