鄂尔多斯盆地东缘深煤层用一体化变黏压裂液研究及应用

结合深煤层大规模压裂开发工艺要求,研发了一套一体化变黏压裂液体系,该压裂液体系由乳液稠化剂、多功能添加剂等组成,可通过调整乳液稠化剂的浓度实时调整为低黏-中黏-高黏滑溜水体系。实验测试表明,该压裂液体系在速溶、增黏、降阻、耐剪切性等方面表现优异:速溶时间20~30 s;在剪切速率为1 s^(-1)→1000 s^(-1)→1 s^(-1)下表观黏度基本不变;流动剪切下降阻率>70%且变化不大。此外,该体系具有较低的表面张力和较好的防膨性能,表现为对煤岩具有较小的岩心伤害率。配合体积改造压裂工艺,在在鄂尔多斯盆地深煤层压裂开发中得到规模化应用,增产效果良好。

可变粘压裂液研究及在深煤层中应用

针对深煤层压裂开发需要,研发一套可变粘压裂液体系,通过粘度、降阻率、表面张力、界面张力等指标优选构建了低粘-中粘-高粘滑溜水体系,并对体系滤失性能、破胶性能和岩心伤害性能进行了评价。实验结果表明:随着体系粘度增加,降阻率先增加后降低;高粘度有助于降低滤失。通过调节破胶剂用量实现破胶可控,对煤岩具有较小的岩心伤害率。配合体积改造压裂工艺,可有效助力深煤层开发。优选的可变粘压裂液具有较好的推广和应用前景。

深煤层气井低伤害完井液分析

深煤层气井的开采通常是采用水敏损害的完井液,但这类完井液存在着严重的伤害问题,对煤层气井的开采效率有着不利影响。在煤层气开采过程中,需要不断向井底注入液体,在注入过程中不可避免地会对煤层造成一定的伤害。从深煤层气井开采过程中出现的问题出发,对煤层气井中常见的完井液进行了分析和讨论,并在此基础上提出了相应的低伤害完井液方案。分析结果表明:低伤害完井液能有效降低深井煤层气开采过程中出现的问题。

临兴深煤层排采制度研究

深层煤层气开发处于探索研究阶段,在成藏机理、赋存规律、甜点评价、压裂工艺、排采制度、举升工艺等诸多方面还面临着困难和挑战。排采制度的合理性是保证深煤层排采成功的关键要素。本文以临兴区块深煤层开发试验生产资料为依托,利用统计对比的方法,对深煤层排采过程中产气量、产水量、流压、套压等动态参数进行研究,分析总结出适合临兴区块深煤层井的排采制度。

EH4大地电磁法在中深煤层采空区探测中的应用

为了查明鄂尔多斯棋盘井某矿916、917工作面附近区域采空区及积水分布情况,采用EH4大地电磁法对该区域进行了探测。通过了解该区域地形地质资料,分析电性响应特征,进行干扰试验和参数试验研究,然后进行现场施工布置,开展内业资料处理与分析,进行剖面和平面成果解释。结果表明,试验电极和磁棒一致性较好,确定采用电极距40 m、采集次数8次,增益大小根据测点实际信号确定;经过干扰信号的剔除、静态校正和合理解释,圈出1处弱高阻异常(不含水)和1处弱低阻异常(弱含水),分析均为断层破碎带,未发现明显的采空区及积水异常区,基本达到了预期探查目的。

深煤层含气系统差异及开发对策

我国深部煤层气资源丰富且开发潜力巨大,实现规模开发有助于形成煤系气大产业,服务油气增储上产,保障国家能源安全。在系统总结近年深部煤层气勘探开发成果基础上,结合实验测试和理论分析,揭示了深部差异含气系统模式,并针对性提出了开发策略。研究结果表明,受构造演化和保存条件差异影响,煤层气存在过饱和干煤系统、饱和~近饱和湿煤系统和欠饱和湿煤系统。干煤系统游离气含量高,且在深煤层中呈压缩状态,在储层压力>10 MPa条件游离气含量可以达到并超过吸附气,易形成高产。湿煤系统中煤岩裂隙或者大孔隙中饱和地层水,需要排水降压解吸产气。煤层在煤化作用过程中生烃超压,纳米孔隙中饱和游离气且地层水难以侵入。深部吸附气和游离气处于动态转化,受范德华力、毛细管力和浮力作用综合影响,深煤层形成连续型天然气藏,具有“源岩控储”(连续稳定煤层控制储层质量)和“物性控藏”(物性差异影响甜点分布)特征,可在封盖条件良好的稳定高渗煤层寻找甜点区。深煤层压实致密且地应力高,煤岩抗压强度增加,储层改造裂缝有序性增强,可在不同粒径支撑剂下形成立体渗流网络。干煤系统改造以体积改造和“碎裂化”为主要目的,考虑采用水平井大规模分段压裂,扩大渗流面积,提高产气速度;湿煤系统以适度改造和“疏导化”为主要方式,并考虑水平井顶板间接压裂等开发策略。煤成气在地质历史中持续向邻近层系充注运聚,形成全含气系统,应当充分利用成熟探区地质和工程基础,整体部署,分类突破,多气合采,实现深部煤层气规模化开发和多类型天然气总体动用。

浅埋深煤层采空区自燃危险区判定及防治技术

浅埋深煤层工作面在开采过程中受采动影响更易产生与地面连通的裂隙,从而导致采空区漏风供氧增加、遗煤自然发火隐患增大。为尝试解决这一问题,以李家塔煤矿2号煤层首采1201工作面为研究对象,现场实测了工作面通风参数、采空区内进、回风两侧氧气体积分数的变化规律;CFD仿真模拟了不同供风量下采空区内部自燃危险区域的分布特征;并在此基础上提出了氧化区惰化降温、漏风区域控风堵漏、覆盖遗煤阻隔煤氧化反应“三位一体”的采空区遗煤自燃综合防灭火技术措施。结果表明:1201工作面采空区自燃危险分布范围为:进风侧86~222m,回风侧54~156 m。

双混砂车+双仪表车在深煤层大规模压裂作业中的应用

深煤层逐渐成为非常规油气新的产量增长点,为获得高产,需进行大规模压裂,需要用到14台以上的压裂泵车,为满足连续作业的要求,单个混砂车和单个仪表车作业能力有限,不能保证作业的安全性,双混砂车+双仪表车工艺的应用解决了该难题,为今后的大规模压裂提供参考。

大切割开采深煤层煤面稳定控制分析研究

工作面剥落是影响大截距工作面安全的主要问题,在深部开采中尤为突出。为分析大切割开采深煤层煤面破坏机理并提出相应的稳定性控制措施,选取1303工作面为工程背景,该工作面开采深度为860 m,沿煤层倾角和走向分别布置300 m和1000 m以上的超前距离。本文进行了不同围压和加载方式下的三轴压缩试验,研究了煤样的变形特性。建立了煤工作面支护顶板力学模型,分析了影响工作面稳定性的因素。研究结果表明:在深部开采中,围岩应力分布对工作面破坏失稳起着至关重要的作用。大截距工作面煤体水平主应力和强度是突出的影响因素。采高和支护系统工作阻力对工作面稳定性也有一定的影响。

我国发现千亿方深煤层气田

近日,中国海油发布消息,公司在鄂尔多斯盆地东缘2000米地层发现千亿方深煤层气田——神府深煤层大气田,探明地质储量超1100亿立方米。中国海油勘探副总师徐长贵说,神府深煤层大气田的发现展示了鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气勘探开发的广阔前景,对我国类似盆地资源勘探和非常规油气增储上产具有重要指导意义。

陕西发现我国首个千亿立方米深煤层气田

中国海洋石油集团有限公司在鄂尔多斯盆地东缘约2000米地层发现我国首个千亿立方米深煤层气田——神府深煤层大气田。

沁水盆地深煤层注入CO_2提高煤层气采收率可行性分析

探讨CO2注入深煤层提高煤层气采收率可行性对于解放我国丰富深部煤层气资源具有积极意义。分析了沁水盆地不同深度条件下储层参数的变化规律,开展了CO2注入煤层增产效应的数值模拟研究。结果显示,煤储层参数随埋深呈非线性变化且各参数显著变化深度具有较好的对应性,存在500～600 m,950～1 150 m两个关键转折界限,据此将煤层划分为浅部、过渡、深部三带。随着埋深增加煤储层强非均质向均质转换,即所有参数在浅部较为离散而深部收敛。通过不同深度煤层的CO2注入生产效果模拟显示,注入CO2后煤层气采收率均得到不同幅度提高;注入CO2提高煤层气采收率效果由过渡带、浅部、深部逐步递减;注入时间越早和越长,提高采收率效果越显著;要实现深部煤层气采收率显著增加必须保证一定的CO2注入量;深部CO2封存优势显著。

不同煤阶深煤层含气量差异及其变化规律

基于Langmuir等温吸附方程式,开展不同煤阶不同温压条件下等温吸附模拟实验,实验结果表明：在煤岩镜质组反射率Ro〈3.0%时,Langmuir等温吸附曲线随煤阶、温度、压力升高表现出明显的分带性。随着煤阶的升高,煤吸附能力逐渐增强。温度小于55℃时不同煤阶Langmuir体积受温度影响较小,之后影响逐渐增大。低煤阶在12 MPa、中高煤阶在15 MPa以前随压力增加Langmuir体积增大明显。根据实测含气量外推法结合高温高压等温吸附实验建立了深煤层含气量数学模型,显示煤层含气量随埋深呈现快速增加—缓慢增加—不增加—缓慢减小的变化规律,其中低煤阶临界深度介于1400~1700 m,中高煤阶临界深度介于1500~1800 m。该含气量数学模型对预测深部煤层含气量变化规律及煤层气资源评价提供基础依据。

沁水盆地南部深煤层孔隙结构特征

煤层气的勘探开发已逐步转向埋深大于1 000m的煤层,以沁水盆地南部为研究背景,采集浅部与深部煤样,进行压汞和低温氮吸附实验,对比孔隙结构特征.结果表明：从浅部到深部,煤层微小孔的体积稍增多,中孔和大孔的略减.当煤层埋深小于750m,压汞曲线类型以Ⅱ型为主,孔隙形态以Ⅰ类开放孔为主,孔隙结构配置较好.当煤层埋深为750~1 100m,压汞曲线类型包括Ⅱ型和Ⅲ型,孔隙形态以Ⅱ类一端封闭型为主,孔隙结构复杂,存在一个过渡带.当煤层埋深大于1 100m,压汞曲线类型以Ⅲ型为主,孔隙形态主要为Ⅰ类开放孔,含有部分Ⅱ类和Ⅲ类孔,气体储存空间减小,孔隙结构配置较差.地应力是影响孔隙结构的关键因素,随着埋深的增大,地应力的分带性导致孔隙结构由较好,变为复杂的过渡带,最后变为较差.深煤层的过渡带物性参数显示较为复杂的变化特征,为深部煤层气的开发提供参考依据.

深煤层井组CO_2注入提高采收率关键参数模拟和试验

深部煤层井组注入CO2开采煤层气技术主要通过CO2的强吸附效应,能够置换出更多的CH4,同时实现CO2的长期大量的埋藏。通过试验分析,柿庄北地区CO2的吸附能力是CH4的2倍,随着解吸压力的降低,CH4比CO2会更快的解吸,能够有效的置换CH4。CO2的注入引起煤储层物性的变化,主要是由于CO2的吸附和解吸引起的基质膨胀与收缩效应造成渗透率的变化,并且呈现随着压力的降低先降低后迅速增加的变化规律。基于渗透率变化规律,应用模拟软件建立地质模型和数值模型,分析了CO2注入量、频率和注入方式对井组或单井的产量、采收率和CO2埋藏量的影响。模拟结果认为注入量10～15 t/d,连续注入90 d,关井90 d,反复实施2 a后,可以实现采收率的提高。通过现场试验验证,该区3号煤层吸附CO2的能力在8 t/d,井组的埋藏潜力约为12 616 t。

深煤层水力波及压裂技术及其在沁南地区的应用

为提高深部煤层的煤层气产能,针对其地质特征提出了在深煤层实施多口直井同步水力波及压裂的技术思路。首先基于边界元位移不连续法建立了多裂缝诱导应力数学模型,模拟深煤层诱导应力场分布,分析水力波及压裂复杂缝网形成的可能性,然后采用离散元方法研究应力干扰的裂缝网络延伸情况及其影响因素,最后通过三轴压裂实验和现场应用效果验证了其可行性。结果表明:(1)水力波及压裂技术能增大应力干扰面积和应力干扰强度,促使水平主应力差的减小甚至诱导局部区域的地应力方向发生改变,有利于沟通煤岩中发育的面、端割理,从而形成大规模高效复杂的裂缝网络;(2)水力波及压裂有利于复杂缝网形成的条件包括较小的初始水平主应力差、低泊松比、较小井距、低压裂液黏度、高缝内净压力等;(3)真三轴物理模拟实验结果显示,水力波及压裂技术能够充分沟通煤岩天然裂隙,形成由人工裂缝、面割理和端割理组成的复杂裂缝网络。进而提出了一套深煤层多井同步水力波及压裂工艺优化设计方法,在沁水盆地南部柿庄北地区深煤层选取了5口直井进行先导性试验,裂缝监测及排采数据表明,水力波及压裂井产生的波及体积较大,裂缝网络复杂;较之于常规压裂井,水力波及压裂井不仅见气更早,产量、套压较高且稳定,而且所形成的区域压力降波及邻井,可大幅增加实施井及邻井产量。

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1 000～2000m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.

泡沫压裂在延川南气田深煤层气井增产中的应用

为提升深煤层气井压裂改造效果,提高单井产量,对目前现场应用的几种压裂液体系进行了适应性对比分析,提出泡沫压裂体系低滤失、高黏度、低伤害、易返排等特征在深煤层气井压裂中具有较好的适应性,在此基础上开展了2口井氮气泡沫压裂现场应用试验,取得较好效果:氮气泡沫压裂施工压力平稳,砂比提高,加砂连续,平均单井日产气量增幅超过1 000 m^3/d。

柿庄北深煤层含气量变化特征

以沁水盆地南部为研究背景,采集浅部与深部煤样,进行含气量测试,并利用压力-吸附曲线法预测了柿庄北深部煤层含气量。结果表明：沁水盆地南部煤层实测含气量随埋深的加大呈现先增大后减小的趋势,且15号煤层含气量高于3号煤层。对柿庄北深煤层含气量进行预测发现,含气量的峰值为900-1100m,预测含气量与实测含气量较为吻合。深部煤层在600-1100m存在一个过渡带,含气量发生变化。这与深部地层压力、温度及其所导致的煤储层物性的变化有重要关系。

淮南煤田顾桥煤矿深煤层地应力测试

为了研究淮南煤田的地应力分布特征和垂向变化规律,通过对淮南煤田顾桥煤矿的地应力测试和分析,发现顾桥煤矿最大主应力方向在NE56.8°~76.3°之间,平均水平地应力方向为NE67.17°~SW67.17°.通过对矿区地应力随埋深的变化规律研究,结果表明:最大水平主应力SH、最小水平主应力Sh和铅直主应力Sv随着深度的增加而呈线性增加.此外,研究发现:在埋深600 m以浅,最小主应力大于垂向应力;在埋深600 m以深,最小主应力小于垂向应力;在埋深1 000 m以浅,最大主应力大于垂直应力;在埋深1 000 m以深,最大主应力小于垂向应力.依据地应力与埋深的关系,可以把1 000 m深度作为划分深浅煤层的一种重要方法.