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顶板水平井分段分簇压裂治理掘进巷道瓦斯模式研究
1
作者 王博 侯恩科 +5 位作者 马良 孙四清 杜新峰 杨建超 王正喜 单元伟 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期114-126,共13页
为了解决淮南矿区碎软低渗煤层掘进巷道瓦斯抽采效率低的问题,提出了煤层顶板水平井分段分簇压裂瓦斯治理模式。运用数值模拟方法和物理相似模拟方法研究了煤层顶板水平井水力压裂裂缝扩展过程;运用产能模拟的方法研究了分段分簇压裂的... 为了解决淮南矿区碎软低渗煤层掘进巷道瓦斯抽采效率低的问题,提出了煤层顶板水平井分段分簇压裂瓦斯治理模式。运用数值模拟方法和物理相似模拟方法研究了煤层顶板水平井水力压裂裂缝扩展过程;运用产能模拟的方法研究了分段分簇压裂的产气效果,对分簇压裂和不分簇压裂进行了剩余瓦斯含量对比分析。裂缝扩展数值模拟结果表明:煤层顶板水平井内的裂缝能够扩展至煤层,将煤层全部压开,且由于煤层的塑性大于顶板砂质泥岩,煤层形成比顶板更为宽泛的压裂缝。裂缝扩展物理相似模拟结果表明:在考虑了泥岩伪顶发育的条件下,水平钻孔布置在碎软煤层顶板的砂岩内,在合理的垂直距离和大排量压裂液施工的环境下,若煤层发育有较薄的泥岩伪顶,裂缝能沿着射孔孔眼穿过直接顶−伪顶界面(粉砂岩−泥岩界面)和伪顶−煤层界面(泥岩−煤层界面),扩展至下伏煤层内,裂缝延伸形成1条弯曲不规则的阶梯型裂缝,能实现对碎软煤层的压裂改造目标。但是,当煤层发育有较厚的泥岩伪顶时,泥岩对水力压裂产生了阻挡作用,导致裂缝难以压开下伏煤层。产能模拟结果表明:在相同的地层环境和施工条件下,经过3 a的抽采,单段不分簇压裂能够产生更大的瓦斯抽采影响范围,但不能均匀降低掘进巷道的瓦斯含量,压裂段之间出现了瓦斯抽采空白带,分簇压裂产生的瓦斯抽采影响范围小,却能够更均匀的降低掘进巷道的瓦斯含量。经过在淮南地区潘谢煤矿的工程验证,在10 m^(3)/min的施工排量下,裂缝长度最长可以达到193.8 m,最大缝高27.0 m,单井日产气量最高达到1490 m^(3)/d,2 a的瓦斯抽采量达到31×10^(4) m^(3),说明煤层顶板水平井分段分簇压裂技术是淮南地区碎软低渗煤层掘进巷道瓦斯高效抽采的有效模式。 展开更多
关键词 掘进巷道 瓦斯治理 顶板水平井 分段分簇压裂 裂缝形态 产能模拟
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基于测井信息的煤层顶板水平井抽采煤层气技术 被引量：11
2
作者 巩泽文 贾建称 +1 位作者 许耀波 石娟 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期83-91,共9页
碎软煤层顶板水平井煤层气抽采技术目前尚处于发展初期,卡钻塌孔、加砂困难等问题频发,严重影响了煤层气的开发效果。为了提高碎软煤层水平井的成孔率和煤体改造效率、强化顶板水平井抽采工艺,以沁水盆地晋城矿区赵庄井田3号煤层为研究... 碎软煤层顶板水平井煤层气抽采技术目前尚处于发展初期,卡钻塌孔、加砂困难等问题频发,严重影响了煤层气的开发效果。为了提高碎软煤层水平井的成孔率和煤体改造效率、强化顶板水平井抽采工艺,以沁水盆地晋城矿区赵庄井田3号煤层为研究对象,综合利用井田测井信息,提出了一套基于测井信息的顶板水平井煤层气开发优化技术:利用声波测井资料,引入形变系数建立煤系有效应力测井解释公式,修正组合弹簧模型,解释井田X-01V井地应力,并通过井壁应力场分析,结合摩尔库伦理论和拉伸屈服准则,建立了X-01H井井壁稳定评价方法,得到X-01H井水平段安全钻井密度窗口介于1.15~1.81 g/cm^(3);完钻后利用随钻自然伽马数据,绘制X-01H井水平段泥质含量曲线和X-01H水平段与目标煤层相对位置曲线,优选泥质含量小于50%和井眼轨迹距离煤层小于1 m的位置,优化第3压裂段至第6压裂段射孔位置。现场应用效果表明,X-01H井水平段钻井周期为8 d,加砂完成率达110%,目前已累计产气168×10^(4)m^(3),日产气量最高达11000 m^(3)。结论认为,所建立的基于声波测井信息的井壁稳定评价方法+“双曲线”射孔位置优选法,对于指导碎软煤层顶板水平井煤层气开发具有良好的效果。 展开更多
关键词 碎软低渗透煤层 声波测井 地应力 顶板水平井 安全密度窗口 泥质含量 射孔优化 煤层气开发 沁水盆地
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煤层顶板水平井分段多簇穿层压裂数值模拟 被引量：6
3
作者 李浩哲 张群 +1 位作者 姜在炳 许耀波 《断块油气田》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期714-720,共7页
煤层顶板水平井分段压裂技术是实现碎软低渗煤层煤层气高效抽采的有效技术。文中基于流-固耦合原理,考虑分段多簇压裂时缝间应力干扰作用和射孔簇裂缝间压裂液动态分配,建立三维裂缝穿层扩展计算模型,研究了多簇射孔条件下裂缝动态延伸... 煤层顶板水平井分段压裂技术是实现碎软低渗煤层煤层气高效抽采的有效技术。文中基于流-固耦合原理,考虑分段多簇压裂时缝间应力干扰作用和射孔簇裂缝间压裂液动态分配,建立三维裂缝穿层扩展计算模型,研究了多簇射孔条件下裂缝动态延伸情况。结果表明:单簇射孔压裂形成的裂缝半长和宽度均较大,且裂缝尖端位于煤层顶板内,顶板内裂缝向前延伸后,由高应力顶板向低应力煤层中穿层扩展;三簇射孔条件下,当射孔簇间距小于15 m或压裂液排量低于8 m3/min时,中间裂缝不能获得有效的压裂液分配而发育不充分;对于煤层顶板水平井,射孔簇增多会导致压裂液分流,部分射孔簇将无法形成有效裂缝或无法穿层扩展,导致射孔簇效率降低。因此,对于多簇施工,应综合考虑压裂液排量、簇间距,以促进裂缝均匀扩展。研究成果可为煤层顶板水平井分段压裂施工优化设计提供依据。 展开更多
关键词 煤层气 压裂液动态分配 煤层顶板水平井 分段压裂 多簇射孔 裂缝延伸
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碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂煤层气高效抽采模式 被引量：150
4
作者 张群 葛春贵 +6 位作者 李伟 姜在炳 陈家祥 李彬刚 吴建国 巫修平 刘嘉 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期150-159,共10页
碎软低渗煤层的煤层气高效抽采一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治的技术瓶颈。以安徽淮北矿区芦岭煤矿8号碎软低渗煤层为研究对象,通过开展现场调研、分析测试、理论分析、水力压裂物理模拟和数值模拟等工作,提出了碎... 碎软低渗煤层的煤层气高效抽采一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治的技术瓶颈。以安徽淮北矿区芦岭煤矿8号碎软低渗煤层为研究对象,通过开展现场调研、分析测试、理论分析、水力压裂物理模拟和数值模拟等工作,提出了碎软低渗煤层的煤层气顶板岩层水平井分段压裂高效抽采模式,揭示了该模式下水力压裂裂缝的扩展延伸规律及控制机理,构建了该模式实施的主要工艺流程。研究结果表明:顶板岩层相对脆性、裂缝扩展压力较高,碎软煤层相对塑性、裂缝扩展压力低。在顶板岩层水平井进行套管射孔和水力压裂,顶板岩层中产生的压裂裂缝,在垂向上向下扩展伸延并穿入碎软煤层;同时在水平方向上也快速扩展延伸,由此产生的牵引作用撕裂下部碎软煤层形成较长的压裂裂缝。数值模拟结果显示,在给定的压裂施工参数条件下,顶板岩层中压裂在碎软煤层中形成的压裂裂缝长度,是直接在碎软煤层中压裂形成的压裂裂缝长度的6.7倍。碎软煤层和顶板岩层中形成的这些压裂裂缝在后续加砂压裂过程中被充填,成为煤层气从下部煤层向顶板岩层水平井运移的导流通道。显然,采用这种抽采模式,碎软低渗煤层可以获得良好的压裂改造效果。研究成果应用于淮北矿区芦岭煤矿煤层气顶板岩层水平井抽采示范工程,取得了很好的产气效果,水平井单井曾连续3,6,12个月平均日产气量分别为10 358,9 039,7 921 m^3,截至2017-11-16,已累计产气500万m^3,日产气量仍在3 200 m^3以上,创造了我国碎软低渗煤层的煤层气水平井气产量的新记录。 展开更多
关键词 煤层气 碎软低渗煤层 顶板岩层水平井 分段压裂 高效抽采模式 裂缝扩展规律 工程应用
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紧邻碎软煤层顶板水平井分段穿层压裂裂缝延展机理 被引量：20
5
作者 姜在炳 李浩哲 +1 位作者 方良才 范宗洋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第S02期922-931,共10页
紧邻碎软煤层顶板分段压裂水平井是碎软低渗煤层煤层气高效开发的有效技术,裂缝从煤层顶板穿层扩展沟通煤层为煤层气渗流提供通道是该技术应用的关键。针对煤层顶板水平井分段穿层压裂裂缝延展过程,开展真三轴煤岩组合体水力压裂物理模... 紧邻碎软煤层顶板分段压裂水平井是碎软低渗煤层煤层气高效开发的有效技术,裂缝从煤层顶板穿层扩展沟通煤层为煤层气渗流提供通道是该技术应用的关键。针对煤层顶板水平井分段穿层压裂裂缝延展过程,开展真三轴煤岩组合体水力压裂物理模拟试验,应用声发射监测技术对裂缝扩展的动态过程进行监测,研究不同排量条件下的裂缝延伸形态;分析了水力压裂裂缝附近诱导应力场分布,采用扩展有限元方法研究分段穿层压裂的缝间干扰情况,对比了不同压裂段间距条件下,先压裂缝对后压裂缝的延伸形态和起裂压力的影响;最后结合工程试验以及微地震监测数据,对裂缝的空间形态进行了分析。研究结果表明:(1)在合理设置施工排量和水平井距离的条件下,裂缝可从高应力顶板扩展进入低应力煤层中,顶板内形成的有效支撑裂缝能够为煤层气进入井筒提供通道;(2)压裂液注入排量越大,裂缝跨界面穿层扩展深度越大,并且当裂缝穿层扩展时,裂缝在顶板内的高度和长度均大于煤层;(3)先压裂缝会在地层中产生诱导应力,诱导应力的大小与缝内净压力、裂缝高度以及距裂缝的距离等因素有关;(4)较小的分段压裂段间距会导致后压裂段起裂压力升高、裂缝发生偏转,为实现造长缝的目的,应降低缝间应力干扰作用,研究目标区的最佳段间距为2~3倍的裂缝高度;(5)工程试验取得了良好的产气效果,微地震监测结果证明裂缝能够实现穿层扩展沟通下部煤层。 展开更多
关键词 碎软低渗煤层 煤层气 顶板岩层水平井 分段穿层压裂 裂缝延展机理
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煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术研究进展、关键科学问题与展望
6
作者 杨科 张寨男 +5 位作者 华心祝 刘文杰 吕鑫 池小楼 王长城 李彩青 《煤炭学报》 2025年第2期944-964,共21页
煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术是指导深部高瓦斯松软低渗煤层瓦斯高效抽采的关键手段。据此提出煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采工程全生命周期开发思路,包括前期科学规划、中期工程施工和后期安全管理3个阶段。梳理了煤... 煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术是指导深部高瓦斯松软低渗煤层瓦斯高效抽采的关键手段。据此提出煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采工程全生命周期开发思路,包括前期科学规划、中期工程施工和后期安全管理3个阶段。梳理了煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采全生命周期开发研究进展,构建了煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采关键科学问题的总体研究框架,并概述了其未来发展方向。结果表明:煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展受地质因素、施工参数和物性参数等影响变得极其复杂,综合评价裂缝扩展多因素影响下的主次关系,揭示多因素影响下的煤层顶板压裂裂缝扩展机理是亟待解决的问题。探寻应力、水、温度与煤体因素耦合对煤层瓦斯吸附、解吸与运移的促进与抑制作用的临界关系,建立多因素临界指标下的煤层瓦斯吸附与解吸最优模型,是实现煤层瓦斯高效排采的关键。目前,煤层顶板压裂遗留水在污染水源、抑制瓦斯排采和危险性聚集方面的研究不足,且缺乏“中国化”的管理经验和技术支撑。以煤层顶板压裂工程全生命周期开发思路为导向,分析了其高耗水性、压裂液选择及潜在污染、支撑剂合理选择、空气污染和地震风险等人文环境问题,提出了与之相对应的政策法规制定思路。实现复杂环境中多裂缝竞争扩展实时精准监测,揭示多因素影响下煤层顶板分段压裂与跨界面裂缝扩展机理,构建煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展有效影响半径评价模型,探究三向应力与煤体结构双重异性条件下水气运移规律,实现煤层顶板水平井压裂水气聚合潜在危险区超前探测,建立煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采效果的精细化评价模型是目前亟待解决的关键科学问题。最后对煤层顶板水平井分段压裂卸压瓦斯排采技术的精准化、协调化、智能化、综合化和示范化发展方向进行了展望。 展开更多
关键词 顶板水平井 全生命周期 卸压效果 水气运移 潜在危险区 排采效果
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贵州新田矿区顶板L型水平井煤层气抽采技术 被引量：1
7
作者 别小飞 李广生 +1 位作者 张青松 陈祖国 《煤》 2024年第1期35-41,共7页
针对碎软煤层瓦斯灾害频发、瓦斯抽采困难、顺煤层水平井钻进困难的问题,在借鉴“虚拟储层”思路和页岩气开发技术的基础上,以新田矿区9号煤层为对象,研究分析了煤层顶板L型水平井分段压裂抽采技术。通过目标区及目标层位优选、井身结... 针对碎软煤层瓦斯灾害频发、瓦斯抽采困难、顺煤层水平井钻进困难的问题,在借鉴“虚拟储层”思路和页岩气开发技术的基础上,以新田矿区9号煤层为对象,研究分析了煤层顶板L型水平井分段压裂抽采技术。通过目标区及目标层位优选、井身结构优化、井眼轨迹精准控制技术、多簇定向射孔分段压裂精确优化工艺技术及排采作业精细控制技术,形成了煤层顶板L型水平井煤层气高效抽采技术体系。结合工程实践,顶板L型水平井在新田矿区取得了产能突破,最高日产气量达到了5334 m^(3)/d,并获得了长期稳产高产的试验结果。顶板L型水平井分段压裂高效抽采技术的成功应用,为具有类似地质条件的高突矿井煤层气抽采及煤矿区瓦斯治理提供了技术方向引领。 展开更多
关键词 顶板L型水平井 定向射孔 分段压裂 抽采
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贵州新田矿区煤层顶板L型水平井钻井技术 被引量：1
8
作者 李广生 张震 潘少杰 《能源与环境》 2023年第4期47-49,88,共4页
针对贵州新田矿区复杂的地层岩性特征及煤体结构条件,在分析该区块煤层顶板L型水平井上部灰岩层漏失、着陆点垂深难以确定、井眼轨迹控制难度大、套管下入困难等钻井技术难点的基础上,通过井眼轨迹优化设计、井身结构优选、巨厚灰岩层... 针对贵州新田矿区复杂的地层岩性特征及煤体结构条件,在分析该区块煤层顶板L型水平井上部灰岩层漏失、着陆点垂深难以确定、井眼轨迹控制难度大、套管下入困难等钻井技术难点的基础上,通过井眼轨迹优化设计、井身结构优选、巨厚灰岩层防漏堵漏技术、定向造斜段及水平段井身轨迹精确控制、生产套管下入技术,研究并形成了沿煤层顶板L型水平井安全优快钻井技术体系。结合现场实践,解决了现场施工的诸多问题,钻井周期缩短,安全经济效益显著。该技术为新田矿区后续规模开发乃至同类型地质条件下沿煤层顶板水平井钻井施工提供实践指导,也为高突矿井地面区域瓦斯治理指明了新的方向,具有一定的推广应用价值。 展开更多
关键词 顶板L型水平井 钻井 井身轨迹 防漏堵漏
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分段多簇密切割压裂技术在淮南矿区煤层气抽采中的应用
9
作者 刘超 袁广 +3 位作者 李浩哲 刘亮 孙四清 彭煜敏 《煤炭技术》 CAS 2024年第2期166-170,共5页
针对淮南矿区碎软低渗煤层瓦斯抽采技术难题,以13-1煤层为例,在分析煤层及其顶底板概况的基础上,采用煤层顶板分段压裂水平井技术,充分利用水平井水平段,单段分3簇射孔,簇间距25 m,实现分段多簇密切割体积压裂改造。微地震监测结果表明... 针对淮南矿区碎软低渗煤层瓦斯抽采技术难题,以13-1煤层为例,在分析煤层及其顶底板概况的基础上,采用煤层顶板分段压裂水平井技术,充分利用水平井水平段,单段分3簇射孔,簇间距25 m,实现分段多簇密切割体积压裂改造。微地震监测结果表明,单段裂缝长度102.5~211.4 m,缝高17.3~27 m,裂缝主体向下延伸,实现了井筒与煤层的沟通。排水采气效果表明,最高产气量1519 m^(3)/d,取得了良好的产气效果。研究成果为淮南矿区煤层气地面预抽和瓦斯区域治理提供了工程借鉴。 展开更多
关键词 分段多簇密切割压裂 煤层顶板水平井 淮南矿区 煤层气 微地震监测
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淮北芦岭井田煤层气地面抽采技术研究 被引量：4
10
作者 李彬刚 《煤炭工程》 北大核心 2017年第7期90-92,共3页
针对芦岭井田煤层碎软、低渗透、煤层群的特点,深入分析了井田地质、储层特征和煤层气地面抽采过程中的技术难点,通过探索试验和研究,提出了具有针对性的解决方案。在总结完善现场工程试验的基础上,形成了适合芦岭井田煤层气地面抽采的... 针对芦岭井田煤层碎软、低渗透、煤层群的特点,深入分析了井田地质、储层特征和煤层气地面抽采过程中的技术难点,通过探索试验和研究,提出了具有针对性的解决方案。在总结完善现场工程试验的基础上,形成了适合芦岭井田煤层气地面抽采的工艺技术,为该井田地面煤层气规模化抽采提供有力的技术支撑。 展开更多
关键词 碎软煤层 低渗透 煤层群 地面煤层气 煤层顶板水平井
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