新良友井田岩溶陷落柱特征及加固治理技术研究

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作者 杨乐 吕帅锋 《煤》 2025年第2期12-15,共4页

岩溶陷落柱作为一种隐伏构造对煤矿高效采掘和安全生产具有显著的负面影响。文章以霍西煤田新良友井田陷落柱为研究对象,查明了陷落柱的发育特征,并提出了注浆加固治理方案。研究结果表明,研究区陷落柱呈现弱胶结和破碎性特征,容易冒顶... 岩溶陷落柱作为一种隐伏构造对煤矿高效采掘和安全生产具有显著的负面影响。文章以霍西煤田新良友井田陷落柱为研究对象,查明了陷落柱的发育特征,并提出了注浆加固治理方案。研究结果表明,研究区陷落柱呈现弱胶结和破碎性特征,容易冒顶和诱发滞后导水。对掘进巷道的X11-19陷落柱采用注浆措施,使用水泥浆、双浆液和混合浆液的间接性注入方式,加固顶底板承压能力。注浆加固陷落柱提高了巷道过陷落柱的整体效率,获得了良好的试验效果。 展开更多

关键词 新良友井田 陷落柱 导水性 注浆加固

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内蒙古自治区东部低阶煤层气地质力学特征与勘探开发技术

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作者 陈立超 王生维 +2 位作者 孙钦平 肖宇航 吕帅锋 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期159-169,共11页

内蒙古自治区东部低阶煤层气资源丰富,具备规模开发的潜力,但区内煤层气勘探开发尚处于摸索阶段,特别是低阶煤层气地质力学特征、储层工程品质等研究程度不够,制约了煤层气资源的有效开发。为此,对内蒙古自治区东部霍林河盆地3口煤层气... 内蒙古自治区东部低阶煤层气资源丰富,具备规模开发的潜力,但区内煤层气勘探开发尚处于摸索阶段,特别是低阶煤层气地质力学特征、储层工程品质等研究程度不够,制约了煤层气资源的有效开发。为此,对内蒙古自治区东部霍林河盆地3口煤层气试验井的开发效果进行系统分析,明确了低阶煤层气资源评价及勘探开发中的关键问题,形成了一种低阶煤层气地质力学评价与勘探技术选择模式。研究结果表明:①煤储层渗透性低是该区低阶煤层气开发的关键制约地质因素,但煤层具有硬度高,刚度大,断裂韧度适中,脆性显著的力学品质,适合开展煤储层大规模体积压裂改造。②由于煤岩坚硬,洞穴完井造穴困难,不适合作为煤层气勘探开发主体技术;由于煤储层渗透性低,双U型井井控泄流面积小,试采效果差;直井水力压裂能沟通更多天然裂缝,增大了泄流面积,试采效果好。③低阶煤层气开发的关键是煤储层体积改造,水力压裂除实现储层增渗外,还具有渗吸驱替等功能,因此长水平井+体积压裂是内蒙古自治区东部低阶煤层气勘探开发的关键技术。结论认为,地质力学评价与勘探技术模式的形成为内蒙古自治区东部低阶煤层气资源的高效动用提供了科学依据。 展开更多

关键词 内蒙古自治区东部 霍林河盆地 低阶煤层气 地质力学 储层工程品质 水平井 体积压裂

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内蒙古西部沙漠砂支撑力学性能及压裂工程意义

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作者 陈立超 张典坤 +2 位作者 吕帅锋 肖宇航 王生维 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期137-143,共7页

深层非常规油气压裂裂缝开度小,闭合应力高,资源效益开发对石英砂颗粒的支撑表现提出了更高要求。为摸清强压缩荷载下砂颗粒形变破碎和承载性能演化规律以及主控因素,本工作针对内蒙古西部腾格里、乌兰布和、库布齐沙漠砂,利用自制加载... 深层非常规油气压裂裂缝开度小,闭合应力高,资源效益开发对石英砂颗粒的支撑表现提出了更高要求。为摸清强压缩荷载下砂颗粒形变破碎和承载性能演化规律以及主控因素,本工作针对内蒙古西部腾格里、乌兰布和、库布齐沙漠砂,利用自制加载装置对砂颗粒开展压缩实验,得到加载载荷-位移关系特征,据此分析砂颗粒压缩下的变形破碎规律及支撑表现的演化特征。结果表明:(1)腾格里、乌兰布和、库布齐沙漠砂压缩下位移-载荷曲线包括机械压实阶段、孔隙压缩阶段及弹性变形阶段,三个阶段分别对应砂颗粒的离散状态、点接触状态和面接触状态,随着颗粒接触面积增大其承载能力快速提升;(2)砂颗粒的压实阶段划分及承载能力主要受颗粒粒径和颗粒边界形态的控制,颗粒粒径越小、颗粒边界棱角剧烈,颗粒承载能力更强,其压缩中机械压实阶段和孔隙压缩阶段更短;(3)压缩下细粒砂以矿物面接触形式为主,矿物间接触面积大,力链发育且链长短,协调外部荷载能力强,削弱应力集中,降低砂颗粒破碎率,提升颗粒整体支撑表现,适宜作为深层压裂裂缝充填支撑材料;(4)本工作提出了一种综合颗粒粒径、颗粒边界棱角发育程度的支撑剂评价指标体系,认为圆球度低的棱角发育砂颗粒通过卯榫效应增强整体性,深层裂缝支撑能力更强。 展开更多

关键词 深层压裂裂缝 砂颗粒 压缩作用 颗粒粒度 颗粒形态 支撑表现 内蒙古西部沙漠

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盐度-温度对内蒙古砒砂岩断裂行为耦合作用机理

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作者 陈立超 王生维 吕帅锋 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1065-1074,共10页

低温、矿化流体耦合下砒砂岩断裂力学特征对于内蒙古黄河岸坡岩体稳定性具有关键影响。利用半圆盘三点弯曲加载(semi-circular bending,SCB)对内蒙古准格尔旗砒砂岩在常温、低温条件下断裂行为进行试验研究,研究表明:相同盐度下液氮制... 低温、矿化流体耦合下砒砂岩断裂力学特征对于内蒙古黄河岸坡岩体稳定性具有关键影响。利用半圆盘三点弯曲加载(semi-circular bending,SCB)对内蒙古准格尔旗砒砂岩在常温、低温条件下断裂行为进行试验研究,研究表明:相同盐度下液氮制冷后砒砂岩试样断裂载荷和断裂韧度显著下降,同等温度下试样断裂载荷和断裂韧度随浸泡流体盐度增大线性升高;液氮制冷后砒砂岩试样断裂全程能耗显著低于常温条件下试样,随浸泡流体盐度增加砒砂岩试样断裂能耗呈指数上升;液氮制冷后砒砂岩试样断裂速率远高于常温试样,随盐度增加砒砂岩断裂速率呈现出对数下降趋势;砒砂岩试样断裂韧度、断裂功及断裂速率损伤变量随盐度增大趋近于零,盐度对本区砒砂岩断裂行为影响显著。结合试样断口分析认为常温下砒砂岩内部盐度增大形成结晶(盐敏)效应提升了岩石在外载下的断裂效率,而低温环境砒砂岩内部含盐度增加反而削弱了冰劈效应。 展开更多

关键词 砒砂岩 断裂韧度 含盐流体、低温环境 SCB断裂试验 岸坡稳定性 内蒙古黄河段

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煤储层天然裂隙系统对水力压裂裂缝扩展形态的影响分析 被引量：29

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作者 吕帅锋 王生维 +4 位作者 刘洪太 李瑞 董庆祥 肖宇航 申鹏磊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2590-2601,共12页

煤储层压裂改造过程中,天然裂隙系统对压裂裂缝的开启和延展具有重要影响。通过对沁水盆地寺河、成庄和新元煤矿21口地面煤层气井的井下精细解剖,描述并统计了天然裂隙系统和压裂裂缝形态及类型,并阐明了二者之间的作用关系。结果表明,... 煤储层压裂改造过程中,天然裂隙系统对压裂裂缝的开启和延展具有重要影响。通过对沁水盆地寺河、成庄和新元煤矿21口地面煤层气井的井下精细解剖,描述并统计了天然裂隙系统和压裂裂缝形态及类型,并阐明了二者之间的作用关系。结果表明,煤储层中天然裂隙系统根据成因和规模分为层面裂隙、外生节理、气胀节理、内生裂隙、层理裂隙和微裂隙,且按照裂隙规模和导流能力将其分为4个级别。井下观测的压裂支撑裂缝主要与规模较大的一级天然层面裂隙和外生节理有关,伴生次级天然裂隙对压裂裂缝的扩展影响较小。压裂裂缝主要形态包括垂直裂缝、水平裂缝、“T”型和倒“T”型裂缝、“工”型裂缝等4种,其中,水平压裂裂缝受顶底板和煤层间层面裂隙、宏观煤岩类型间层面裂隙以及构造煤分层的控制。垂直压裂裂缝扩展方向具有选择性,受最大主应力和天然裂隙的共同作用,研究区的最大主应力方向与天然裂隙优势方位间的夹角小于临界夹角,因此垂直压裂裂缝主要沿着煤层外生节理扩展。“T”型和倒“T”型裂缝、“工”型裂缝等复合压裂裂缝形态还受到煤层结构和煤体结构等的共同制约。此外,考虑到天然裂隙对煤岩强度的影响,提出压裂裂缝启裂方向为地应力与煤岩结合力之和最小值的方向。 展开更多

关键词 煤储层 天然裂隙系统 压裂裂缝 扩展形态 启裂准则

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煤层气排采过程中储层压降动态变化影响因素 被引量：12

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作者 李瑞 王生维 +3 位作者 吕帅锋 肖宇航 粟冬梅 吴川 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第7期93-99,共7页

为了进一步认识煤层气排采过程中储层压降传递规律及其对煤层气排采的影响,在煤储层裂缝系统发育与分布特征观察研究的基础上,分别建立了煤裂缝系统及煤基质内压降传递地质模型,并分析总结了储层压降传递影响因素及其相互关系。结果表明... 为了进一步认识煤层气排采过程中储层压降传递规律及其对煤层气排采的影响,在煤储层裂缝系统发育与分布特征观察研究的基础上,分别建立了煤裂缝系统及煤基质内压降传递地质模型,并分析总结了储层压降传递影响因素及其相互关系。结果表明:煤储层压降传递及动态变化主要受储层渗透率、含水性、含气饱和度、煤解吸/吸附特性以及井底流压影响,其中储层大裂缝系统内的压降传递主要与渗透率、含水性以及井底流压相关;而煤基质内的压降传递则主要与含气饱和度及煤解吸/吸附特征相关。鉴于储层压降传递及其影响因素在煤层气排采中的作用,提出煤层气排采前应首先掌握影响储层压降的地质参数特征;排采过程中井底流压的控制应充分考虑影响储层压降的各因素之间的联系。 展开更多

关键词 煤层气 储层压降 井底流压 排采优化

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顺煤层钻进用可降解聚合物钻井液 被引量：7

7

作者 吕帅锋 王生维 +4 位作者 乌效鸣 王道宽 董庆祥 肖宇航 黄河 《钻井液与完井液》 CAS 北大核心 2016年第4期20-26,共7页

沁水盆地南部寺河矿区15号煤含气量高，埋深较浅，具有良好的煤层气开发潜力。针对15号煤煤体结构复杂和顶底板为富含水层的灰岩，在顺煤层钻进时主要存在的携屑困难、井壁失稳、容易漏失和储层污染难题，研发了微固相可降解聚合物钻井... 沁水盆地南部寺河矿区15号煤含气量高，埋深较浅，具有良好的煤层气开发潜力。针对15号煤煤体结构复杂和顶底板为富含水层的灰岩，在顺煤层钻进时主要存在的携屑困难、井壁失稳、容易漏失和储层污染难题，研发了微固相可降解聚合物钻井液体系。通过煤粉悬浮、煤岩取心模拟护壁、黏度衰减和渗透率恢复实验评价了该体系的基本性能。实验结果表明，该体系携带岩屑效果好，抑制作用强，能够减小井眼扩径，同时配合生物酶的降解作用，储层渗透率伤害率可以从50％降低到25％。该钻井液在中国首个煤层气工厂化钻井平台X-2井进行现场试用，钻井液密度为1．01～1．03g／cm^3，漏斗黏度为35～40s，API滤失量小于15mL，pH值为8～10，加入生物酶后黏度降低40％，顺煤层段成功钻进900m。 展开更多

关键词 顺煤层钻进 可降解聚合物钻井液 生物酶 井壁稳定 防止地层损害

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人工煤心的制作及其渗流特征

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作者 吕帅锋 乌效鸣 +2 位作者 粟冬梅 张业畅 王道宽 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2016年第1期25-27,共3页

由于天然煤心取心成功率低,孔裂隙分布不均,给室内煤心评价实验带来很大困难,因此用煤样、黏土和水压制出直径准25 mm具有原煤样部分物性的人工煤心。人工煤心的微小裂隙分布均匀,裂隙宽度是天然煤心煤基质孔隙的数十倍,其孔隙度受到压... 由于天然煤心取心成功率低,孔裂隙分布不均,给室内煤心评价实验带来很大困难,因此用煤样、黏土和水压制出直径准25 mm具有原煤样部分物性的人工煤心。人工煤心的微小裂隙分布均匀,裂隙宽度是天然煤心煤基质孔隙的数十倍,其孔隙度受到压制压力控制,而且液体渗透率和气体渗透率与孔隙度有一定的幂函数关系。不同流体通过人工煤心的渗透率来评价流体对煤储层的伤害程度,为室内评价实验提供有利的基础条件。 展开更多

关键词 人工煤心 压制压力 渗透率 渗流特征 裂隙

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煤层气井近井压裂裂缝充填特征与堵塞机制 被引量：12

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作者 陈立超 王生维 +3 位作者 何俊铧 李瑞 刘建华 吕帅锋 《中国石油大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期117-122,共6页

近井部位压裂裂缝内微粒运移与堵塞是煤层气井减产的重要因素之一。客观查明近井压裂裂缝内充填特征规律与堵塞机制对气井解堵理论深化、解堵工艺改进非常关键。基于煤矿掘进工作面开挖观测现象,对沁水盆地南部煤层气直井近井压裂裂缝... 近井部位压裂裂缝内微粒运移与堵塞是煤层气井减产的重要因素之一。客观查明近井压裂裂缝内充填特征规律与堵塞机制对气井解堵理论深化、解堵工艺改进非常关键。基于煤矿掘进工作面开挖观测现象,对沁水盆地南部煤层气直井近井压裂裂缝内充填特征与裂缝堵塞机制进行系统分析。结果表明:煤层气井近井压裂裂缝内充填物由煤粉、支撑剂及完井滤饼组成;完井滤饼对压裂裂缝启裂、延展及支撑剂分布具有关键控制作用,近井裂缝壁面完井滤饼能够减缓压裂液的滤失速率,但在滤饼尖灭位置压裂液滤失速率突然增大时极易脱砂形成脱砂楔体,楔体在流体冲击下压实致密,排采期气液两相流携带煤粉流经脱砂楔体时卡在砂粒间形成裂缝堵塞;基于颗粒堆积模型与黄金过滤原则,针对研究区粒度中值0.045 mm的煤粉,脱砂楔体处注入支撑剂粒径大于0.900 mm可降低裂缝内煤粉堵塞程度。 展开更多

关键词 煤层气井 压裂裂缝 完井滤饼 煤粉运移 堵塞

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煤储层能量及其对煤层气开发的影响——以郑庄区块为例 被引量：5

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作者 肖宇航 朱庆忠 +7 位作者 杨延辉 刘忠 鲁秀芹 吕帅锋 周秋成 张晨 王刚 王玉婷 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期3286-3297,共12页

煤储层内不同相态物质在地层演化过程中积聚有不同类型能量。为明确煤层气开发过程中,不同相态物质状态随能量变化而发生改变及其对煤层气开发影响,利用单位体积弹性变形势能公式和等效弹簧模型计算煤岩基块弹性势能及裂缝开度最大缩减... 煤储层内不同相态物质在地层演化过程中积聚有不同类型能量。为明确煤层气开发过程中,不同相态物质状态随能量变化而发生改变及其对煤层气开发影响,利用单位体积弹性变形势能公式和等效弹簧模型计算煤岩基块弹性势能及裂缝开度最大缩减量;利用朗格缪尔等温吸附公式和理想气体等温膨胀做功公式推算等温条件下吸附煤层气膨胀能;利用纳维-斯托克斯方程定性分析煤层水压强能、重力势能和动能间转化关系;利用氦气、甲烷和去离子水渗透率测试平行试验研究影响煤岩导流能力主要因素。综合分析煤层气开发全过程中,各相态物质间能量转化及各物质状态改变;并于郑庄区内选定地质条件相似但能量特征不同4个相邻煤层气井组,结合各自产出特征和局部煤储层能量特征,探讨煤储层能量对煤层气开发影响。结果表明:在系统能量平衡被打破之后,煤岩通过膨胀对外做功释放弹性势能,引发裂隙开度缩减;吸附煤层气是煤层气产出动力源,通过解吸、扩张释放膨胀能,同时持续侵占煤层水流动空间;裂缝开度缩减会阻碍煤层水压强能与吸附煤层气膨胀能间联系,使后者不再随前者变化而改变。研究认为:煤层水压强能越大,煤储层产水潜力越强;吸附煤层气膨胀能越大,越利于煤层气产出;煤岩基块弹性势能和裂缝开度最大缩减量越小,越利于煤层气开发;煤岩基质变形对煤储层内流体产出影响不明显,而流体运移方式以及传质效率的改变对煤储层内流体产出影响明显。煤储层局部小范围内所承载能量存在差异,此种差异对煤层气井产出影响显著。煤储层能量是决定煤层气开发效果关键要素。 展开更多

关键词 煤储层能量 煤层气开发 郑庄区块 煤基质变形 能量转化

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固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响 被引量：14

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作者 陈立超 王生维 +2 位作者 张典坤 李瑞 吕帅锋 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期74-81,共8页

目前针对于煤层气井近井部位固井水泥浆侵入的方式和形态规模、固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响机制及其与煤层气井开采效果的内在关联方面的研究较少。为了深化煤储层压裂裂缝延展理论并给煤层气井水力压裂施工方案优化提供... 目前针对于煤层气井近井部位固井水泥浆侵入的方式和形态规模、固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响机制及其与煤层气井开采效果的内在关联方面的研究较少。为了深化煤储层压裂裂缝延展理论并给煤层气井水力压裂施工方案优化提供支撑,选取沁水盆地煤储层中基质—裂隙发育组合迥异的区块,对部署在不同部位气井的固井水泥浆侵入方式和水泥环形态规模进行了系统刻画,分析了不同固井水泥浆侵入方式下的压裂力学判据,针对深部气井难于开挖解剖其固井水泥浆侵入特征的实际问题,提出了破裂压力当量的定义,在此基础上,对郑庄区块39口煤层气井的压裂排采数据进行了分析,总结了固井水泥浆不同侵入方式对煤层气井压裂、排采的影响。研究结果表明:①煤层气井固井水泥浆的侵入方式包含固井水泥浆正常充注型(硬煤基质)、加厚型(构造煤)及煤岩—水泥胶结界面型(硬煤裂隙带)等3种;②由破裂压力当量(pt)小于1.50 MPa,固井水泥浆均匀充注在气井井眼—套管环空,可以判断气井位于硬煤基质;由pt介于1.50~9.00 MPa,固井水泥浆沿井壁构造节理缝挤侵入储层内形成胶结滤饼,可以判断气井位于硬煤裂隙带;由pt大于9.00 MPa,固井水泥在井眼环空垮塌空间加厚形成纺锤体,可以判断气井位于构造煤;③位于硬煤基质的气井在排采期间气井产气量缓慢增加到峰值,并可在峰值部位稳产较长时间,而后产气量缓慢下降,位于构造煤的气井在排采初期很快见产,随后产气量迅速衰减,硬煤裂隙带气井在排采初期产气量快速上升并达到峰值,但稳产时间较短,而后产气量缓慢下降。 展开更多

关键词 煤层气井 固井水泥浆侵入 水力压裂 破裂压力当量 裂缝延展 沁水盆地 郑庄区块

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海/陆相页岩微观力学性质压痕测试研究 被引量：7

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作者 陈立超 张典坤 +1 位作者 吕帅锋 王生维 《油气地质与采收率》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期31-38,共8页

页岩微观力学性质对页岩油气储层钻井、完井、压裂改造具有关键影响。利用X射线衍射、微观结构扫描电镜及压痕测试等手段对四川盆地海相页岩和内蒙古石拐盆地陆相页岩进行研究,结果表明:海相页岩由石英、方解石、白云石及黄铁矿等自生... 页岩微观力学性质对页岩油气储层钻井、完井、压裂改造具有关键影响。利用X射线衍射、微观结构扫描电镜及压痕测试等手段对四川盆地海相页岩和内蒙古石拐盆地陆相页岩进行研究,结果表明:海相页岩由石英、方解石、白云石及黄铁矿等自生矿物组成,微观结构较为致密,维氏硬度平均值为2.43 kN/mm^(2),岩石坚硬、刚度大,储层破裂压力较高;陆相页岩由石英、钠长石、高岭石和蒙脱石等外源矿物组成,黏土矿物含量高是其显著特征,粒间孔隙发育,结构相对疏松,其维氏硬度平均值为0.80 kN/mm^(2),储层破裂压力较低。海相页岩不同方向上压痕位移差异大,易形成辐射裂缝(纹),其脆性强,储层压裂可采取低裂缝净压力以减小裂缝后期回弹;而陆相页岩不同方向上压痕位移相似且不易形成辐射裂缝,其脆性弱,储层压裂可考虑高裂缝净压力加载,以保障压裂裂缝残余宽度。 展开更多

关键词 海/陆相页岩 微观结构 维氏硬度 压痕实验 页岩储层压裂 裂缝回弹效应

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深部煤层气水平井水力压裂技术——以沁水盆地长治北地区为例 被引量：29

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作者 申鹏磊 吕帅锋 +4 位作者 李贵山 任博 白建平 贾晋生 陈召英 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2488-2500,共13页

储层改造是获得低渗透煤层气井高产的重要手段,虽然我国深部煤层气资源丰富,但是由于煤储层渗透率低,面临着不同煤层气地质条件下的储层改造技术适应性差的困境。以沁水盆地长治北部地区为例,介绍了研究区地质概况和开发模式,分析了4种... 储层改造是获得低渗透煤层气井高产的重要手段,虽然我国深部煤层气资源丰富,但是由于煤储层渗透率低,面临着不同煤层气地质条件下的储层改造技术适应性差的困境。以沁水盆地长治北部地区为例,介绍了研究区地质概况和开发模式,分析了4种深部煤层气井水力压裂工艺技术及应用效果。结果显示以水平井为主要井型、实现压裂后井间干扰提产是规模化开发深部煤层气资源的主要途径。光套管压裂技术可实现大规模压裂,但容易造成储层污染,且可调性较差导致压裂效果偏差;连续油管压裂技术自动化程度和作业效率高,是目前的主流压裂技术,但是配套设施要求较高、成本高;常规油管压裂技术可实现射孔、压裂、封隔一体化作业,且射流效应定向性强,但是不能够带压作业,容易造成压力激动、压后堵前。为此,自主开发了常规油管带压压裂新技术。该技术以常规油管压裂技术为基础,在井口和井下油管内安装稳压装置控制压裂过程中油管内外的带压状态,配合钢丝绳打捞装置,优化上提下放程序,从而实现带压拖动压裂作业。该技术压裂施工曲线以压力平稳型为主,能够形成连续和平直的压裂裂缝通道,减少储层伤害;微地震监测显示压裂裂缝两翼长达70 m;试验井日产气量达4000 m^(3)以上;同时节约了作业成本,提高了压裂效率。 展开更多

关键词 深部煤层气 水平井 水力压裂 带压油管压裂技术 裂缝监测

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层理方向对高变质煤体压裂破坏特征影响研究 被引量：1

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作者 陈立超 王生维 +1 位作者 张典坤 吕帅锋 《中国煤炭》 2022年第10期37-44,共8页

水力压裂期间煤储层裂缝壁面煤体变形及破坏特征是压裂液滤失路径分析及伤害评价的关键。通过单轴压缩实验对层理与加载方位夹角0°、30°、45°、60°和90°高变质煤岩圆柱试样实施加载,获得不同层理方向煤岩试样... 水力压裂期间煤储层裂缝壁面煤体变形及破坏特征是压裂液滤失路径分析及伤害评价的关键。通过单轴压缩实验对层理与加载方位夹角0°、30°、45°、60°和90°高变质煤岩圆柱试样实施加载,获得不同层理方向煤岩试样应变应力关系及岩石力学参数,基于应变能理论对不同层理方向上煤岩脆性进行评价,并初步构建水力压裂高变质煤岩裂缝壁面煤体破坏模式进行研究。结果表明:高变质煤岩单轴压缩加载下呈现“阶段”破坏特征,随着夹角a增加煤岩脆性先增强后减弱,单轴抗压强度、弹性模量、泊松比等岩石力学参数先升高后降低,在30°时最大;夹角a为0°、60°和90°时,单轴压缩下煤岩试样发生张性劈裂破坏,而夹角a在30°和45°时,试样发生剪切断裂破坏,整体上张性破裂破坏形式断裂能量耗散远低于剪切破坏。基于煤岩破坏特征,认为煤储层层理面与压裂裂缝面法向夹角0°、60°和90°时,压裂期间压裂液易沿张性裂缝滤失且深度较大;而30°和45°时煤储层压裂裂缝壁面煤体形成闭合剪切裂缝,可延缓压裂液滤失速率。 展开更多

关键词 高变质煤 煤岩层理方向 煤体破坏模式 压裂裂缝壁面 压裂液滤失 单轴压缩实验

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深部煤层气水平井测-定-录一体化地质导向技术 被引量：15

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作者 申鹏磊 白建平 +2 位作者 李贵山 吕帅锋 贾晋生 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2491-2499,共9页

我国深部煤层气资源丰富,目前已逐步进入勘探开发阶段,但经济高效的煤层气井数量偏少。钻井工程导向技术是制约煤层气水平井产能的首要因素:一方面,要求着陆井段轨迹平滑,使着陆层位和角度与地层参数相互匹配,以免造成后期排采设备故障... 我国深部煤层气资源丰富,目前已逐步进入勘探开发阶段,但经济高效的煤层气井数量偏少。钻井工程导向技术是制约煤层气水平井产能的首要因素:一方面,要求着陆井段轨迹平滑,使着陆层位和角度与地层参数相互匹配,以免造成后期排采设备故障率高、排采不连续的现象;另一方面,水平段煤层钻遇率尽可能高,以保障供气充足。基于此,在总结前期深部煤层气水平井地质导向经验基础上,提出集测井、定向、录井技术于一体的地质导向技术,最大限度优化井眼轨迹,提高靶点着陆准确度和水平段煤层钻遇率。该技术主要流程为:根据前期有限的钻探、地震等资料建立目的层地质模型,钻井工程实施过程中通过垂直井段获取钻遇地层的测井参数响应值,水平段钻进时实时对比定向和录井参数,及时校正随钻伽玛,利用GeoWorks软件进行层位对比和划分,并建立动态地质模型,进而调整和预测后续井眼轨迹。通过沁水盆地横岭区块HL-U-04井实例应用,该技术取得了良好的应用效果,施工周期缩短了30%,煤层钻遇率提高了24.47%。该井完钻后连续油管压裂套管压力在5.7 m^3/min的排量下稳定维持在35 MPa,达到了储层改造效果,投产后该井排采初期日产气量稳定在1000 m^3左右。因此,测-定-录一体化地质导向技术提高了水平井钻井技术的精确性和高效性。 展开更多

关键词 深部煤层气 测-定-录一体化 地质导向 井眼轨迹 煤层钻遇率

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深层倾斜风化煤层特征及其对煤层气开发的影响--以河北大城区块南部为例 被引量：10

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作者 张鹏豹 肖宇航 +7 位作者 朱庆忠 刘忠 陈彦君 韩峰 吕帅锋 刘振兴 关小曲 周智 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期86-96,共11页

深层煤层气资源是我国煤层气产业规模发展的重要基础和接替领域,但深层煤层气的主要赋存状态、吸附/解吸、扩散/渗流特性及富集规律尚不清楚,至今仍处于勘探开发试验阶段。为了探索和明确深层煤层气关键评价地质要素和勘探开发方向,以... 深层煤层气资源是我国煤层气产业规模发展的重要基础和接替领域,但深层煤层气的主要赋存状态、吸附/解吸、扩散/渗流特性及富集规律尚不清楚,至今仍处于勘探开发试验阶段。为了探索和明确深层煤层气关键评价地质要素和勘探开发方向,以河北大城区块南部深层煤层气开发有利区的成功识别为基础,分析了风化作用对深层倾斜煤层物性和含气性的影响,对比讨论了不同深度试验井的压裂和试采效果,总结了该区深层煤层气的开发有利模式。研究结果表明:①大城区块石炭系—二叠系主力三、六煤组Ro介于0.7%~1.2%,以气、肥煤为主,含气量大于6 m^(3)/t;②煤层受风化作用的影响,力学强度降低,质地疏松,多呈碎块、光泽暗淡;③三煤组风化边界埋深介于1800~2200 m,六煤组风化边界埋深介于1800~2000 m;④试验井证实风化带边界附近埋深相对较浅区域中煤层气产量较高,生产稳定,产气潜力可观;⑤在河北大城区块南部深层倾斜煤层中存在一段以风化带边界为下限的煤层气开发有利区。结论认为,该研究成果不仅为区内深层煤层气的开发指明了方向,还为其他深层煤层气地区的开发提供了借鉴。 展开更多

关键词 河北大城区块 深层煤层气 倾斜煤层 风化作用 储层物性与含气性 试采效果 开发有利模式 开发有利区

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碳纳米管复合固井水泥动静态断裂性能试验研究 被引量：3

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作者 陈立超 张典坤 吕帅锋 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S02期148-153,共6页

深部油气井射孔压裂环节对固井水泥材料增韧阻裂性能要求苛刻,本工作针对大掺量碳纳米管复合固井水泥材料,利用动静态三点弯加载装置对碳纳米管(CNTs)掺量为0.05%(质量分数,下同)、0.10%及0.30%的复合固井水泥SCB试样在不同加载率下的... 深部油气井射孔压裂环节对固井水泥材料增韧阻裂性能要求苛刻,本工作针对大掺量碳纳米管复合固井水泥材料,利用动静态三点弯加载装置对碳纳米管(CNTs)掺量为0.05%(质量分数,下同)、0.10%及0.30%的复合固井水泥SCB试样在不同加载率下的断裂行为进行研究,探究碳纳米管掺入对油气井固井水泥在冲击下的增韧止裂影响机理,研究结果表明:静态加载下碳纳米管固井水泥K_(IC)在0.56~0.61 MPa·m^(0.5),动态冲击下碳纳米管固井水泥K_(IC)在0.46~3.48 MPa·m^(0.5)。随着加载率提升,碳纳米管固井水泥断裂韧度线性增大;随着加载率提升,试样加载位移-载荷卸载段曲线斜率降低,预示材料断裂破坏形式由静态加载下的脆性断裂过渡为韧性断裂;在静态、低速及高速加载下,当碳纳米管掺量超过0.05%时,继续加入碳纳米管对固井水泥高速冲击吸能效率提升作用甚微,反而导致固井水泥强度削弱、成本上升。随着加载率提升,固井水泥试样由张裂破坏到剪切断裂再到冲压压碎,试样碎度提升。碳纳米管复合固井水泥动态断裂性能加载率效应显著;认为碳纳米管固井水泥在高速冲击下增韧机制包括碳纳米管的纤维管束合力、纤维拉拔效应、界面解离和裂缝偏转效应。 展开更多

关键词 碳纳米管固井水泥 断裂行为 三点弯试验 加载率效应 井筒完整性

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致密砂岩Ⅰ型断裂行为的温度效应研究 被引量：2

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作者 陈立超 吕帅锋 张典坤 《矿业科学学报》 CSCD 2022年第6期700-709,共10页

致密砂岩裂缝复杂程度对于提升致密气储层压裂改造效率、增大资源动用程度具有实际意义。本文利用三点弯曲加载手段结合SEM分析对致密砂岩半圆弯曲(SCB)试样在室温、液氮低温条件下的力学特性、断裂行为、断裂路径规律及断裂能特征进行... 致密砂岩裂缝复杂程度对于提升致密气储层压裂改造效率、增大资源动用程度具有实际意义。本文利用三点弯曲加载手段结合SEM分析对致密砂岩半圆弯曲(SCB)试样在室温、液氮低温条件下的力学特性、断裂行为、断裂路径规律及断裂能特征进行表征,讨论液氮低温作用下的致密砂岩预裂机制。研究结果表明:(1)液氮低温处理后致密砂岩试样断裂荷载、断裂韧度较室温状态均明显降低,而层理平行加载方位试样上参数略有增大,推测与液氮低温对层理面增强有关;(2)液氮低温处理后试样裂缝扩展路径复杂度提升,裂缝条数增多并出现裂缝分叉汇聚等现象,液氮预裂对致密砂岩断裂复杂度提升效果显著;(3)液氮预裂后致密砂岩断裂能显著降低,最大降幅达46.98%;(4)室温下致密砂岩断裂路径主要沿矿物晶界发展,形成沿晶裂缝,岩石改造程度低;液氮低温处理后砂岩试样以沿晶断裂、穿晶断裂及颗粒断裂形成复杂裂缝形式,促进了穿晶裂缝与复杂缝网形成。综上,致密砂岩储层压裂中低温预处理能有效降低储层破裂压力,实现裂缝端部岩石韧-脆转换,提升压裂裂缝复杂程度。 展开更多

关键词 致密砂岩 液氮低温 层理 断裂韧度 岩石韧-脆转换 压裂裂缝复杂程度

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煤层气井防伤害钻井液技术 被引量：1

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作者 吴员 吕帅锋 《科技创新与应用》 2017年第8期136-136,共1页

煤层气井钻井过程中,钻井液往往对煤储层渗透性造成伤害,进而影响产气量。在安全钻进的基础上为了最大程度减小储层伤害,研发了生物酶可降解钻井液体系。可降解聚合物钻井液在山西的U型井和L型井已有试用成功案例,有望择机在新疆顺煤层... 煤层气井钻井过程中,钻井液往往对煤储层渗透性造成伤害,进而影响产气量。在安全钻进的基础上为了最大程度减小储层伤害,研发了生物酶可降解钻井液体系。可降解聚合物钻井液在山西的U型井和L型井已有试用成功案例,有望择机在新疆顺煤层井进行应用,以期减小储层伤害,提高产气量。 展开更多

关键词 煤层气井 可降解聚合物钻井液 煤储层保护 清除污染

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沁水盆地深部煤层气开发井完井技术进展

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作者 申鹏磊 吕帅锋 +3 位作者 白建平 李国富 杨燕青 熊章凯 《煤炭科学技术》 2025年第2期255-265,共11页

沁水盆地深部煤储层具有低渗-特低渗、局部高饱和、低孔隙率、高热演化程度的地质特征,在直井/水平井+大规模压裂的开发模式下,需要与之相适应的完井技术才能保证储层改造和后期生产效果。系统分析煤层气开发水平井常规单层套管完井技... 沁水盆地深部煤储层具有低渗-特低渗、局部高饱和、低孔隙率、高热演化程度的地质特征,在直井/水平井+大规模压裂的开发模式下,需要与之相适应的完井技术才能保证储层改造和后期生产效果。系统分析煤层气开发水平井常规单层套管完井技术、裸眼/筛管完井技术、套管+滑套完井技术的不同井身结构和井下工具类型,并对不同完井技术的适用条件和技术特点进行了论述。研究结果表明:常规单层套管完井技术施工工艺成熟,三开完井结构应用普遍,但不利于降本增效;二开完井结构仅适用于煤储层上覆地层较为稳定、无含水层或微弱含水层的地质条件;裸眼/筛管完井技术可减少煤层段的污染,但无法进行后期储层改造,适用于煤体结构完整、煤层渗透性强的储层;套管+滑套完井技术可省去压裂前的射孔作业,但井下工具的正常运行无法保障且后期压裂排量受到限制。针对U型开发井组中的生产直井,在井筒无法满足大规模压裂作业的前提下,提出了新型双层套管完井技术,该技术的原理是在老井筒中根据地质条件和老井特点通过优选套管和固井工具来重塑井筒,满足后期压裂工艺和保证压裂改造效果。其特点主要是在目的煤层顶板以上采用了水泥封固,配合高抗压、较大内径套管,使井筒能够满足高施工压力的大规模压裂,同时煤层段选用筛管,节约了射孔费用,还可有效避免排采阶段地层坍塌掩埋井筒煤层段。该技术在沁水盆地深部煤储层成功应用,试验成果表明其能够满足深部煤层气大规模、高施工压力下的压裂作业,具有推广前景。 展开更多

关键词 沁水盆地 深部煤层气 完井技术 双层套管 大规模压裂

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