突出煤层回采面CO_(2)致裂二次增透后高效回采技术研究

天池煤矿15号煤层瓦斯含量高,难抽采,在回采割煤时,存在瓦斯超限隐患,且一个割煤循环需要6h以上,严重制约了工作面的回采速度。为提高开采效率,利用CO_(2)致裂煤岩的技术方法,提出了突出煤层回采面CO_(2)致裂二次增透高效回采技术。通过试验发现:CO_(2)致裂后,瓦斯涌出量平均减少了16.7%,并能实现密集钻孔条件下的瓦斯高效抽采,提高回采速度。割煤速度从致裂前2.11~2.91刀/d提高到3.38~4.59刀/d,平均提高了1.63倍。

CO_(2)增能压裂不同生产阶段裂缝内CO_(2)滞留碳埋存

目的目前,碳埋存技术主要有地质构造埋存、残余气体埋存、溶解埋存及矿物埋存,随着CO_(2)压裂相关技术的应用,有必要针对增能压裂后CO_(2)的埋存机理及其主控因素开展深入研究。方法通过正交实验法,基于影响裂缝内孔隙空间和导流能力的因素,研究支撑剂(石英砂和陶粒)在不同铺砂浓度(5.0 kg/m^(2)、7.5 kg/m^(2)和10.0 kg/m^(2))下施加闭合压力受不同返排率影响的裂缝滞留碳埋存的情况,分析不同因素对裂缝滞留碳埋存影响的最优值。结果CO_(2)埋存主要是超临界状态下的埋存,CO_(2)处于超临界状态时,埋存率在80%以上;随着地层压力下降,埋存率急速降低,在压力降至6 MPa时,埋存率仅剩40%左右。埋存率的影响因素由大到小依次为闭合压力>返排率>支撑剂类型>铺砂浓度。主控因素是闭合压力,随着闭合压力的增加,埋存率逐渐降低。结论解决了对CO_(2)增能压裂裂缝内CO_(2)滞留碳埋存认知不清的问题,明确了4种压裂裂缝相关参数对CO_(2)埋存的影响,在进行CO_(2)增能压裂相关设计时,可依据实验结果对埋存进行预测。

CO_(2)干法压裂用支化硅氧烷及含氟聚合物类增稠剂研究现状与应用进展

近年来,CO_(2)干法压裂技术作为一种新型无水压裂技术已成为致密油气藏开发的重要研究方向。经调研发现,CO_(2)干法压裂技术尚未成熟,主要是因液态或超临界CO_(2)黏度低而存在滤失量大、携砂性能差等问题,需要加入增稠剂来提高CO_(2)的黏度。针对硅氧烷类增稠剂需借助大量助溶剂、其他增稠剂而增稠效果不理想、温度压力适应性差等问题,从增稠机理和增稠特性两方面概述了目前支化硅氧烷类(不使用或少量使用助溶剂)及含氟类增稠剂CO_(2)压裂液增稠剂的研究进展,并在增稠特性部分综述了这两类增稠剂的结构特征和性能特点。其次,对国内相关液态CO_(2)和超临界CO_(2)干法压裂技术现场应用进行综述。最后,分别从增稠机理、增稠性能和现场应用方面对干法压裂CO_(2)增稠剂及其压裂液体系未来的研究方向进行了展望。

利用CO_(2)气相压裂技术提高煤层透气性:以吉宁煤矿为例

为破解复杂低渗高瓦斯煤层瓦斯治理技术难题,本文以山西华晋吉宁煤矿2号煤层2203工作面为研究对象,通过采取CO_(2)气相压裂增透技术,对4组(共12个)抽采钻孔的瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量进行分析,得出有效致裂影响范围,进一步评价瓦斯抽采效果和防突效果。结果表明:该地质单元的有效致裂裂缝影响范围为6~7 m;常规抽采孔的瓦斯抽采纯量为0.018 m^(3)/min,与其相比,4组抽采钻孔百米瓦斯抽采纯量平均值为0.179 m^(3)/min,提升了8.9倍;在衰减区域,瓦斯抽采浓度均值64.7%、纯量均值0.150 m^(3)/min,在稳定区浓度,瓦斯抽采均值为73.2%、纯量均值0.188 m^(3)/min,相比稳定区域瓦斯抽采参数更高。该技术有效增大了2号煤层的透气性,提高了瓦斯抽采效率和煤巷掘进速度,减少了钻孔施工投入,缓解了采掘接替紧张的局面。

液态CO_(2)相变致裂在低渗低透强突出煤层的应用研究

针对低透气性煤层瓦斯含量高、预抽效果不理想的问题,采用液态CO_(2)相变致裂技术,在穿层钻孔中利用瞬间产生的高压CO_(2)气体冲击煤体,产生大量裂隙并促使裂隙发育、扩展,以达到提高煤层透气性的目的。在绿塘煤矿南二采区S204工作面进行的试验表明:液态CO_(2)相变致裂技术可有效提高瓦斯抽采效果,试验后平均抽采流量为0.057 m^(3)/min,是试验前的4.3倍,是相同抽采时间内水力冲孔措施平均抽采流量的2.3倍;抽采浓度也有所提升;在试验考察期内流量衰减系数降低到0.046 d^(-1),增透效果显著。

基于防突指标下降视角的CO_(2)气相压裂增透技术应用分析

在煤矿开采过程中,因掘进面煤层透气性差导致无法抽采效果不佳。为解决这一问题,实际作业中,要以降低防突指标为基准,运用CO_(2)气相压裂增透技术处理工作面。文章以某试验为例,详细阐释钻孔布置和压裂工艺应用情况,并就试验效果予以分析。经分析,应用CO_(2)气相压裂增透技术能够显著提高抽采效果,快速降低防突指标,大幅缩减抽采达标时间。提出具体应用实践,证明技术能够在开采中发挥防突作用。

CO_(2)预裂增透技术在屯兰矿的应用

为解决西山煤电井下工作面瓦斯抽采浓度低、流量小的问题,采用数值模拟及现场实测等研究手段,探索液态CO_(2)预裂爆破轴向影响距离变化规律,分析得到爆破前后煤层钻孔瓦斯抽采有效影响半径可由1.6 m增大到4.0 m;通过屯兰矿22306工作面及28115工作面进行的工业试验,结果表明:CO_(2)预裂爆破后瓦斯抽采浓度及抽采混合流量均有不同程度的提高。

鄂尔多斯盆地页岩油水平井CO_(2)区域增能体积压裂技术

针对鄂尔多斯盆地页岩油储层压力低、缝网复杂程度低和黄土塬水资源缺乏等问题,以该盆地庆城油田页岩油为研究对象,进行了滑溜水和CO_(2)压裂物理模拟试验,利用高能CT监测了CO_(2)压裂裂缝扩展规律,分析了CO_(2)压裂形成复杂裂缝的可行性;利用油藏数值模拟方法,优化了CO_(2)注入关键参数,形成了适合庆城油田页岩油的CO_(2)区域增能体积压裂技术。研究表明:前置CO_(2)压裂可提高长7段页岩油储层裂缝复杂程度,裂缝沿层理弱面扩展并纵向穿层形成缝网;增能理念应由单井段间交替增能向平台整体注入实现井间、段间协同一体增能转变,单井采用全井段注入增能模式,可实现缝控区域全覆盖。庆城油田某平台进行了页岩油CO_(2)区域增能体积压裂试验,与采用常规体积压裂技术的邻井相比,3口试验水平井平均压力保持程度提高1.5倍,单井平均初期产油量提高28.6%。研究和现场试验结果表明,CO_(2)区域增能体积压裂能提高裂缝复杂程度,增加区域地层能量,提高单井产能,可为鄂尔多斯盆地页岩油开发提供技术支持。

高突煤层CO_(2)致裂增透技术应用研究

针对9206工作面瓦斯抽采效果差的问题,分析了煤层特性,介绍了CO_(2)致裂增透技术原理和工艺,采用CO_(2)致裂增透技术提高煤层透气性后进行抽采,并对致裂效果进行了考察研究。研究结果表明:CO_(2)致裂增透技术实施后,9#煤层瓦斯抽采浓度提高了2倍,抽采流量提高了9倍,60d瓦斯抽查浓度衰减率为16%,抽采效果显著提高。

回采面CO_(2)致裂增透与煤体注碱同步治理硫化氢技术研究

针对低透气性煤层的硫化氢治理问题,采用液态CO_(2)相变致裂煤层强化增透技术,通过分析致裂增透效果,确定增透范围内的应力变化和渗透率变化情况,增加煤层裂隙及透气性,同时在注液孔中注入碱液,使碱液进入到煤层裂隙,从而与更多的硫化氢反应,达到降低硫化氢体积分数的目的,硫化氢体积分数降低比例为65.67%,为工作面的安全生产提供保障。

突出煤层回采面CO_(2)致裂二次强化增透瓦斯抽采技术研究

天池煤矿15号为突出煤层,15604回采工作面在回采过程存在瓦斯超限隐患。为工作面保证安全回采,提出了低渗难抽煤层密集钻孔条件下CO_(2)致裂二次强化煤层增透瓦斯抽采技术,得到以下试验结果:经CO_(2)致裂后,煤层瓦斯浓度有大幅度提升,平均提升4.36倍,瓦斯抽采纯量提高了44%。试验数据表明,CO_(2)致裂技术能显著提高瓦斯抽采纯量及瓦斯抽采浓度,进而有效降低瓦斯涌出量,消除回采过程存在的瓦斯超限隐患,实现高效回采。CO_(2)致裂技术对于保障煤矿工作面的安全生产和提高回采效率具有重要意义。

CO_(2)干法压裂用增稠剂的发展现状

目前,CO_(2)干法压裂是国内外提高油藏采收率的重要方法之一。从现有的研究看,使用无水CO_(2)作为干法压裂的介质,不仅对地层无破坏,还可以促进原油的体积膨胀,改善油水密度比,降低油水间的界面张力。但二氧化碳压裂技术尚不成熟,目前的棘手问题是其携砂及抗滤失性能差,需要研制高效增稠剂。本文从烷烃类、助溶剂、含氟化合物、无氟化合物和含硅化合物等类型的增稠剂入手,对国内CO_(2)增稠剂的研究现状进行梳理和总结,并对液态CO_(2)压裂用增稠剂的发展提出了建议。

煤层注液态CO_2压裂增透过程及裂隙扩展特征试验

针对我国煤层＂高储低渗＂的赋存特征,基于液态CO_2黏度低、阻力小、酸化解堵及相变增压的特点,采用液态CO_2进行煤层压裂增透现场试验,研究煤层压裂过程裂隙扩展规律。结果表明：压裂过程流量随着压力的增长呈现出＂波动＂特性,钻孔周围煤体受CO_2压力作用产生裂隙并向前延伸,压裂初期裂隙扩展速度较快,随后逐渐减小;压裂裂隙同时沿压裂孔轴向和径向扩展;压力及流量曲线在1.8,2.2 MPa处出现拐点,压裂过程分为3个阶段,各阶段煤体破坏形式依次为钻孔破碎区裂隙起裂—弱面扩展—微孔隙破坏。现场压裂试验结果表明压裂半径可达10~20 m,且与水力压裂相比在压裂安全性、时间和效果方面存在技术优势。

CO_(2)致裂技术在贵州大运煤矿、宏发煤矿低渗煤层瓦斯治理应用研究

CO_(2)致裂技术是一种操作简便、使用环保的煤层增透技术,具有安全、高效以及可以重复使用的优点。为了探究CO_(2)致裂技术在贵州高瓦斯低渗透煤矿的应用效果,选取了贵州两处高瓦斯、低渗透煤矿进行现场实验并观测实验结果。通过检测CO_(2)致裂前后煤层瓦斯宏观参数变化,并进行对比分析,结果表明:CO_(2)致裂技术对煤层增透效果明显,相较于未作用煤层,透气性系数提高了3倍,结合瓦斯自然流量衰减系数,原煤层由较难抽采变为可抽采;瓦斯抽采体积分数、瓦斯抽采纯量均有明显提升,并且致裂后瓦斯抽采纯量在30 d范围内有先增加再降低的趋势,应该是致裂后CO_(2)驱替瓦斯导致;致裂后残余瓦斯含量低于5.5 m^(3)/t,小于原始煤层瓦斯含量,并低于《防治煤与瓦斯突出规定》规定的残余吨煤瓦斯含量临界值8 m^(3)/t。表明CO_(2)致裂技术在增透低渗煤层上具有良好的运用效果。

低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术及应用

如何实现深部煤层瓦斯的高效抽采是保障我国煤炭企业安全生产的重要问题,而低透气性煤层瓦斯储层增产改造则是其中的核心技术和热点问题。为解决低透气性煤层瓦斯高效抽采技术难题,研究提出了地应力条件下优势射孔致裂方向的确定方法及低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术,现场试验及应用研究形成了液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法。研究表明:孔壁破裂压力受钻孔方位角、倾角影响具有明显的方向性,并确定了试验区液态CO_2相变定向射孔优势致裂方向;该技术可有效增加煤样孔隙度、孔径、比表面积、可见孔比例等,改善煤岩体内孔隙结构及渗流能力,提高瓦斯抽采纯流量9~12倍,降低煤层瓦斯抽采流量衰减系数92%;现场试验及PFC2D数值模拟研究确定了该技术的影响半径为9~13 m;应用表明液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法,可有效预防低透气高突煤层巷道掘进期间的瓦斯超限问题,提高巷道掘进速度4~5倍。

液态CO_2相变致裂二次增透技术

针对平煤十三矿瓦斯压力高、含量高,前期水力冲孔效果不理想,钻孔后期抽采效率低等情况,将液态CO_2相变致裂技术应用于煤层二次增透。采用理论分析与现场试验相结合,阐述相变致裂机理,分析液态CO2相变致裂技术优势,考察相变致裂效果。现场试验表明,相变致裂后,煤层裂隙大幅增加,抽采54 d,煤层瓦斯单孔平均抽采纯量为致裂前的1.08~1.73倍。

高瓦斯煤层注液态CO_2压裂增透技术试验研究

基于液态CO_2的低温冻结及相变增压特性能够有效致裂煤体,可以达到煤层增透的目的。在淮南矿区张集北矿17246工作面开展了煤层注液态CO_2压裂增透技术工业性试验,沿工作面走向布置2个压裂钻孔、12个抽采钻孔,分2个阶段进行压裂试验,压注液态CO_2共计4.0 t。对Y1、Y2压裂钻孔的压力、流量及泵压进行在线监测,实测压裂后连续26 d瓦斯抽采效果。研究结果表明:试验过程中压裂液流量随压力升高呈现波动特性,试验工艺系统稳定;抽采支管的瓦斯纯流量是压裂前的2.1～3.2倍,瓦斯浓度是压裂前的1.6～3.1倍,累计26 d的瓦斯抽采总量为32 288.57 m3,与普通密置钻孔抽采瓦斯技术相比,经液态CO_2压裂后煤层瓦斯抽采效率明显提高。

CO_(2)辅助增能压裂气体注入时机优选研究

CO_(2)增能压裂与常规水力压裂相比,具有压后增能、返排迅速、对储层伤害小以及单井产能高等优势,在非常规油气藏高效开发中发挥着重要作用。为优化CO_(2)辅助增能压裂过程中气体的注入时机,通过多孔介质气体扩散微观数值模拟、油藏数值模拟方法等分别从微观和宏观角度研究了不同注入时机下CO_(2)波及范围及地层压力分布规律,对比了不同储层物性及CO_(2)注入速度对CO_(2)增能效果的影响。研究结果表明:1)CO_(2)前置注入井筒附近含水饱和度低,CO_(2)伴注井筒附近含水饱和度高,CO_(2)前置注入扩散进入深部地层的CO_(2)量比CO_(2)伴注增加了约50%,深部地层压力上升更多;2)储层物性对CO_(2)增能效果有一定影响,CO_(2)注入过程中,随着孔隙度、渗透率由1%和0.003 mD变为10%和0.01 mD,地层压力进一步上升,最大地层压力可增加约8 MPa;3)在近井筒地带地层压力随CO_(2)注入速度的增加而上升,速度增量越大地层压力上升越明显,超过120 m后地层增能效果不显著。该结果可为非常规储层CO_(2)辅助增能压裂气体注入时机优选及注入方案设计提供参考。

东营凹陷陆相页岩油CO_(2)增能压裂裂缝形态研究

CO_(2)增能压裂改造效果与生产效果评价受压裂裂缝分布的影响。为明确东营凹陷陆相页岩油CO_(2)压裂造缝机理,通过试验确定了CO_(2)浸泡下岩体破裂压力、天然裂缝剪切/张开应力和地应力随时间的变化;在此基础上,考虑CO_(2)浸泡下的岩石应力参数,采用Pen-Robinson方程刻画CO_(2)物性参数变化,结合试验和数模方法,形成了基于节点连接方法的CO_(2)增能压裂裂缝扩展模拟方法,并对东营凹陷某油井进行了实例分析。研究结果表明,CO_(2)比例对分支缝密度的影响较大,当CO_(2)比例由0.1增加至0.3时,分支缝密度增加117%;应力差主要影响缝长及分支缝密度,水平应力差由5 MPa增至30 MPa时,缝长度增加了52%,分支缝密度下降了13.85%。裂缝形态模拟结果与实际监测结果具有较好的一致性,研究结果可以为陆相页岩油压裂方案的制定提供理论参考。

超高压水力割缝和CO_(2)相变致裂联合增透技术研究与应用

针对鲁班山北矿14采区8^(#)煤层地质构造复杂、瓦斯抽采难的问题,提出了超高压水力割缝和CO_(2)相变致裂联合增透技术,并分析其泄压增透原理,同时进行了不同增透方案条件下的现场抽采效果对比试验。结果表明,该联合增透方案的平均单孔瓦斯体积分数分别是普通抽采和超高水力割缝的1.79倍和1.20倍;单孔瓦斯抽采平均纯量分别是普通抽采和超高压水力割缝的3.2倍和1.9倍,90d抽采时间瓦斯抽采影响半径分别是普通抽采和超高压水力割缝的4.58倍和1.38倍,在同等条件下施工钻孔时间分别比普通抽采和超高压水力割缝缩短50.5%和40.6%,瓦斯达标抽采时间分别比普通抽采和超高压水力割缝缩短了66.7%和50%。相较于常规治理技术方案,超高压水力割缝和CO_(2)相变致裂联合增透技术对瓦斯灾害治理的应用效果更为理想。