煤炭地下气化试验综述与产业化发展建议

在实现碳达峰碳中和(“双碳”)目标和保障国家能源安全的双重需求驱动下,我国煤炭地下气化(UCG)迎来了新的历史发展机遇期。为科学制定技术攻关路线、加快产业化发展,按时间顺序梳理了煤炭地下气化试验历程,将其分为矿井式气化、直井/定向井气化、水平井气化3个发展阶段,探究了不同阶段推动气化技术革新的底层逻辑,从技术和非技术2个方面分析了未能产业化的原因并提出产业化发展建议。研究表明:(1)水平井+可控注入点后退气化工艺不仅能够有效规避浅层气化在地表沉降、淡水污染方面的风险,而且在扩大煤炭纵向开发范围、提高单井控煤量、提升粗煤气品质、保障连续气化方面具有优势,是当前和今后一个时期的主流技术路线。(2)我国是现场试验时间最长的国家,长期处于矿井式气化阶段,虽然我国中深层煤炭地下气化攻关试验刚起步,但是由于该技术攻关难度大、技术成熟度低,主要富煤国家在技术研发上基本属于同一起跑线,有希望成为我国钻井式气化技术弯道超车的新赛道。(3)技术适用性不强是造成矿井式、直井式气化产业化困难的主要技术原因,技术成熟度较低是制约水平井气化产业化的主要技术原因,长期稳产高产问题尚未得到彻底解决。(4)常规天然气低成本开发和页岩气革命的冲击,民众对浅层气化诱发环境污染的担忧,政府对煤炭地下气化的政策转向,是导致国外试验终止的主要非技术原因;发展规划长期空白、科研试验主体相对单一、科研投入不足、产业扶持政策未出台、联合创新机制未建立是阻碍我国气化产业化的非技术原因。提出我国UCG产业化建议:新时期要充分认识煤炭地下气化技术的复杂性和挑战性,按照“干成”“干好”两个维度,破解“长期稳产”和“高产优产”两个核心问题,通过同步推进科研攻关和现场试验不断提高技术成熟度,在生产端采用“先物理采气后化学气化”的梯级开发方式避免与煤层气开发竞争,在利用端积极探索与油气、新能源、煤化工融合发展模式以提高经济效益。作为一种“人造气藏”的颠覆性开发方式,煤炭地下气化攻关成功后能为其他矿产资源的流态化开发提供技术借鉴,助推我国化石能源非常规开发技术实现新跨越。

水力喷射分层压裂技术研究与应用

水力喷射压裂是集射孔、压裂、隔离一体化的新型增产改造技术,适用于低渗透油藏直井、水平井的增产改造,是低渗透油藏压裂增产的一种有效方法。依据水力喷砂分段压裂的技术特点开展了水力喷砂分层压裂优化设计,重点对水力喷砂射孔喷嘴个数与直径、磨料浓度与射孔时间、油管与环空排量等参数及以高速剪切后粘度恢复能力强和携砂性能好为目标对压裂液体系进行了优化,并成功在吐哈油田三塘湖区块应用15井次,增产效果显著。在此基础上,进行了该技术的适应性和局限性分析,为吐哈油田下一步自主广泛开展水力喷射分层压裂奠定良好的技术基础,对提高低渗透油气藏增产改造效果具有指导意义。

裂缝性储层缝网压裂技术研究及应用

裂缝性储层压裂井生产能力主要受主裂缝沟通的天然裂缝系统控制区域的大小影响。裂缝性储层压裂改造后,短期产量来自高导流能力的主裂缝,长期产量则主要来自天然裂缝网络。常规压裂以抑制天然裂缝扩展形成主裂缝为主,其控制的渗流区域较为有限,这与压裂增产形成矛盾。因此,要提高压裂井改造效果,需要保证压裂形成的裂缝形态为网络裂缝,沟通更大的渗流区域和更远的裂缝作用距离,充分发挥主裂缝和天然裂缝网络的增产优势。在研究水力压裂裂缝网络形成条件的基础上,对缝网压裂的关键参数进行了分析研究。现场应用结果表明,缝网压裂的增产效果远远高于常规压裂。

惰性组分对异丁烯齐聚反应的影响

以正已烷为惰性组分 ,利用高压反应釜实验装置研究了不同惰性组分添加量对异丁烯齐聚反应的影响 ,得到了惰性组分对异丁烯齐聚反应转化率、产物分布。

红台低压气藏用压裂液生物酶破胶剂的性能与现场试验

为解决红台区块低压、低孔、低渗砂岩气藏压裂改造施工中压裂液破胶返排困难、残渣含量高对地层的伤害问题,对酶博士生物酶的破胶机理与酶活性的影响因素进行了探讨,并开展了生物酶破胶剂技术研究。研究结果表明：生物酶对红台区块泡沫增能压裂液具有适应性、配伍性好的特点,生物酶破胶剂可以在pH 6~10、40~90℃条件下使用,在pH=7、温度为80℃时活性最高;在泡沫增能压裂液体系中加入20 mg/L的生物酶破胶剂,压裂液快速破胶返排,破胶液黏度低于3 mPa.s,残渣含量254 mg/L,与未加生物酶相比降低幅度达63%,从而可提高压裂后地层的渗透率与导流能力。该技术应用于红台区块低压气藏,增产效果显著,取得了较好的经济效益。

西峡沟浅层稠油油藏活性水压裂试验

西峡沟区块低温低压浅层稠油油藏因存在压裂液快速破胶困难、地质疏松支撑剂嵌入比较严重、压后压裂液返排动力不足等因素,使得压裂增产面临诸多难题。针对上述难题进行了技术研究,现场试验了低伤害的活性水压裂液,压裂工艺采用高前置液低砂比加砂压裂工艺技术。该技术应用于西峡沟区块稠油油藏,增产效果显著,为该区块浅层稠油的开采提供了新的经济有效的技术手段。

压裂液伤害研究

从压裂液角度出发,结合油藏和工艺对压裂液伤害类型进行较为全面的分类及描述,分析油田在不同开发时期压裂后压裂液伤害的变化趋势,并提出相应的措施及控制方法。

薄层压裂技术研究与应用

随着油田进入中高含水期开发,油田产量递减加剧,开发的对象由物性较好的储层逐步向薄、差储层转变。结合薄层特点,分析了影响薄层压裂的关键因素,通过优化压裂施工工艺,形成了一套成熟的薄层压裂技术体系。现场应用表明,薄层压裂的成功率和增产效果明显提高,经济和社会效益显著。

弱交联压裂液在浅层油气田的应用

勒3区块等低效油田,油藏埋深浅、温度低,为降低伤害,研制出弱交联压裂液体系,加快了破胶速度,有效降低了残渣及滤饼引起的裂缝伤害。同时,明显降低了压裂液成本,现场应用取得了较好的效果。

有机硼体系在薄层压裂中的应用

储隔层应力差较大的薄层压裂过程中,缝高、缝宽相对于厚层变小。在相同排量下,压裂液在薄层裂缝中流动剪切速率高,粘度低。有机硼体系既能有效提高裂缝中压裂液粘度,还可有效降低井筒及孔眼摩阻,在吐哈油田得到了较好的应用。

电潜泵举升工艺新进展

近年来,为了推动电潜泵举升工艺的进步,以BakerHughes公司和Schlumberg公司为代表的各大石油公司推出了一系列新技术和新装备,包括:可替代有杆泵的低排量高效电潜泵;适用于高含气油井的大排量气体分离器;工作温度达260℃的耐高温电潜泵;可实时连续测量井下多项参数的SmartGuard电泵测试系统和Phoenix井下监测装置;可优化电泵系统和提高油井产量的电潜泵监测及自动化系统;现场应用效果良好的双电潜泵举升技术。本文对以上7项新技术做了简要介绍。

吐哈油田牛东区块火成岩地应力研究及应用

地应力是储层压裂改造非常重要的参数,直接影响到压裂设计和施工。目前主要是利用区块已压裂井资料,或者小型压裂测试来判断地应力大小。小型压裂测试求取地应力最准确,但投入费用高。因此,该文从牛东区块利用已压裂井测井资料入手,通过岩石机械特性参数计算,对实际应力资料进行校正,得出了该区块地应力预测方法,该方法已被现场应用,取得较好效果。

巴喀区块致密砂岩气藏压裂改造技术与现场试验

巴喀下侏罗统气藏具有埋藏深、高温、高压和岩性致密的地质特点,单井自然产能极低,绝大多数气井都需经过压裂改造才能获得工业产量。该文根据气藏特征,分析了压裂改造技术的难点,探索出了高温降阻延迟交联压裂液体系与大排量、大规模、中高前置液、中高砂比、组合粒径加砂的压裂工艺技术,该技术体系应用于巴喀区块致密气藏取得了显著的增产效果和较好的经济效益。