碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展

我国碎软低渗煤储层分布广泛,然而由于其煤体松软、破碎、渗透性差,常规的直井/水平井煤储层直接压裂技术应用于碎软低渗煤储层强化及其煤层气地面开发的效果并不理想,碎软低渗煤储层煤层气的高效开发是制约我国煤层气产业大规模发展以及煤矿瓦斯高效治理的重要技术瓶颈。在系统分析我国碎软低渗煤储层特征及煤层气地面开发中存在的问题基础上,以水平井为基础井型,围绕间接压裂、应力释放和先固结后压裂3种不同的技术方向,梳理了目前碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展。归纳评述了以顶板间接压裂、夹矸层间接压裂以及硬煤分层间接压裂为内涵的间接压裂煤层气开发技术,以水力喷射造穴、气体动力造穴、扩孔+水力喷射+流体加卸载诱导失稳造穴、水力割缝为不同应力释放方式的应力释放煤层气开发技术,以及先微生物诱导碳酸钙固结碎软煤储层再进行水力压裂的先固结后压裂煤层气开发技术。间接压裂技术的工程实践探索已有较多积累,在地质条件适宜地区对碎软低渗煤储层强化取得了较好效果,而以应力释放为代表的碎软低渗煤储层强化新技术探索已取得重大进展,并进入工程试验和验证阶段。水平井应力释放技术针对碎软低渗煤储层特性和新的开发原理,其对储层改造潜力更大、煤层气开发效果会更好。基于水平井应力释放技术,围绕扩大应力释放范围、提高煤层气开发效果以及实现煤与煤层气共采3个方面,对碎软低渗煤储层强化及煤层气地面开发技术的发展趋势进行了展望,以期为改善我国碎软低渗煤储层增产改造效果以及提高煤层气单井产量提供参考。

新疆准噶尔盆地白家海凸起深部煤层气勘探开发进展及启示

白家海凸起侏罗系煤是国内深部煤层气直井产量很早取得突破的地方,为准噶尔盆地的重要靶区。煤储层为特低灰、低水分、中高挥发性煤,孔渗系统较好。具有“古生新储”和“自生自储”两种成藏模式,煤层含气量高、游离气占比高、含气饱和度高,为优质煤层气储层。历经多年的勘探开发证明:多数直井试采无需排水降压即可快速见气(2~5 d),排采初期日产气量较高(2100~9890 m^(3)),日产水量少甚至不产水(<5 m^(3)),可自喷生产,返排率低,长期试采压力均衡下降,且具有一定的稳产期(25~60 d);煤层射孔层厚度、压裂液体系、压裂加砂比均可影响煤层气试气效果,其中冻胶、胍胶体系优于活性水-清洁压裂液体系。最新施工的彩探1H水平井试采表现出压裂开井后即高产,试采最高日产气量5.7万m^(3),日产水量少(0.5~3.0 m^(3)),表现出常规天然气特征,随后衰减稳定,表现为吸附气与游离气共同产出;与直井对比,水平井产量高、稳产时间长、压降速率小。基于研究区储层特征和含气性特征,及勘探开发历程,得到3方面启示。一是深部多类型气藏富集规律再认识:需重视油气运聚圈闭的成藏演化研究,重视深部位气水空间分配和富集规律的研究。二是深部中低阶煤储层可压性评价:针对凸起高部位孔渗系统好的中低煤阶储层,需形成适合的压裂工艺体系。三是深部多类型气藏开发方式优化:针对游离气占比高的气藏,实现游离气-吸附气的接续产出,保持降压面积稳定扩展,排采控制尤为关键。

致密油多场重构驱渗结合提高采收率技术

建立渗流-地质力学耦合的嵌入式裂缝流动模型,进行致密油多场耦合模拟,揭示致密油长期注水后压力场、渗流场和应力场的变化规律,在此基础上提出了致密油多场重构驱渗结合提高采收率技术。研究表明:致密油长期注水开发后,压力扩散范围小,难以建立有效驱替系统,地应力的变化幅度呈现差异性,水平最小主应力变化幅度大于水平最大主应力,注水井地应力变化幅度大于生产井,注水井周围地应力转向幅度较大。多场重构驱渗结合提高采收率技术通过注水井转采和大规模压裂技术,重构人工体积缝网系统;通过压前补能、压中增能、焖井蓄能、驱渗结合的全生命周期能量补充方法,有效解决了大规模压裂后注入介质易窜流、能量难补充的问题;通过多井联动强化渗吸效应,重构复杂缝网下驱替与渗吸结合体系,由避缝向利用裂缝转变,提高微观波及效率和驱油效率。鄂尔多斯盆地华庆油田元284区块现场应用实践表明,该技术提高采收率12个百分点,可实现致密油规模效益开发。

考虑渗吸效应的页岩油井体积压裂用液强度优化方法——以南襄盆地泌阳凹陷X-1井为例

以南襄盆地泌阳凹陷X-1井为例,将岩心实验测得的带压渗吸规律通过岩心尺度油藏模拟拟合得到表征渗吸过程的毛管压力特征曲线及相对渗透率特征曲线,将其代入宏观油藏模型中模拟压后焖井过程,建立体积压裂用液强度优化方法。研究表明:压裂液用液强度的优化必须考虑造缝要满足预测最终可采储量的需求、满足渗吸驱油的需求、满足补充地层能量的需求,同时将压裂液用液强度控制在临界渗吸强度附近,避免液量过少导致渗吸置换作用不充分,液量过大导致成本增加与潜在储层伤害。模拟发现,压裂液用液强度与单井预测最终可采储量正相关且存在最优值,大于最优值后,单井预测最终可采储量增加的幅度将越来越小,通过适当提高压裂液用液强度补充地层能量提高焖井压力,适当增加焖井时间,可有效增加压后产能。经过X-1井现场试验验证,该优化方法对油井生产效果改善显著,具有较好的实用性。

一种基于“四区”的低渗透油藏CO_(2)埋存量计算方法及应用

CO_(2)驱油和埋存能有效减少温室气体排放量达到碳中和目标,已有的CO_(2)埋存量计算方法主要针对CO_(2)的静态埋存量进行粗略计算,未考虑实际生产过程中CO_(2)埋存量的变化。针对上述问题,运用CO_(2)溶解、CO_(2)波及体积和驱油机理,将CO_(2)驱油与埋存过程分为气相区、两相或近混相区、扩散区和油相区,并基于“四区法”计算CO_(2)埋存量,得到了不同烃类的注入孔隙体积倍数、注入压力、注气速度下的CO_(2)动态埋存量的变化规律。将研究成果应用于W油田低渗储层,结果表明:注入烃类孔隙体积倍数、压力、注气速度与总埋存量呈正相关性,当压力由12 MPa升至30 MPa,CO_(2)埋存总量增加15.53×10^(4)t;当注气速度由5 t/d增加至30 t/d,峰值CO_(2)埋存总量由3.51×10^(4)t提高至12.62×10^(4)t。研究成果可为同类油藏开展CO_(2)驱油与埋存项目提供新的思路。

济阳页岩油开发“三元”储渗理论技术与实践

基于济阳坳陷页岩油储层上万米岩心资料与60余口水平井的开发实践,提出济阳页岩油“储元”、“缝元”、“压元”的“三元”储渗理论。“三元”协同支撑济阳页岩油的富集高产:“储元”控制页岩油的富集,咸化湖盆无机孔-缝及灰-泥优质纹层组构发育利于页岩油储集,高生烃能力、高游离烃含量为高产提供物质基础;“缝元”控制页岩油的渗流,天然裂缝为页岩油的运移和聚集提供渗流通道,压裂改造缝沟通天然裂缝形成复杂缝网,为高产提供渗流基础;“压元”控制页岩油的高产稳产,高地层压力为油气运聚提供原始动力,压裂增能可进一步提高岩石及流体弹性能,强化孔缝原油渗吸置换,减缓应力敏感性,为长期稳产提供能量基础。基于“三元”储渗理论,形成了以立体井网优化、立体均衡压裂、全周期优化调控为核心的立体开发技术,有效指导了现场生产实施,为济阳页岩油规模化效益开发提供技术支撑。

低渗砂岩油田CO_(2)驱化学机理及提高采收率研究

针对低渗砂岩油藏进行了CO_(2)驱开发技术研究,分析了CO_(2)驱油化学机理及主要影响因素。基于目标油藏流体特征进行了PVT拟合,确定其CO_(2)驱最小混相压力,明确了不同压力及注入时机对CO_(2)驱采收率、气油比、含水率及驱动压差等的影响规律,探究了CO_(2)泡沫驱在提高采收率方面的效用。结果表明:24.5 MPa为目标区域CO_(2)驱的最小混相压力,采收率会随着压力的升高而增加,28 MPa时CO_(2)驱提高采收率可达30.57%。气体突破时间、总采收率与CO_(2)注入时机密切相关,CO_(2)注入越早,越有利于采收率的提高,出口含水率为60%时注入可提高采收率39.13%。CO_(2)泡沫驱可以在一定程度上起到提高采收率的效用。

煤层顶板间接压裂裂缝扩展机制及影响因素

碎软低渗煤层在我国普遍发育,制约煤层气单井产气量提高和产业发展。间接压裂是通过在邻近层产生垂直裂缝沟通煤层进而实现煤层有效改造的一种压裂方式,可以有效应对钻井塌陷、煤粉产出、压裂液滤失和煤层厚度薄等不利因素。通过间接压裂物理模拟试验和扩展有限元数值模拟分析,揭示煤层顶板间接压裂裂缝扩展影响因素,明确裂缝扩展机制,以期为间接压裂技术提供指导。通过直接压裂煤层和不同起裂位置、垂向应力和施工排量影响下间接压裂试验表明,起裂压力高,更易产生长裂缝,且受原生裂缝影响程度减小;但起裂点距离煤层越远,起裂所需能量越大,高破裂压力会对煤层造成粉碎性破坏;大施工排量下,起裂压力对应升高,起裂时间变短,原生裂缝影响程度变小。考虑地应力、起裂位置、岩石力学和施工排量等参数的数值模拟结果显示,在模型参数设置条件下,最大水平主应力和垂向应力差在<4 MPa,煤层与顶板有效应力差>3 MPa、弹性模量差<15 GPa的地层和岩性组合适合间接压裂,起裂位置距离煤层最优距离为<6 m,施工排量需要根据力学性质、断裂能密度等参数确定最优范围。

超声振动在矿山煤岩致裂中的研究进展与展望

为了推动超声振动致裂煤岩体技术的发展,提高矿山煤层气增产及硬岩掘进的效率,回顾了超声波技术的发展历程,综述了超声振动在致裂煤岩体方面的应用现状与研究进展,明确了超声振动在煤岩致裂领域存在的关键阻碍性技术难题及发展趋势。(1)总结了传统技术在矿山煤层气增产和硬岩掘进领域存在的技术问题,介绍了超声波技术的独特优势及应用领域,阐述了超声波发生器和超声波换能器的发展阶段及相应性能;(2)归结了超声振动煤层气促解增渗装置及流程,分析了超声振动煤层气促解增产现状,阐明了超声空化效应、机械振动效应、热效应作用下煤层气降压、加速、位能及动能增加进而促进其解吸增渗的机制;(3)归纳了超声振动破岩装置及流程,阐述了超声振动破碎硬岩的进展,揭示了超声振动产生的机械振动效应与热效应作用下疲劳损伤、微裂纹亚临界扩展、矿物颗粒不均匀热膨胀或矿物相变、岩石物理力学特性劣化导致硬岩破碎的内在机理;(4)针对超声波发生器、换能器及超声振动在矿山致裂煤岩体中的局限度,对未来超声振动致裂煤岩体在现场高效应用的研究重点提出了4点建议:高性能防爆型超声波发生器和换能器的研发,超声振动促解增渗机理的深入分析及管线技术框架设计,多功能及多场耦合室内超声振动致裂煤岩体设备研制与试验,井下抗干扰超声振动设备的研发应用。

2013-2020年海河流域农田水热碳通量及气象要素观测数据集

本研究以海河流域官厅水库旁农田生态系统为研究对象,采用蒸渗仪、涡动相关仪、大孔径闪烁仪和自动气象站/气象要素梯度等观测系统,开展农田生态系统多尺度通量和气象要素的长期定位观测。本数据集由多尺度通量(米,百米,公里级)和气象要素数据组成,观测项目包括生态系统净碳交换量、潜热通量/蒸散发、感热通量、空气温度、空气相对湿度、风速、风向、向下/上短波辐射、向下/上长波辐射、净辐射、大气压、降水、红外辐射温度、光合有效辐射、土壤温度、土壤水分、土壤热通量、平均土壤温度等。本数据集经过了严格的处理和质量控制,可用于研究水库消涨对周边生态系统碳水等物质和能量的循环带来的影响,也可为相关遥感模型或过程模型等研究提供有力的数据基础。

页岩核磁共振横向弛豫时间与孔径分布量化关系及应用

核磁共振横向弛豫时间(T2)常用于表征页岩的全孔径分布特征。为确定T2谱与页岩孔径的量化关系,选取济阳坳陷沙河街组7块页岩样品进行低温氮吸附、核磁共振实验。利用T2几何平均值和孔隙比表面积、孔隙体积之间的关系式,获得T2谱计算孔径分布的关键参数——表面弛豫率。7块页岩样品的表面弛豫率为1.52~3.06 nm/ms,平均值为2.53 nm/ms。由表面弛豫率计算的孔径分布结果与低温氮吸附的NLDFT模型计算结果相似度高,证实了页岩表面弛豫率确定方法和取值的合理性。利用上述方法确定了济阳坳陷典型页岩薄层的孔径分布,结合储层物性和地球化学分析结果,认为页岩中泥质薄层主要起到生-储作用,而纤维状方解石薄层、粉晶方解石薄层和长英质薄层则可以作为储-渗通道。在研究页岩油微观富集、流动机制及评价页岩油“甜点”时,需细化分析不同薄层的孔径分布特征及其生-储-渗作用。

SBR-Fenton-两级BAF组合工艺处理垃圾渗滤液的研究

垃圾渗滤液经过“UASB-短程硝化-厌氧氨氧化”工艺处理后,出水COD=1942~2062 mg/L、BOD_(5)=268~380 mg/L和ρ(TN)=100~140 mg/L,BOD_(5)/COD=0.13~0.18,污染物浓度仍很高,可生化性差。采用“SBR-Fenton-两级BAF”组合工艺对渗滤液厌氧氨氧化出水进行深度处理,SBR采用间歇曝气方式运行,ρ(DO)=3~6 mg/L、ρ(MLSS)=3500 mg/L、BOD_(5)污泥负荷为0.3 kg/(kg·d)、HRT=5 h,Fenton反应的条件为:pH=4.0、n(Fe^(2+))/n(H_(2)O_(2))=1∶3、m(H_(2)O_(2))/m(COD)=2∶1;两级BAF系统中,一级BAF为缺氧运行,二级BAF分上下两个分区,下分区的运行状态可根据TN浓度灵活切换为缺氧或好氧状态。运行结果表明:出水COD、BOD_(5)、NH_(4)^(+)-N和TN分别为65~83、4~9、0.04~0.21、22~31 mg/L,平均去除率分别为96.1%、98.0%、99.4%和77.7%,运行成本约12.9元/t,系统运行稳定,抗TN冲击负荷强,没有浓缩液产生,出水指标均优于《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889-2008)表2排放标准,可实现渗滤液的全量化处理。

抽蓄电站全库盆防渗水库渗流缺陷影响分析

针对抽蓄电站全库盆防渗水库土工膜缺陷导致水库渗流量产生变化的安全问题,结合陕西省某抽蓄电站水库库底土工膜防渗工程,采用单因素影响分析和多因素影响分析方法进行抽蓄电站全库盆防渗水库渗流缺陷影响分析。结果表明,水头大小、缺陷大小、缺陷个数均正向影响抽蓄水库渗流量,而缺陷位置与抽蓄水库渗流量的相关性不明显。其中缺陷大小是影响抽蓄水库渗流量的主要因素,其次为水头大小,再次为缺陷个数。

表面活性剂对油湿性致密砂岩渗吸作用与界面协同效应

为探索不同表面活性剂对油湿性致密储层的渗吸排油效果,系统对比阴离子、非离子、阳离子和两性离子4大类型17种表面活性剂渗吸排油效率,分析不同类型活性剂对致密储层渗吸排驱效果的差异及其机制,开发致密储层高效排驱的表面活性剂配方,确立致密储层高效排驱对表面活性剂界面张力和接触角性能的界限。结果表明:试验条件下阴离子、非离子表面活性剂对致密岩心的渗吸排油效率在18.4%~27.2%,显著高于阳离子、两性离子表面活性剂的0~2.4%;阳离子和两性离子表面活性剂不适宜单独作为油湿性致密储层的渗吸排油剂;润湿性调控能力是表面活性剂产生高效渗吸排油的主要原因,界面张力和接触角存在协同效应;复合渗吸排油剂渗吸排油效率超过38%;表面活性剂对致密储层高效渗吸排油的接触角和界面张力分别为15°~35°、0.1~2 mN·m^(-1),对应的N^(-1)B大于15,毛管力是渗吸排油的主要动力。

芬顿氧化深度处理厌氧氨氧化出水影响因素的最优组合

利用正交试验对影响芬顿氧化深度处理垃圾渗滤液厌氧氨氧化出水的起始pH、nFe^(2+)/nH_(2)O_(2)、mH_(2)O_(2)/mCOD_(cr)、反应温度4种主要因素的最优组合开展研究。结果表明:4种因素均对芬顿氧化深度处理垃圾渗滤液厌氧氨氧化出水产生显著影响,影响顺序为起始pH>反应温度>mH_(2)O_(2)/mCOD_(Cr)>nFe^(2+)/nH_(2)O_(2),起始pH对COD_(Cr)去除率影响极显著,mH_(2)O_(2)/mCOD_(Cr)和nFe^(2+)/nH_(2)O_(2)影响程度较为接近;4种影响因素最优组合为起始pH=4.0、nFe^(2+)/nH_(2)O_(2)=1:3、mH_(2)O_(2)/mCOD_(Cr)=4:1、反应温度=20℃,该条件下COD_(Cr)和色度去除率高达92.4%和99.1%,出水可生化性好,处理效果达到工程应用要求,可为该联用系统的芬顿处理段提供一定的技术支撑。

重复冲击下砂岩的动态响应试验研究

高速动能水击压裂可借助聚能水锤效应实现强动载泄入性液压冲击,具有高峰值压力、高加载速率、重复多次渐进扩缝等优势,其中聚能流体贯入性冲击下岩石损伤-破裂的演化机制是该技术优化设计的核心问题。为此,采用岩石动态冲击损伤模拟试验装置,开展高速动能水击压裂破岩试验,分析不同加载速率、冲击次数、冲击组合等对岩石破裂形态的影响规律。结果表明:单次高速动能水击破岩中,随着加载速率的提高,岩石破坏依次呈现出近孔眼破碎损伤(8.5 MPa/ms)、微裂缝聚并串联成宏观裂纹(13.4 MPa/ms)、流体楔入形成脆性崩裂裂缝(15.5 MPa/ms)三种模式;在小峰值压力、低加载速率重复冲击下,岩石损伤破坏呈现近孔眼损伤(1~2次)-裂缝起裂扩展(3~5次)-应力挤压破碎(6~10次)三个阶段,随着冲击次数的增加,孔眼周围损伤加剧,形成3~40 mm(贯穿岩样)不等长的裂缝;“先低后高”组合加载速率冲击方式下,前期重复低速率冲击可在孔眼周围形成微裂纹损伤而又不会产生破碎压实,随后借助单次高加载速率聚能冲击,实现大体积高压流体在微裂纹内的快速楔入,激发多条径向深穿透裂缝,同时该组合冲击方法还可实现主裂缝两侧基质扩容增渗和相交分支缝网,实现改造效果的最大化。

离子注渗复合表面改性技术研究进展

综合国内外研究现状,目前针对离子注渗复合表面改性技术已开展了大量的研究工作,然而还缺少对其进行系统介绍的研究报道。首先,对离子渗技术(离子渗氮、离子渗碳和离子渗硫)、离子注入技术(氮离子注入、碳离子注入和金属离子注入)和离子注渗复合技术的原理进行了介绍。其次,对上述表面改性技术的研究进展进行了综述和总结。最后,针对目前离子注渗复合技术的不足之处,从改善硬件设备、强化作用机理、系统研究复合处理工艺和促进其工业化应用等方面进行解决,提出要充分利用注渗和镀膜技术复合的优势来实现材料结构功能一体化,推动多相复合强化技术的研究与开发,为工业化应用奠定理论基础。

低渗灰岩油藏气水均衡驱替主控参数合理界限及开发效果评价

为制定中东低渗生屑灰岩油藏注气注水均衡驱替合理开发技术政策,设计开发因素正交试验模拟,运用组分模型数模技术,并通过二元次模型创建开发主控参数正交图版,明确气水协同注入均衡驱替的主控参数界限;在此基础上,构建基于数模预测的开发动态模糊综合评价体系,定量表征油井生产差异性,评价开发效果,指导矿场先导试验区优选。结果表明:注气注水开发主控参数对采出程度的影响由大到小排序为注气速度、注入时机、采油速度、井距、注水速度;实现油气油水前缘均衡驱替的合理采油速度为2.0%,注气速度为(34~45)×10^(4)m^(3)/d,注水速度为240~320 m^(3)/d,注采井距700 m,地层压力保持原始地层压力水平85%;指导优选开发等级区,实施注水注气矿场先导试验,取得较好试验效果。

氢含量对锆合金蠕变-疲劳行为的影响及机理研究

针对反应堆用锆合金渗氢后易发生蠕变-疲劳失效问题,采用频率修正应变寿命法和频率修正滞回能法研究了再结晶状态的锆合金在320oC、不同渗氢含量下的蠕变-疲劳行为。结果表明:随保持时间增加,无渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能降低,但保持时间30 s以上时无明显影响;保持时间对渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能无影响。不同保持时间下,未渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能最好,0.04%氢含量试样的性能最差,0.005%氢含量在高应变水平(高滞回能)下的抗蠕变-疲劳性能弱于0.02%氢含量试样,而在低应变水平区域优于0.02%氢含量试样。氢含量的影响机理为:固溶氢可提高蠕变-疲劳寿命,氢化物可降低蠕变-疲劳寿命;0.04%氢含量试样中氢化物起主导作用,导致其蠕变-疲劳性能最差。

钨渗铜样件烧蚀裂纹产生机理探讨

以烧蚀后的钨渗铜样件(牌号W-7Cu)为研究对象,针对特定环境条件下烧蚀试验后钨渗铜样件表面裂纹进行了形貌特征分析并对裂纹产生的机理进行了探讨。表面形貌及能谱分析结果表明,3000℃高温环境试验后,表面存在Cu析出且在高温粒子冲刷后留下烧蚀坑,嵌入基体的颗粒中含有大量C、O、Al等元素;物相分析表明,烧蚀产物的主要相为WC、W6C2.54脆性相,推测Cu相挥发后铜基体上形成连通孔隙,推进剂或者环境中的C进入钨骨架孔隙中,与钨渗铜件中的W形成碳化钨脆性相导致烧蚀过程中形成小裂纹继而分层剥离,是烧蚀裂纹产生的主要原因。