碎軟低滲煤層高強(qiáng)度壓裂和精細(xì)排采研究——以淮北礦區(qū)為例.pdf

1、碎軟低滲煤層的煤層氣地面開發(fā)，由于單井產(chǎn)量低、衰減快、效果不好，多年來一直是制約我國煤礦區(qū)煤層氣地面開發(fā)、煤礦瓦斯防治工作的重大難題。突破碎軟低滲煤層的煤層氣地面開發(fā)技術(shù)，是當(dāng)今亟待研究的重大科學(xué)技術(shù)命題。本文以淮北礦區(qū)蘆嶺煤礦碎軟低滲煤層為研究對(duì)象，依托油氣國家科技重大專項(xiàng)“煤層氣與煤炭協(xié)調(diào)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目（2008ZX05040）和“兩淮礦區(qū)煤層群開采條件下煤層氣抽采示范工程”項(xiàng)目（2008ZX05064），應(yīng)用煤地質(zhì)學(xué)、石油天然

2、氣地質(zhì)學(xué)、滲流力學(xué)、油氣田開發(fā)、巖石力學(xué)等理論和方法，通過理論研究、模擬分析和工程試驗(yàn)，開展了碎軟低滲煤層的水力壓裂機(jī)理、高強(qiáng)度壓裂增產(chǎn)和精細(xì)排采等理論和技術(shù)工藝研究，并將研究成果應(yīng)用于淮北礦區(qū)蘆嶺煤礦碎軟低滲煤層的5口地面煤層氣井開發(fā)工程試驗(yàn)，取得了以下主要研究成果和認(rèn)識(shí)。
　?。?）揭示了水力壓裂能夠壓開碎軟煤層并形成壓裂縫的機(jī)理。研究認(rèn)為，碎軟煤層壓裂時(shí)能夠形成壓裂縫，主要是因?yàn)樵谒檐浢簩又杏休^硬煤分層，壓裂時(shí)這些較硬煤分層

3、首先被壓開形成裂縫并延伸到軟分層；其次是在高水壓作用下，碎軟煤層也能夠破裂形成壓裂縫并延伸。
　?。?）提出了適合于碎軟煤層高強(qiáng)度壓裂的工藝參數(shù)，推導(dǎo)出加砂強(qiáng)度和壓裂液注入排量的理論定量計(jì)算公式。理論計(jì)算、模擬分析和工程試驗(yàn)結(jié)果表明，碎軟煤層高強(qiáng)度壓裂的最佳參數(shù)是：加砂強(qiáng)度為8-11m3/m，注入排量為7-8m3/min左右，攜砂液平均砂比為15％左右，支撐劑粒度在0.5-1.2mm之間；氮?dú)獍樽⒛軌蛴行岣邏毫岩旱臄y砂能力和裂縫

4、的支撐效果。
　　（3）形成了適用于近鄰煤層合層壓裂的投球分壓高效壓裂技術(shù)工藝。不同碎軟煤層存在力學(xué)性質(zhì)差異，為使合層壓裂時(shí)各個(gè)煤層都能最大程度地壓開，達(dá)到預(yù)期壓裂效果，必須實(shí)施投球壓裂技術(shù)。碎軟煤層的力學(xué)性質(zhì)很難測定，需要通過測井曲線定性判斷出不同煤層的軟硬及其壓裂難易程度，找出首先壓開層段，據(jù)此計(jì)算投球的數(shù)量。
　　（4）開發(fā)出了適用于碎軟煤層的煤層氣井精細(xì)排采技術(shù)，推導(dǎo)了放噴強(qiáng)度和排水降壓階段排采強(qiáng)度的計(jì)算公式。針對(duì)碎

5、軟煤層排采過程中極容易出現(xiàn)吐砂吐煤粉等問題，建立了井底流壓實(shí)時(shí)智能監(jiān)控系統(tǒng)和慢、控、穩(wěn)的分段精細(xì)排采制度，按照井底流壓監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整排水強(qiáng)度，嚴(yán)格控制井底流壓、套壓、產(chǎn)氣速度，防止煤層吐砂吐煤粉，確保煤層氣井處于最佳工作狀態(tài)，產(chǎn)氣效果最好。
　?。?）本文研究成果在淮北礦區(qū)蘆嶺煤礦碎軟煤層的煤層氣地面井組開發(fā)工程中得到應(yīng)用和驗(yàn)證，有效地指導(dǎo)了井組的壓裂和排采工作，取得了良好效果，該井組在連續(xù)6個(gè)月排采期間，單井最高日產(chǎn)氣量高達(dá)