纳米材料稳定的微泡沫钻井液降低煤层气储层伤害的实验研究

针对我国煤层气储层低孔低压的特点，笔者提出采用纳米材料暂堵技术与可循环微泡沫钻井液相结合的技术思路。通过泡沫钻井液稳定性评价、钻井液性能参数测试与微观形态观测、煤岩膨胀性测试、煤岩滚动回收率评价、原状煤岩气体渗透率测试等方法，对纳米材料稳定的微泡沫钻井液降低煤层气储层伤害的能力进行了评价。结果表明：纳米材料可以提高泡沫钻井液的稳定性；纳米材料稳定的微泡沫钻井液密度（0．7～1．0g／cm3）与黏度指标可控，并且能有效抑制煤岩基质吸水膨胀，可满足低孔低压煤层的钻进要求；纳米材料稳定的微泡沫钻井液可有效封堵低孔低渗煤层，而通过表层切片处理后，煤岩气体渗透率恢复率达72％-96％。综合来看，纳米材料稳定的微泡沫钻井液不仅可以保证煤层稳定，还能降低对煤储层的伤害，适合低孔低压煤层气储层钻进。

超临界CO_2温变对低渗透煤层孔渗变化的实验研究

为解决我国高瓦斯煤层渗透性差导致瓦斯抽采率低的难题,利用超临界二氧化碳强扩散和溶解增透等独特优点,采用自制三轴渗透实验装置,开展不同温度下超临界二氧化碳作用后煤的宏观增透实验,在宏观增透实验基础上进行煤微观扫描成像实验。结果表明:恒定体积应力和孔隙压力条件下,不同温度超临界二氧化碳作用后,煤的渗透率较增透前提高一个数量级,但在二氧化碳的超临界温度范围内,煤的渗透率随温度增加呈负指数变化规律。超临界二氧化碳作用后,煤微观孔隙率较增透前提高两个数量级,随着温度增加,煤微观孔裂隙的演化速率减慢,孔隙率随温度增加呈负指数变化规律。宏微观实验数据同时表明,煤宏观渗透率随微观孔隙率增加而增大。超临界二氧化碳增透过程中,孔隙压力对低渗透煤层的增透效果起主控作用。

超临界CO_2作用时间对煤渗透率和孔隙率的影响规律研究

为研究超临界CO_2作用后煤渗透率和孔隙率的变化规律,在超临界CO_2增透实验基础上进行了微观成像实验,提取煤微观孔隙特征,计算孔隙率,得到了煤孔隙率和渗透率变化的等值线图。结果表明:经超临界CO_2作用后,煤的渗透率较作用前提高了一个数量级,并随超临界CO_2作用时间的延长呈正指数增加,当作用时间为20h时,煤的渗透率较增透前提高了20.2倍;随超临界CO_2作用时间的增加,蜂窝状孔隙逐渐向更为细小的颗粒空间发展,孔隙数量明显增加。增透煤微观孔隙定量结果显示,随着超临界CO_2作用时间的增加,孔隙率等值线密集程度增加,煤各微区孔隙逐渐发育,孔隙率增加,当作用时间增加到20h时,孔隙率较增透前提高了17.20倍。煤的渗透率随孔隙率的增加呈正指数递增,说明宏微观结果是一致的,超临界CO_2增透促进了煤微观结构的有效发育,提高了煤的渗透率。

可控冲击波增透技术在吉宁低孔低渗松软煤层的应用

吉宁煤矿是典型的低透气性煤矿,可控冲击波技术是目前低透气性煤层增透的理想措施之一。适合于该矿的可控冲击波作业点间距、单点作业次数和孔口保留深度等参数尚未解决。针对上述问题,在吉宁煤矿低透气性煤层采帮区和非采帮区开展了可控冲击波增透技术的合理作业参数设计。考虑安全和作业效果因素设计了0~30m和0~40m两种孔口保留深度,考虑冲击波叠加和单孔作业效率影响设计了6m和9m两种作业点间距,考虑煤层物性差距设计了6次、8次和9次三种单点作业次数。试验结果:非采帮区3^(#)增透孔采取冲击点间距9m、单点冲击6次参数施工后钻孔平均抽采纯量最高,非采帮区增透钻孔平均日抽采量提高5倍,采帮区增透钻孔平均日抽采量提高5.9倍;孔口保留深度对增透效果的影响无规律可循;距离增透钻孔60m处的1-2^(#)观测孔抽采量明显高于本组增透孔。结果表明:吉宁煤矿可控冲击波作业参数以9m冲击点间距、6次单点冲击次数最佳;孔口保留深度对增透效果影响无规律可循,根据现场施工经验维持在0~40m较为合适;可控冲击波对吉宁煤矿煤层最大增透影响距离达60m左右。

低透煤层化学改性增透技术研究现状及展望

我国煤储层的赋存特征概括为微孔隙、强吸附、低渗透,这些赋存特征严重抑制了煤层气的开采,在此基础上,储层改造技术被广泛提出。针对低透气性煤层,国内外学者提出水力压裂、水力割缝、预裂爆破等储层增透技术,这些技术均存在增透范围小、裂隙闭合快、水锁效应等问题。有学者提出采用化学方法改造煤层,利用化学试剂改变煤层理化性质继而达到促进煤层气解吸、渗流的目的。化学储层改造方法主要包括煤层酸化、氧化、萃取、电化学处理,酸化增透即通过酸液溶蚀煤中矿物质,从而疏通孔裂隙、增大渗透率;氧化增透则是利用氧化剂腐蚀煤层割理表面或溶解部分煤基质来增加煤层割理孔径;萃取增透则使用有机溶剂提取煤体中的有机小分子,疏通孔隙;电化学处理就是通过电化学反应使得煤结构发生变化、产生气体和煤体温度升高,瓦斯运移通道增大。回顾国内外低透气性煤层化学改性增透技术的研究进展,从酸化、氧化、萃取、电化学处理4个层面深入分析了煤层化学改性的增透机理,阐释了目前化学储层改造技术所面临问题与未来的发展趋势。

低孔隙率难湿润煤层注水工艺及装备的探讨与实践

针对低孔隙难湿润煤层注水的问题,分析了低孔隙难湿润煤层注水机理。选取王家岭煤矿主采2#煤层这一典型的低孔隙率难湿润煤层开展试验,分析了2#煤的可注性,提出了超高压预裂+动压发育+静压可控的注水工艺及装备,在王家岭煤矿20106工作面实现对2#煤层的有效注水,使司机处、采煤机下风侧10 m处及降柱移架过程中总粉尘降尘效率最高达到49.5%、40.4%和59%,取得显著的降尘效果。

水爆致裂技术在低孔隙率坚硬煤层中的应用

综采工作面注水是减少工作面粉尘产生的根本措施,注水效果与裂隙结构、煤的孔隙率及煤层埋藏深度等因素有关。本文介绍了水爆致裂增注技术在低孔隙率坚硬煤层中的应用。在工作面顺槽处打直径为75mm的顺层钻孔、采用直径50mm的抗静电阻燃pvc管连续装药进行预裂爆破,爆破后对钻孔进行裂隙分析和注水试验。结果表明,单孔爆破后裂隙扩展范围达到2~3m,注水流量及总注水量比普通钻孔显著增大。双孔同时爆破时,由于应力波的相互叠加,使应力重新分布,在两孔之间形成相互贯通的径向裂隙和环向裂隙,裂隙扩展范围可达6m,爆破效果优于单孔爆破。

深部煤储层孔隙结构特征及其勘探意义——以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块为例

深部煤层气是煤层气勘探新领域,资源潜力巨大,2021年,鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块(大吉区块)2000 m以深的煤层气勘探开发取得重大突破,吉深6-7平01井初期产气量达10×10^(4)m^(3)/d,揭开了盆地深部煤层气规模勘探开发的序幕。缺少针对性孔隙特征的系统研究,制约了研究区深部煤层气的高效开发。基于岩心和扫描电镜、全直径CT扫描、储集物性测试、CO_(2)低压吸附、N2低压吸附、高压压汞等测试资料,系统分析了大吉区块太原组深部8号煤层的储层特征和孔隙结构,结果表明:①深部8号煤储层形成于潟湖相覆水森林沼泽,煤岩类型以光亮煤和半亮煤为主,有机质热演化程度高(Ro平均为2.81%),割理和裂隙较为发育,但多被次生矿物充填,有效裂缝占比低。②深部8号煤储层储集物性较差,基质孔隙度在3.60%~6.11%,平均为3.65%,基质渗透率在0.001~0.060 mD,平均为0.016 mD,属于特低孔、特低渗储层;孔隙类型以微孔为主,宏孔次之,介孔欠发育;微孔的比表面积占比达99%以上,是吸附态甲烷的主要赋存场所。③与盆地中—浅部8号煤储层和四川盆地龙马溪组页岩储层相比,研究区深部8号煤储层的渗透性更差,这主要是由于有效割理和裂隙较少、孔隙以微孔为主且连通性差。基于研究认识,转变储层改造思路,采用超大规模体积压裂工艺,显著提升了深部8号煤储层的产气量,有效指导了研究区深部煤层气的勘探开发。