大兴矿煤层气水力压裂工艺及储层改造分析
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2019年第12期(总第171期)ENERGY AND ENERGY CONSERVATION2019年12月技术研究煤矿水力压裂切顶卸压工艺分析韩军军(山西煤炭进出口集团左权宏远煤业有限公司,山西左权032600)摘要:在煤矿开采过程中,采空区坚硬顶板悬而不垮存在很大的安全隐患。
为了消除这种隐患,常常采用水力压裂切顶来软化顶板进行卸压。
简要介绍了水力压裂切顶卸压的原理,分析了其实现的工艺流程以及压裂钻孔的布置参数,以期为现场施工提供一定的技术参考。
关键词:采空区;坚硬顶板;卸压;水力压裂中图分类号:TD322文献标识码:A文章编号:2095-0802-(2019)12-0102-02Analysis on Pressure Relief Process of Coal Mine Hydraulic FracturingHAN Junjun(Zuoquan Hongyuan Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi Coal Imp.&Exp.Group,Zuoquan032600,Shanxi,China)Abstract:In the process of coal mining,there is a great safety hazard in the hard roof hung and no falling of the goaf.In order to eliminate this hidden danger,hydraulic fracturing chopping is often used to soften the top plate for pressure relief.This paper briefly introduced the principle of hydraulic fracturing and roof cutting pressure relief,and analyzed the process flow and the layout parameters of fracturing drilling to provide certain technical reference for on-site construction.Key words:goaf;hard roof;pressure relief;hydraulic fracturing0引言水力压裂自提出以来,已应用于石油和天然气工业、水利水电工程、地热资源开发、核废料储存、地应力测量等领域,显示出较高的工业应用价值。
煤层气开采与集输工艺研究煤层气,又称为煤层甲烷,是一种非常规天然气,其主要成分为甲烷。
煤层气的开发利用对于能源安全、环境保护以及气候变化等方面具有重要意义。
然而,煤层气开采与集输工艺的研究仍面临许多挑战,如低渗透性、水气共存、地层复杂等多方面问题。
本文将探讨煤层气开采与集输工艺的研究现状及存在问题,并提出可能的改进途径。
近年来,国内外学者针对煤层气开采与集输工艺进行了广泛研究。
在开采方面,主要有水力压裂、注气增产等工艺技术。
其中,水力压裂通过将高压水流注入煤层,使煤层产生裂缝,从而提高煤层气的产量。
在集输方面,主要有管道输送、压缩天然气(CNG)输送等技术。
管道输送具有高效、节能、安全等优点,但建设成本较高;CNG输送则适用于远距离运输,但压缩效率较低。
然而,煤层气开采与集输工艺在实际应用中仍存在诸多问题。
水力压裂虽然可提高产量,但易导致煤层过度压裂,影响煤层稳定性。
管道输送过程中易出现泄漏、堵塞等问题,需要加强维护管理。
CNG输送的压缩效率较低,导致运输成本较高。
本文采用文献综述和实验研究相结合的方法,对煤层气开采与集输工艺进行研究。
收集国内外相关文献资料,系统梳理煤层气开采与集输工艺的研究现状及存在问题。
然后,设计并进行集输工艺实验,通过模拟不同工况条件下的集输过程,对管道堵塞、泄漏等问题进行检测和评估。
实验过程中采用先进的测量仪器,确保数据的准确性和可靠性。
运用统计分析方法对实验数据进行处理和分析。
实验结果表明,在煤层气开采过程中,水力压裂可显著提高煤层气的产量,但同时可能导致煤层稳定性的降低。
集输过程中管道易发生堵塞和泄漏,严重影响集输效率。
针对这些问题,本文提出以下改进途径:优化水力压裂技术,控制压裂液的成分和注入量,以减少对煤层的损害,提高煤层稳定性。
加强管道维护管理,定期进行巡检和检测,发现泄漏、堵塞等问题及时处理。
结合CNG输送技术,提高压缩效率,降低运输成本,适用于远距离运输。
煤矿地面水力压裂增透技术研究及应用随着煤矿深度的增加和采空区的扩大,煤层裂隙的连通性逐渐减弱,导致煤层透水性下降。
为了提高煤层透水性,一些煤矿企业通过地面水力压裂技术来实现增透,取得了很好的效果。
本文以某煤矿为例,介绍了其水力压裂增透技术的研究及应用情况。
地面水力压裂增透技术是一种通过喷射高压水流将水平煤层裂隙强制扩张的技术。
其原理基于以下三个方面:1.地应力效应。
煤层深度越深,地应力越大。
在高压水流的冲击下,煤层裂隙会逐渐扩大,破裂面积增大,导致煤层透水性增加。
2.水流冲刷效应。
高压水流在进入煤层裂隙后,会引起局部水流速度的剧烈变化。
这种水流速度变化会产生剪切力和摩擦力,使煤层裂隙周围的颗粒产生磨蚀和冲刷,促进煤层裂隙的扩大和连通。
3.压缩弹性效应。
在高压水流的作用下,煤层内的孔隙和裂隙会遭受水压力和应力的双重作用,从而产生弹性变形。
当水流停止喷射后,孔隙和裂隙会恢复原状,形成较大的空隙和缝隙,进而改善煤层透水性。
二、技术应用过程1.制定施工计划。
根据煤层地质条件和透水性要求,制定施工计划,明确水力压裂方案、施工工艺和设备配置等内容。
2.选择施工点位。
选取煤层透水性较差的地段,确定水力压裂的施工点位和井点位置,同时进行现场勘察和测量,明确煤层深度、倾角、孔隙度和裂隙特征等参数。
3.布设压裂管网。
根据地质条件和水平煤层裂隙的特点,选择合适的压裂管径和喷嘴数量、排列方式,在施工点位井筒内布设压裂管网,并将其与高压水泵和控制系统连接。
4.试压和压裂。
先进行试压,检测管道系统的密封性和耐压性,并根据煤层特点和地质结构参数调整水流压力和流量。
然后开始压裂作业,根据水力压裂方案逐级进行压裂,使煤层裂隙扩张,直到达到要求的透水性。
5.井筒修复和安全措施。
水力压裂后,需要对井筒进行修复和加固,确保井壁的完整性和稳定性。
同时,应选派专人进行安全监测和管道维护,以确保压裂作业的安全性和顺利性。
某煤矿应用地面水力压裂增透技术后,取得了以下几个明显的效果:1.煤层透水性显著提高。
天然气井的水力压裂技术及其效果分析一、概述天然气井水力压裂技术是通过人工将大量压力水注入井下,以控制良好条件下的压力释放和裂缝扩张,从而提高天然气采集效率。
目前,天然气行业井数逐年增加,天然气井的水力压裂技术在采气过程中起着举足轻重的作用。
本文将介绍天然气井水力压裂技术及其效果分析。
二、天然气井水力压裂技术的原理水力压裂技术是指通过泵注的压力,将液体(建议使用水)注入井底,通过一定的压力控制,裂缝从井底向井壁扩张,达到破碎地层、增大岩石孔隙度的目的,进而释放岩石中的天然气,增加采气效率。
随着现代技术的发展,现如今的地质勘探已经采用了尖端的压裂技术,并开展了相应的研发活动,以适应不断变化的天然气井采掘需求。
三、天然气井水力压裂技术的优点1. 提高天然气采集效率:压裂可以使天然气沉淀体积变大,从而提高采集效率。
2. 增加天然气储备:通过压裂技术,能够发挥天然气储藏潜力,为能源储备提供技术支持,从而为国家经济的快速发展提供稳固基础。
3. 节约能源成本:采气过程中,不同的采气方式所造成的成本差异不容忽视。
而水力压裂技术采气效率高、节约成本而成为行业热门。
四、天然气井水力压裂技术的劣势1. 压制达不到预期效果:尽管现代压裂技术已经发展多年,但压制成果仍然无法完全预测,无法保证达到预期效果。
2. 环境影响:水力压裂技术会释放很多有害物质,这些物质可能对周围环境造成不利影响。
3. 停机时间:压裂过程会停机2-3天,造成资源浪费和采气效率低下。
五、天然气井水力压裂技术的应用水力压裂技术广泛应用于提高天然气采集效率,如美国等国家已经广泛使用。
此外,中国也在积极探索水力压裂技术的应用。
六、天然气井水力压裂技术的效果分析水力压裂技术的效果取决于几个因素,其中最为关键的是压力和研究区域的地质情况。
研究显示,水力压裂技术可以显著提高天然气探采可能性,但其成果仍有不确定性。
七、结论天然气井水力压裂技术作为一种被广泛应用于能源行业的技术,兼具优点和劣势。
文献综述前言水力压裂是油田增产一项重要技术措施。
由地面以超过地层吸收能力的排量高压泵组将液体注入井中,此时,在井底附近便会蹩起压力,当蹩气的压力超过井壁附近地层的最小地应力和岩石抗张强度时,在地层中便会形成裂缝。
随之带有支撑剂的液体泵入缝中,裂缝不断向前延伸,这样,在地层中形成了具有一定长度、宽度及高度的填砂裂缝。
由于压裂形成的裂缝提高了产油层导流能力,使油气能够畅流入井内,从而起到了增产增注的作用。
为了完成水力压裂设计,在地层中造成增产效果的裂缝,需要了解与造缝有关的地应力、井筒压力、破裂压力等分布与大小。
这些因素控制着裂缝的几何尺寸,同时对与地面与井下设备的选择有关。
同时,用于水力压裂的压裂液的性能、数量,支撑剂的排布情况关系到裂缝的几何尺寸,压裂技术-端部脱砂技术,对提高压裂效果起到很大作用,这些因素关系到能否达到油田增产的目的,需要进行详细研究。
在建立适当的裂缝扩展模型的基础上,实现现场实际生产情况的模拟研究,对进一步优化水力压裂参数,提高压裂经济实用性起到很大作用。
这项油田增产措施自发展以来,得到国内外广泛采用,并且经不断的开发试验,已取得很大成效。
水力压裂技术的发展过程水力压裂技术自 1947 年美国堪萨斯州进行的的第一次试验成功以来,至今近已有60余年历史。
它作为油井的主要增产措施,正日益受到世界各国石油单位的重视及采用 ,其发展过程大致可分以下几个阶段:60 年代中期以前 ,各国石油公司的工作者们的研究工作已适应浅层的水平裂缝为主,此时的我国主要致力于油井解堵工作并开展了小型压裂试验。
60 年代中期以后 ,随着产层加深 ,从事此项事业的工作者以研究垂直裂缝为主。
已达成解堵和增产的目的。
这一时期 ,我国发展了滑套式分层压裂配套技术。
70 年代 ,工作进入到改造致密气层的大型水力压裂阶段。
我国在分层压裂技术的基础上 ,发展了蜡球选择性压裂工艺 ,以及化学堵水与压裂配套的综合技术。
80 年代 ,逐步进入了低渗油藏改造时期,并开始了优化水力压裂设计。
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。
233吴起油田地处鄂尔多斯盆地陕北斜坡(伊陕斜坡),目前生产层位主要为侏罗系延安组和三叠系延长组,属“低压、低渗透、低空隙”油藏,尤其是三叠系下组合油藏储层物性较差,在油水井投产、措施改造必须采用水力压裂工艺措施,油田压裂工艺为油田稳产提高采收率做出了突出贡献。
但在压裂施工作业中经常会遇到很多问题,现对油田压裂施工中常见问题进行分析及处理措施。
1 储层压不开原因分析(1)地质因素:因地层物性较差,目的层无注入量或注入量较低达不到设计要求。
处理措施:在安全压裂施工范围内,井下管柱或地面设备不超压的情况下进行瞬间多次起停泵憋压压开地层、或挤酸预处理再进行压裂。
(2)井下压裂管柱、工具因素:①压裂封隔器下入位置与设计不符或压裂工具组配错误;②压裂管柱不通;处理措施:封隔器位置错误可以现场调整隔器位置后在进行压裂,如组配错误则起出后重新按设及进行下入,或大排量反洗出油管中堵塞物后在进行压裂。
(3)井身因素:①射孔炮眼污染严重(主要为钻井泥浆污染);②射孔质量问题;③旧井结蜡结垢严重炮眼被堵;处理措施:对于射孔炮眼污染严重压开目的层后地层吸入量较低可以先进行挤酸预处理,因射孔质量问题可以重新进行射孔后在进行压裂,对于旧井压裂改造前先进行套管刮削洗井后在进行压裂见图1。
图1 压裂施工曲线2 封隔器不座封原因分析(1)封隔器损坏:固井后套管壁有水泥块或在下压裂管柱速度过快。
处理措施:在压裂措施作业前先进行套管刮削控制下钻速度。
(2)封隔器上部管柱有裂缝或穿孔:使用旧井油管压裂时因油管磨损腐蚀被损坏。
处理措施:利用旧油管压裂时先进行清蜡对油管试压、检查油管丝扣是否完好。
(3)下入喷砂器或直咀直径不符合设计要求:修井技术员未按设计选取合适的喷砂器或直咀。
处理措施:现场排查无其他原因后起出原压裂管柱检查直咀及封隔器是否完好,重新下入进行压裂。
3 压窜的原因分析(1)层间窜:同时射开两层,上下夹层比较薄,压裂时易窜层;处理措施:下入三封或选择两层合压。
水力压裂法
水力压裂法,又称“水力破裂法”,是能改善油气钻井工程体系性能的一种重要技术
和手段。
水力压裂是指以水为媒介,结合压裂剂,利用压力使岩石发生微裂纹,从而提高油气
井吸积能力和作用机理的工程技术。
压裂介质水由压裂头中以特殊形式喷涌出,将岩石破裂,建立裂缝系统存在,从而改善油气井产出条件,从而达到增产改造的目的。
压裂液的
流动、压裂的面积大小等参数,需要经过科学的计算,并且就水力压力选择合理的范围。
通过根据每个油气井油层的相对性参数,做出合理的水力压裂工程设计是实现“水力破裂法”有效作用的关键。
压裂技术在油气井工程改造中的施工形式有开敞式和帜状型两种,以及组合式和水力
颗粒增效式等几种。
油气井压裂时,应考虑压裂液压力、喷涌速度、喷涌面积、水流量等参数,以充分发
挥水、压裂剂等起壁材料和反勾结材料的作用,控制裂缝大小,实现井眼增产增收的目的。
油气钻井中水力压裂法的强大作用,不仅改变了传统的油气开采技术,而且在油气开
采中发挥了不可替代的作用。
水力压裂法在油气井开井改造中发挥了历史性的作用,大大
提高了油气采收率和经济效益,实现了油气资源的有效利用,为世界各国经济建设作出了
巨大贡献。