《煤田地质与勘探》“煤层气储层增透改造技术” | 虚拟专题

来源：煤田地质与勘探

我国成煤环境复杂，煤层气储层往往具有非均质性强、储层物性差、构造煤普遍发育等特征，尤其是随着深度的增加，温压条件变化大、地应力增大，限制了煤层气资源的高效开发。为此，国内外学者围绕储层改造增透，提出了水力压裂、激光热裂、CO2致裂、可控冲击波、超声波等技术，不同技术有各自的适应条件和应用效果，为此，整理出本刊近几年发表的相关研究成果，供同行交流。

行业视野: 煤田地质与勘探
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井地联合压裂长输管路支撑剂悬浮运移规律模拟研究

作者(Author)：李浩哲, 姜在炳, 孙四清, 朱传勇, 范耀, 郭勇, 程斌

摘要：井地联合压裂是煤矿井下长钻孔分段压裂的发展趋势之一，压裂液经地面压裂泵加压后通过地面贯通井、煤矿井下长输管路进入煤矿井下长钻孔实施大排量压裂。支撑剂在长输管路中的悬浮运移规律对于优化设计加砂参数、避免管路中砂堵具有重要意义。通过室内实验评价压裂液的流变性能和携砂性能；基于欧拉−颗粒流理论构建数值模拟模型，研究水平管内支撑剂悬浮运移规律及其影响因素；探讨压裂液携带支撑剂运移的流态以及临界沉降流速的计算模型。结果表明：1%降阻剂的加入能够使活性水压裂液黏度提高3~5倍，支撑剂密度越小，压裂液黏度、砂比越高，支撑剂在压裂液中的沉降速度越小；支撑剂在水平管内的流动受到多因素的综合影响，压裂液流速越小，支撑剂密度和粒径越大，支撑剂在管道底部的沉积越严重，携砂效果越差；随着管路直径的增大，管道出口截面支撑剂体积分数最大的位置由管道中下部移动至管道底部，支撑剂流动对于管路的磨损加重；砂比越大，支撑剂间的相互作用越强，压裂液携砂能力降低；优选采用疏浚技术规范推荐的模型计算活性水携砂条件下的支撑剂临界沉降速度，随着管路直径的增大，所需的临界携砂排量呈指数式增大，提高压裂液黏度可降低携砂所需的临界排量。建立的携砂运移临界排量模型和总结的支撑剂运移规律可对管路直径和压裂液排量进行优化匹配，为井地联合压裂施工提供理论支撑。

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煤田地质与勘探

2023年第11期

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不同储层射孔参数适用性评价技术研究

作者(Author)：毕刚, 吴捷敏, 杨尚谕, 李蒙蒙, 韩斐, 汪鑫, 崔颖

摘要：射孔参数对油气井产能有着重要的影响，目前对射孔参数的优选大都基于单因素分析，缺乏多因素的综合分析评价。笔者应用有限元模拟的方法，开展不同储层条件下射孔参数对井口流量影响规律的分析研究，首先建立射孔完井储层压降的几何模型，进行射孔后流体流动模拟研究，得到均质储层、各向异性储层、裂缝性储层的射孔参数、各向异性参数及天然裂缝参数对储层压力场及渗流场的影响规律。定量计算孔深、孔密、孔径、相位角、污染带深度及污染程度等参数与井口流量的关系，并设计不同储层不同射孔方式下射孔参数多因素分析的正交实验，得到每种工况下的井口流量。然后利用灰色关联理论分析在不同储层条件、不同射孔方式下各参数与井口流量之间的灰色关联系数，进而对各参数进行适用性评价，并形成射孔参数优化设计软件。保证套管抗挤毁能力降低不超过5%，以射孔完井产能比最大为目标，针对实际射孔参数组合，结合F油田进行射孔参数优化，给出了不同储层、不同射孔方式下射孔优化方案。最后对射孔参数进行敏感性分析，得到射孔深度、相位角、孔密的变化对定向井产能的影响规律，随着孔深、孔密的增加水平井日产量和累产量均逐渐增加，45°相位角时油井日产量与累产量均高于0°相位角。基于有限元模拟的正交实验实现了射孔参数的多因素综合评价，灰色关联法提高了射孔参数权重的可靠性，本研究为射孔参数合理范围优选提供依据。

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煤田地质与勘探

2023年第07期

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煤储层水力压裂裂缝内支撑剂运移控制因素实验研究

作者(Author)：苏现波, 范渐, 王然, 汪露飞, 赵峰振, 王乾

摘要：煤储层水力压裂裂缝的有效支撑是确保煤层气高效产出的重要条件。通过可视化实验研究了裂缝形态、压裂液量、排量和性质对裂缝内支撑剂运移的影响。结果表明：首先，单一开度不变裂缝内支撑剂分布相对均匀，而局部单一变开度裂缝和网状裂缝内，支撑剂运移受压裂液流速变化、裂缝壁阻挡等作用，能够形成具有支撑剂柱和无支撑剂房的房柱式支撑；房柱式支撑对于深部应力敏感伤害严重的储层是一种有效的支撑方式。其次，单一变开度裂缝和网状裂缝内会发生明显的颗粒架桥效应，使得具有不同开度的各级裂缝允许通过的支撑剂粒径范围存在较大差异；同时当裂缝发生砂堵时，进一步注入压裂液会促进裂缝转向开启新裂缝，说明端部脱砂有利于缝网改造。最后，随压裂液量和排量增大，支撑剂运移距离增加，且网状裂缝内支撑剂能够进入更多分支裂缝，裂缝支撑面积显著提升；而向压裂液中加入减阻剂后黏度增加，能够有效提升压裂液携砂能力，并进一步增大裂缝内支撑剂运移距离和支撑面积。基于上述结果，建议采用大排量、大液量水力压裂，并采用低伤低阻压裂液与包含粉砂、细砂、中砂和粗砂的多级配支撑剂，提升储层内各类、各级裂缝支撑效果，促进流体高效产出。研究结果能够为煤层气、煤系气储层压裂工艺的优化提供实验支撑。

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煤田地质与勘探

2023年第06期

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大宁–吉县区块深层煤层气井酸压工艺及现场试验

作者(Author)：刘长松, 赵海峰, 陈帅, 甄怀宾, 王成旺

摘要：我国深层煤层气资源储量丰富，但煤储层改造工艺技术与深层地质条件匹配耦合性问题亟需解决。为探究深层地质条件下煤储层改造技术，以大宁–吉县区块为地质背景，从该区块深层8号煤层岩石力学参数角度对体积压裂可行性进行评价，并采用室内三轴酸压物模实验进行验证。基于室内实验的基础上，针对此区块8号煤层特征，提出采用“高排量、低酸量、适中砂比”体积酸压工艺技术，并配合“交替注酸、分段加砂、变排量注入”复合工艺。基于此工艺原理开展复合盐酸、氨基磺酸体积压裂现场试验。结果表明：现场11口产气井日产气量累计达20 469 m~3，其中10口生产直井最高产气量可达5 791 m~3/d;1口生产水平井投产后日产气最高1.1万m~3，同时体积酸压工程因素(排量、加液强度)与裂缝监测破裂面积存在较好相关性。提出应进一步提升压裂液排量且应优选在11～15 m~3/min；应减小整体用酸量，同时进一步优选酸液浓度；优选低密度支撑剂并优化加砂工艺以提升加砂规模；清洁压裂液加液强度优选在150～250 m~3/m；同时应提升配套设备质量，例如提升套管钢级，优化压裂设备等。研究从体积酸化压裂工程角度为该区块及类似地质条件下深层煤层气的勘探开发提供了技术借鉴。

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煤田地质与勘探

2022年第09期

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煤矿井下长钻孔分段水力压裂技术研究进展及发展趋势

作者(Author)：孙四清, 李文博, 张俭, 陈冬冬, 赵继展, 郑凯歌, 龙威成, 王晨阳, 贾秉义, 杜天林, 刘乐, 杨欢, 戴楠

摘要：“十三五”以来，围绕“我国煤矿井下煤层区域增透瓦斯高效抽采和坚硬顶板岩层弱化区域治理”两大难题，将定向长钻孔与分段压裂技术结合，通过技术攻关与装备研发及工程试验，在煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂技术和装备研发及工程示范应用等方面均取得了明显进展。主要表现在如下4个方面：（1）开发了适合于煤矿井下煤岩层裸眼定向长钻孔不动管柱和动管柱两种分段水力压裂工艺技术与工具，不动管柱分段压裂工程应用钻孔长度突破了500 m，单孔压裂实现了5段；动管柱分段压裂钻孔长度工程应用突破了800 m，单孔压裂实现了17段。（2）研发了煤矿井下低压端加砂压裂泵组和高压端加砂压裂装置，低压端加砂泵组压力达到了70 MPa，排量达到90 m~3/h，携砂比达到20%；高压端加砂压裂装备耐压能力达到55 MPa，一次连续加砂压裂的砂量达到750 kg；低压端和高压端加砂装备均在现场进行了工程应用，应用结果表明装备均具有较好携砂压裂能力。（3）建立了碎软煤层围岩分段压裂和硬煤顺层钻孔分段压裂区域增透瓦斯高效抽采技术模式，前者在山西阳泉矿区和陕西韩城矿区应用钻孔瓦斯抽采纯量均值分别达到了2 811 m~3/d和1 559 m~3/d，后者在陕西彬长矿区应用钻孔瓦斯抽采纯量达到了2 491 m~3/d。（4）探索出了坚硬顶板强矿压煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂主动超前区域弱化治理的新模式，工程应用钻孔长度突破了800 m，坚硬顶板分段水力压裂治理后，顶板来压步距、动载系数和最高压力值较未压裂区分别下降了18.9%～70.6%,5.8%～7.9%,13.7%～19.4%，有效治理了工作面坚硬顶板引起的强矿压灾害。随着煤矿井下分段水力压裂技术改进和煤矿智能开采发展的实际需要，提出了煤矿井下大排量高压力智能压裂泵组、井下长钻孔裸眼分段压裂智能工具等装备和煤矿井-地联合分段水力压裂技术研发方向，以更好地推动煤矿井下水力压裂技术与装备发展，为煤矿安全高效绿色智能开采提供技术和装备支撑。

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煤田地质与勘探

2022年第08期

402

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基于地质–工程条件约束的可控冲击波煤层致裂行为数值分析

作者(Author)：秦勇, 李恒乐, 张永民, 赵有志, 赵锦程, 邱爱慈

摘要：可控冲击波(CSW)岩层致裂技术作为岩层改造领域的一项变革性技术，已在煤层改造等方面取得显著应用效果，并在煤炭安全开采领域开展应用探索。然而，受实验及现场监测条件限制，前期对地质–工程因素约束下的CWS岩层致裂基本规律理解不足，制约了对致裂机理的探索及现场作业参数的优化。鉴于此，在阐述CSW煤层改造及其面临的工程科学问题基础上，采用基于连续介质力学的离散元方法(CDEM)开展数值模拟，以进一步揭示地应力、煤岩力学性质、冲击波加载条件约束下的CSW煤层致裂行为及其基本规律。结果显示，CSW加载条件对致裂效果的影响存在最优范围，过度加载会导致近井地带煤体崩解，煤粉产出率增加，造成煤储层伤害；同时，煤体破碎导致波阻抗及冲击波衰减速度增大，限制有效改造半径扩展；地应力增大，破裂半径、破裂度存在临界值，水平主应力差对CSW冲击裂隙形态、扩展方位及缝网连通程度存在显著影响。研究揭示，CSW煤岩致裂效果对力学性质的响应存在选择性：弹性模量与破裂半径、破裂度之间存在拐点临界值；黏聚力增大，煤岩脆性变小，致裂效果变差；抗拉强度似乎对CSW致裂效果没有明显影响。研究成果可为CSW作业煤层优选及参数优化措施提供参考。

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煤田地质与勘探

2021年第01期

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