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收稿日期:2008-09-03作者简介:王东浩(1983-),女,吉林长春人,西南石油大学在读硕士,主要从事煤层气增产技术研究。
煤层气增产措施及存在的问题王东浩1,郭大立1,计 勇1,张鹏飞1,韦书铭2(1.西南石油大学,四川成都 610500;2.新疆油田分公司勘探公司,新疆克拉玛依 834000)摘 要:煤层裂隙系统是煤层气运移的主要通道,但其连通性差、渗透率低,因此需进行增产改造。
文章介绍了煤层气增产的水力压裂、注气驱替、多分支水平井、复合射孔压裂、采煤采气一体化、洞穴完井等几项措施,并对这些煤层气增产措施存在的问题进行了分析,指出了其技术研究的方向。
关键词:煤层气;增产;水力压裂;注气驱替;多分支水平井中图分类号:TD 712 文献标识码:B 文章编号:1005-2798(2008)12-0033-03我国煤层气资源丰富,发展煤层气工业不仅可以减轻石油供给压力、补充常规天然气长远资源量的不足,而且将有效改善煤矿生产安全条件,保护大气环境。
目前,制约我国煤层气开发利用的瓶颈除投资不足、政策扶持力度不够外,主要是针对性的基础研究和技术创新不够,缺乏适应于我国煤层气及其储层特点的重大技术,如资源预测与评价技术、钻井技术、增产改造技术、排采技术、地面建设与监测技术等。
而煤层气增产改造技术是其中的核心和关键,也是国际煤层气产业化所面临的、亟待解决的重大科学问题。
1 几种煤层气增产措施当前,煤层气增产措施主要包括水力压裂、注气驱替、多分支水平井、复合射孔压裂、采煤采气一体化、洞穴完井等。
1.1 水力压裂水力压裂是煤层气增产的首选方法、也是主要措施,美国90%以上的煤层气井是由水力压裂改造的,我国产气量在1000m 3/d 以上的煤层气井几乎都是通过水力压裂改造而获得的。
水力压裂主要是利用液体的传压作用,经地面设备将压裂液在大排量条件下注入井内,压开煤层裂缝,加入支撑剂,形成多条具有高导流能力的渗流带,沟通煤层裂隙。
我国是一个煤层气资源较为丰富的国家。
煤层气的储量与天然气的储量大致相同。
煤层气是一种具有高效化、清洁化特征的新型能源。
煤层气资源的有效开发，可以在一定程度上化解我国的能源需求。
针对我国煤层所具有的低饱和、低渗透和低压特点，利用水力压裂技术等技术进行增产改造，可以让煤层气井的开采量得到有效提升。
由于煤层的自身介质结构、生成环境和物性特征与常规地层之间存在着一定的差异，因而煤层气气压裂裂缝起裂扩展方式成为了人们在煤层气研究领域所要关注的问题。
1 煤岩压裂的主要影响因素1.1 天然裂缝割理天然裂缝、割理是煤层中的主要裂隙系统[1]。
它们对压裂裂缝的形态复杂性有着较为重要的影响。
天然裂缝与割理对水利裂缝的形态的影响具有一定的差异性。
天然割理的影响主要集中于水力裂缝的延伸过程，天然裂缝对水力裂缝的起裂和延伸过程均有影响。
在天然裂缝的影响下，煤层气也裂缝在延伸过程中也会出现突然转向和次生裂缝。
1.2 地应力地应力大小是煤层气井水利压裂裂缝的起裂压力、其列位置和裂缝形态的主要影响因素。
根据学者对煤岩压裂问题的研究情况，煤层地应力差与起裂压力之间存在着一种接近于负相关的关系。
煤层气气压裂缝的起裂压力与水平主应力差系数之间存在着正相关关系。
一般而言，破裂压力的影响因素主要为天然裂缝与最大水平主应力见的夹角，在随机裂缝性储层压裂下，高水平应力茶会产生较为品质的水利主缝；低水平应力差会让裂缝起裂扩展方式表现为网状扩展模式。
1.3 煤岩力学性质煤岩的力学性质主要涉及到了以下内容：一是煤岩的密度和硬度；二是煤岩的弹性和强度；三是煤岩的断裂特征等内容。
根据一些学者的煤样测试结果，弹性模量地、脆性大、易破碎和易受压缩是煤岩的主要特点。
煤岩结构所具备有的非均质性特征会让煤岩的原生裂缝系统和次生裂缝系统表现出复杂性的特点，因而煤层气压裂裂缝的物理力学性质具有着较为显著的各向异性特征。
相比于常规的压裂结果，煤层气压裂裂缝起裂扩展所形成的裂缝与会表现出缝面粗糙和不规则网络状特点。
煤层致裂增透技术
煤层致裂增透技术是一种使煤层储层自主破裂的方法，以增加气
体和液体的渗透能力，从而提高对煤层气的开采效率。
煤层气资源具
有地埋浅、分布广、储量大、经济效益好等特点，但煤层气开采存在
许多问题，如勘探难度大，开采周期长，渗透性差等。
煤层致裂增透
技术能够有效地解决这些问题，已经成为一种先进的煤层气开采技术。
煤层致裂增透技术的原理是通过施加高压液体，使得煤层裂缝扩
大并形成一定的渗透能力。
具体操作步骤为，先在煤层下注入水泥浆，形成一定的孔隙系统。
然后以高压水将水泥浆压入煤层中，同时对煤
层施加高压作用，使煤层产生裂缝。
裂缝扩大后，可以将一定量的高
压水注入煤层中，沿裂隙向地下水系统渗透，从而提高了煤层的渗透
能力。
煤层致裂增透技术的优点是降低了开采难度，提高了气体和液体
的渗透能力，同时也降低了开采成本。
缺点是，需要进行较高的水压
强度，有可能对周边地层造成损伤。
并且，对水资源的需求量也较大。
总之，煤层致裂增透技术能够提高煤层气开采的效益，但是需要根据具体情况进行合理选择和应用。
随着技术的不断进步和应用，相信煤层气开采将迎来更加广阔的发展前景。
浅谈煤矿井下的水力压裂技术随着我国煤矿开采深度逐步增加，瓦斯灾害日益突出，为保证煤矿安全生产，人们越来越重视瓦斯灾害的治理研究。
目前瓦斯抽放是瓦斯治理最有效的措施，但由于国内煤层具有低渗透率的特点，瓦斯抽放效果有限，如何提高煤层的渗透率，增大透气性系数，成为目前瓦斯治理工作研究的重点。
当前常用的方法主要有深孔松动爆破和煤层高压注水压裂两种，前者虽然能够提高煤层的渗透率，但在应用过程中易产生哑炮而留有安全隐患。
目前淮南矿业集团正大力推广水力压裂增透技术，提高钻孔抽采效果，减少钻孔施工数量，实现技术经济一体化。
1 水力压裂增透技术基本原理煤矿井下水力压裂是一种使低渗煤层增透的技术，其基本原理是借助高壓水通过钻孔以大于煤岩层滤失速率的排量向煤岩体注入，克服最小地应力和煤岩体的抗拉强度，在煤层各种原生弱面内对弱面两壁面产生的劈裂或支撑作用使弱面发生张开、扩展和延伸，从而对煤层形成内部分割，这种分割过程一方面通过原生弱面的张开和扩展，增大了裂隙等弱面的空间体积，增加了煤体孔隙率；另一方面原生孔裂隙等弱面的延伸增加了孔裂隙之间的连通，形成相互交织的多裂隙连通网络，增加了瓦斯的运移通道，正是由于这种裂隙连通网络的形成，致使煤层的渗透率大大提高，在负压抽采过程中，使得吸附瓦斯得以快速解吸，从而提高低渗煤层的抽采效果。
2 施工背景淮南潘一矿东井西一（13-1）盘区顶板回风上山揭13-1煤预计瓦斯压力达到5MPa左右，突出危险性较大，为提高揭煤消突钻孔的预抽效果，达到快速消突的目的，确保安全、高效地揭过13-1煤层。
选择对该处揭煤采取水力压裂增透技术。
3 钻孔施工3.1 水力压裂钻孔设计本次压裂试验压裂半径按30m进行设计，共设计5个压裂钻孔，分别为压1、压2、压3、压4与压5，其中压2与压5均穿过13-1煤层1m，即进入13-1煤层顶板1m。
5个压裂钻孔分两个地点进行压裂，其中压1、压2、压3孔在1252（3）底板巷施工，压4与压5在揭煤巷道施工至法距15m处施工。
压裂裂缝扩展行为与产能模拟研究随着石油和天然气的需求不断增加，减少开采成本和提高产量的重要性越来越大。
其中一种被广泛使用的技术是压裂技术。
压裂可以创造裂缝并扩大裂缝，以增加油气的渗透性。
这项技术已经被广泛使用，并已取得了很多成功。
但是，人们对于压裂行为和扩展裂缝的机理仍不十分清楚。
压裂技术原理压裂技术是在井孔内通过高压水泥浆或压缩空气的力量将井内岩石破碎形成孔隙。
压裂通常被用来提高天然气和石油的产量，提高渗透率和流量。
这种技术对于产水井和工程注水孔也有很多应用。
压裂强度很高，需要使用高压水泥浆或压缩空气才能实现。
压裂的方法主要分为两种：水力压裂和气体压裂。
水力压裂是使用高压水泥浆注入井内，形成裂缝等孔隙。
气体压裂是将空气注入井管，使用高压气体将岩石破碎。
压裂行为与裂缝扩展机理压裂过程中的裂缝扩展行为和裂缝网络形成机理一直是压裂技术研究中的重要问题之一。
在这个过程中，裂缝在岩石中扩散和变形。
根据实验和模拟研究，裂缝的扩展主要受到以下因素的影响：1. 岩石结构：岩石的类型和强度对扩展裂缝的影响很大。
比如，岩石的高孔隙率、低强度和易变形性将有助于更快、更深地形成裂缝。
2. 压力：压力是导致裂缝扩展的第二个主要因素。
如果壳体表现出类似于抗压的特性，则裂缝会受到较小的影响，反之则会被快速地扩展和扩大。
3. 液体可运动性：液体可运动性对裂缝的形成和扩展有着巨大的影响，特别是在极端深度和高压下。
液态物质的运动方式会影响裂缝的扩展速度和方向。
4. 数值模拟：数值模拟对于裂缝扩展的研究则是压裂技术研究中的重要环节之一。
这种技术可以通过关键量的统一计算和预测来减少实验和装置的成本，同时可以获得大量重要的数据。
压裂技术的产能模拟研究近年来，随着能源需求的不断增加，压裂技术得到了广泛的应用。
可以通过一系列的生产分析和模拟来评估压裂技术的效果、为后续开采和升级提供数据支持。
压裂技术产能模拟通过计算和预测生产数据和高水平信息，可以帮助人们确定压裂井的介质和储量单位对采油策略和管理的在场应用。
水力压裂技术研究现状及发展趋势一、引言水力压裂技术是一种通过高压水将岩石裂开的方法，以便在其中注入液体或气体。
该技术广泛应用于石油和天然气勘探和生产领域。
本文旨在通过对水力压裂技术的现状和发展趋势进行研究，以了解该技术的最新进展和未来发展方向。
二、水力压裂技术的基本原理1.1 原理介绍水力压裂技术是一种将高压水注入地层中，以产生足够的裂缝来释放储层中的天然气或石油的方法。
该技术可以通过在井口附近钻孔并注入高压水来实现。
当高压水进入地层后，它会向外扩张，并在地层中形成裂缝。
这些裂缝可以增加储层中可供采集的天然气或石油量。
1.2 水力压裂技术的主要步骤（1）井口附近钻孔；（2）注入高压水；（3）形成地层中的裂缝；（4）释放储层中的天然气或石油。
三、水力压裂技术的现状2.1 技术应用范围水力压裂技术广泛应用于石油和天然气勘探和生产领域。
在美国，该技术已被广泛应用于页岩气和页岩油的开采。
2.2 技术发展历程水力压裂技术最早是在20世纪40年代开发出来的。
当时，该技术主要用于增加储层中可供采集的天然气或石油量。
随着时间的推移，该技术得到了不断改进，并被广泛应用于各种类型的储层中。
2.3 技术优势和不足之处水力压裂技术具有以下优势：（1）可以提高储层中可供采集的天然气或石油量；（2）可以增加能源产量；（3）可以减少对进口能源的依赖；（4）可以创造就业机会。
但是，该技术也存在一些不足之处：（1）可能会对环境造成负面影响；（2）可能会导致地震活动；（3）可能会对地下水资源造成污染。
四、水力压裂技术的发展趋势3.1 技术改进和创新随着技术的不断发展，水力压裂技术将继续得到改进和创新。
例如，可以通过改变注入液体的化学成分来提高效率，并减少对环境的影响。
3.2 研究新的能源资源随着传统石油和天然气储层的逐渐枯竭，研究新的能源资源将成为未来水力压裂技术发展的重点。
例如，可以研究深层天然气、页岩气和煤层气等资源。
3.3 加强环保措施由于水力压裂技术可能会对环境造成负面影响，因此加强环保措施将成为未来该技术发展的重点。
