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煤层气水平井捞砂技术优化与工程应用
1
作者 张飞 王一兵 +8 位作者 程璐 梅文博 杨琦 申文杰 曹超 来鹏 廖正凯 鲜保安 毕延森 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第3期220-230,共11页
【目的和方法】煤层气水平井生产面临完井管柱沉砂堆积、管壁结垢和卡泵等问题,导致煤层气产量下降或停产,严重制约了煤层气连续稳定生产,机械捞砂方式清除井筒内煤粉和沉砂,是恢复和提高水平井煤层气产量的有效工艺技术。针对煤层气水... 【目的和方法】煤层气水平井生产面临完井管柱沉砂堆积、管壁结垢和卡泵等问题,导致煤层气产量下降或停产,严重制约了煤层气连续稳定生产,机械捞砂方式清除井筒内煤粉和沉砂,是恢复和提高水平井煤层气产量的有效工艺技术。针对煤层气水平井机械捞砂管柱密封性差、捞砂效率低和沉砂固结等难题,优化设计并加工了爪式刮板笔尖、破砂钻头、偏心翻板和机械式旋转工具等。基于水平井机械式捞砂泵原理,将水力附加轴向力引入管柱力学模型建立了管柱−水力耦合力学模型,提出了水平井捞砂作业参数优化方法,通过工程实例分析捞砂泵单冲程往复周期对储砂管内流体流动速度和煤粉运移能力影响、翻板吸入口开放度对水力附加轴向力影响,对比分析管柱–水力耦合力学模型与常规力学模型计算管柱轴向力结果。【结果和结论】结果表明:(1)爪式刮板笔尖通过结构优化提高了水平井管底沉砂破除效率,机械式旋转工具配合破砂钻头和卡簧结构解决了管壁固结沉砂破除难题,偏心翻板与球式单流阀增加了固–液两相流通过面积和密封性。(2)ø110 mm捞砂泵在单冲程往复周期60 s条件下,可运移颗粒直径不超过2.5 mm煤屑,含有少量粒径3~12 mm煤屑,能够有效运移水平井筒内堆积煤粉颗粒至储砂管内部;捞砂泵上行、下行工况下管柱轴向力比常规起下钻分别增加906.94 N、减小37.41 N,提高了捞砂作业管柱受力计算准确性。(3)优化后的捞砂工具和工艺技术在沁水盆地10口水平井进行现场应用,单井捞砂量和单次捞砂量分别提高1.5倍、0.9倍,日均产气量和日均产水量分别增加1483.7、2.18 m3,为煤层气水平井高产稳产提供技术支撑,适用于中浅埋深煤层筛管完井和套管射孔完井的水平井及大斜度井,对推动煤层气高效开发具有重要实际意义。 展开更多
关键词 煤层气 水平井 捞砂工具 管柱–水力耦合模型 工程应用
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深/浅部煤储层孔裂隙结构及三维空间分布差异特征——以准噶尔盆地为例
2
作者 王鹏翔 张洲 +2 位作者 余婉莹 邹强 杨正滔 《油气藏评价与开发》 北大核心 2025年第2期227-236,共10页
深/浅部煤储层孔隙-裂隙结构差异特征对煤层气开采具有较大影响,针对这些结构特征差异进行的研究可为探索其物性特征,寻找煤层气勘探开发有利区提供部分理论依据。以准噶尔盆地深/浅部煤储层的煤岩样品作为研究对象,对深/浅部样品进行... 深/浅部煤储层孔隙-裂隙结构差异特征对煤层气开采具有较大影响,针对这些结构特征差异进行的研究可为探索其物性特征,寻找煤层气勘探开发有利区提供部分理论依据。以准噶尔盆地深/浅部煤储层的煤岩样品作为研究对象,对深/浅部样品进行扫描电子显微镜、低温N2吸附、高压压汞和CT(计算机断层成像)扫描等测试。测试结果表明,从浅部到深部的煤岩样品的渗透率逐渐降低,总孔体积逐渐降低,微孔与大孔分布频率逐渐降低;浅层样品孔隙-裂隙发育较好,中孔与大孔阶段孔隙分形维数值低,孔隙发育的均质性强,大孔隙与微裂隙相互连通;深部煤岩样品孔隙-裂隙发育相对较为孤立,在中孔与大孔阶段孔隙发育情况较复杂,孔隙-裂隙多被矿物充填。通过最大球算法对样品构建孔隙网络模型,阐明了样品连通孔裂隙的分布规律、形态与结构在三维空间的发育情况,并对等效孔隙、孔喉参数等结构参数和连通情况进行统计和分析,发现浅层样品连通孔隙度和总孔隙度优于深层样品,浅部样品孔隙-裂隙数量多,在微裂隙尺度占有优势,喉道短,孔喉半径大,发育密集,配位数高,连通性好,有利于气体在储层中流动。研究成果对于准噶尔盆地开发深/浅部煤层气采用适配性技术提供了实验数据支撑,对现场开发具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 准噶尔盆地 深部煤层气 孔隙特征 物性特征 CT(计算机断层成像)扫描
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中高阶煤润湿改性对气水运移的影响研究
3
作者 齐羽飞 田林 曹运兴 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第4期127-136,共10页
为解决深部煤层注水难度增大,涌出量抑制效果差的问题,基于煤层润湿改性的理论方法,使用润湿剂作用于含瓦斯煤体,抑制瓦斯解吸运移。采用润湿性极强的氟碳型FS-3100表面活性剂,开展含瓦斯煤解吸试验和压裂液驱替流动试验,测试润湿性对... 为解决深部煤层注水难度增大,涌出量抑制效果差的问题,基于煤层润湿改性的理论方法,使用润湿剂作用于含瓦斯煤体,抑制瓦斯解吸运移。采用润湿性极强的氟碳型FS-3100表面活性剂,开展含瓦斯煤解吸试验和压裂液驱替流动试验,测试润湿性对煤中气水运移过程的影响,探讨中高阶煤润湿改性对含瓦斯煤解吸效率及其流动能力的变化机制。研究结果表明:水中添加润湿剂,将水的表面张力降低至17.9 mN/m,煤水接触角仅有3~3.5°。润湿剂对煤体改性后,煤中瓦斯的解吸速率明显降低,新景和保德煤瓦斯解吸率分别降至46.08%和39.2%,相比于清水对瓦斯抑制效果分别增加8.4%和9.8%;煤体润湿改性后,新景煤样驱替流动率从8.59%提高至14.10%,保德煤样从10.65%提高至16.67%,煤体注水能力明显增强。润湿剂分子吸附于煤基质表面,降低煤水界面张力和煤体表面能,使水分子在煤体孔裂隙中流动的摩擦阻力减小,水分子能够浸润更小尺度孔隙,产生更强的水锁效应,最终抑制吸附于孔隙及煤表面的瓦斯解吸运移,形成瓦斯封堵作用。 展开更多
关键词 中高阶煤 润湿改性 气水运移 表面活性剂 瓦斯解吸
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双管柱筛管完井技术在沁水煤层气区块水平井开发中的应用 被引量：12
4
作者 鲜保安 王力 +2 位作者 张晓斌 毕延森 张洲 《油气藏评价与开发》 CSCD 2020年第4期59-62,69,共5页
煤岩储层完井液伤害与水平井眼易坍塌是限制沁水地区煤层气水平井产量的主要因素,针对煤储层伤害与坍塌导致煤层气水平井低产、减产问题,利用双管柱筛管完井增产一体化技术,解决了煤层气水平井完井液对煤层伤害以及煤层裸眼井壁失稳问... 煤岩储层完井液伤害与水平井眼易坍塌是限制沁水地区煤层气水平井产量的主要因素,针对煤储层伤害与坍塌导致煤层气水平井低产、减产问题,利用双管柱筛管完井增产一体化技术,解决了煤层气水平井完井液对煤层伤害以及煤层裸眼井壁失稳问题。实现完井洗井作业一趟钻,提高煤层气单井产量,延长煤层气井稳产周期。煤层气水平井双管柱完井结构由外层筛管系统和内层冲管系统组成,外层筛系统可以实现长期支撑井壁,防止井筒坍塌,内部冲管系统可建立完井液循环通道,实现水力喷射、消除污染、冲砂洗井功能,降低筛管下入遇阻风险,提高筛管一次性下入成功率。该工艺发展为沁水煤层气区块水平井开发主要完井方式,已开发外径ϕ73 mm、ϕ89 mm与ϕ110 mm等系列的筛管及配套工具,该技术现已推广应用331口煤层气水平井,相比2014年之前的裸眼水平井,筛管完井水平井稳产周期提高5倍以上,15#煤层水平井单井日产气量超过1000 m^3,从根本上解决了15#煤层气开发的技术难题,形成了适合沁水煤层气区块水平井高效开发新模式。 展开更多
关键词 煤层气 水平井 双管柱 筛管完井 增产
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潞安矿区煤层渗透率的各向异性特征实验研究 被引量：7
5
作者 牛丽飞 曹运兴 +2 位作者 石玢 张震 贾天让 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期82-87,共6页
为了研究原位煤体渗透性的各向异性特征,以山西潞安常村矿3号煤层圆柱试样为对象,利用TCQT-Ⅲ型低渗煤层气相驱替增产试验装置,对煤样进行加载,并以氮气注入压力2.0MPa的条件下,分析垂直层理和平行层理2个方向的煤体变形和渗透率变化特... 为了研究原位煤体渗透性的各向异性特征,以山西潞安常村矿3号煤层圆柱试样为对象,利用TCQT-Ⅲ型低渗煤层气相驱替增产试验装置,对煤样进行加载,并以氮气注入压力2.0MPa的条件下,分析垂直层理和平行层理2个方向的煤体变形和渗透率变化特征。实验结果表明:煤样在加载过程中,平行和垂直层理煤样渗透率均随着有效应力的增大而减小,平行层理方向的渗透率始终大于垂直层理方向,应力加载初期渗透率急剧下降,最后逐渐趋于平缓;径向应变的增加量与渗透率呈正相关性,且平行层理相关性大于垂直层理;沿平行层理方向的裂隙度大于沿垂直层理方向,沿垂直层理方向的应变量大于沿平行层理方向;应变增加量均随有效应力的增加而逐渐减小。研究结果可为煤层井网布置及优化提供参考。 展开更多
关键词 煤 渗透率 各向异性 层理 应变 有效应力
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低渗低压煤层水平井密集多簇压裂高效开发技术及应用 被引量：19
6
作者 曹运兴 石玢 +4 位作者 田林 李丰亮 曹永恒 董轼 周丹 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期3512-3521,共10页
我国煤储层地质条件复杂,煤矿瓦斯灾害严重,煤层气井产量普遍偏低,高效抽采技术是我国煤层气行业和煤矿安全生产迫切需要解决的瓶颈技术难题。以山西大宁井田低渗低压的3号煤层为对象,研发了水平井密集多簇压裂高效开发技术,并进行了工... 我国煤储层地质条件复杂,煤矿瓦斯灾害严重,煤层气井产量普遍偏低,高效抽采技术是我国煤层气行业和煤矿安全生产迫切需要解决的瓶颈技术难题。以山西大宁井田低渗低压的3号煤层为对象,研发了水平井密集多簇压裂高效开发技术,并进行了工程试验,获得了高产开发效果。结果表明:①试验井LDP-02所在区段煤层的平均渗透率0.112×10-15 m^2,储层压力梯度3.7 kPa/m,多分支水平井平均日产量800~1000 m^3,直井平均日产362 m^3左右,具有典型的低渗低压低产储层特征。②产能模拟预测表明,采用15~25 m的簇间距,经过3.85~5.95 a排采,两簇裂缝末端中间位置煤层瓦斯含量可降低至8 m^3/t,满足煤矿生产要求;单段压裂可形成4簇有效裂缝,在液量1000 m^3、砂量50 m^3、排量10 m^3/min的条件下,单簇裂缝半长为64.1 m。③LDP-02井为一组U型水平井,水平井煤层段长920 m,分10段38簇压裂,每段3~4簇,簇间距11~23 m。④排采生产893 d,其中产气687 d,气产量长期稳定16000 m^3/d,已累计产气890×104 m^3,平均日产12955 m^3,日产量是同区段直井的20~36倍,是同井场多分支水平井的10倍以上。 展开更多
关键词 低渗低压 煤层气 水平井 多簇压裂 高效抽采 大宁井田
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准噶尔盆地深部与浅部煤层气储层物性特征对比分析 被引量：2
7
作者 邢丽茹 张洲 +2 位作者 任峻杉 余婉莹 王鹏翔 《中国煤炭》 北大核心 2024年第9期9-17,共9页
为了探讨深部与浅部煤层气赋存的差异,采集准噶尔盆地煤矿1500 m以浅煤样和煤矿钻孔1500 m以深煤样,通过资料搜集和室内测试分析了研究区深部与浅部煤储层物性特征的差异,最终得到以下结论:深部镜质组含量比浅部高,煤体结构更完整,储层... 为了探讨深部与浅部煤层气赋存的差异,采集准噶尔盆地煤矿1500 m以浅煤样和煤矿钻孔1500 m以深煤样,通过资料搜集和室内测试分析了研究区深部与浅部煤储层物性特征的差异,最终得到以下结论:深部镜质组含量比浅部高,煤体结构更完整,储层改造性更强;深部比浅部含气量大,煤层气赋存状态由欠饱和状态逐步转变为超饱和状态,煤层气成因多样;浅部煤岩的渗流孔比深部发育,深部煤岩的吸附孔比浅部发育。浅部煤岩以外生裂隙为主,孔裂隙间连通性好;深部煤岩以内生裂隙为主,有矿物质充填裂隙,且深部孔隙度和裂隙密度比浅部小,渗透性较差。对比分析表明,准噶尔盆地深部煤层气比浅部富集性更优,具有较大开发潜力。但渗透性远不如浅部,且开发难度大,因此建议通过压裂改造与排水采气工艺技术相结合的方式促进深部煤层气开发。 展开更多
关键词 准噶尔盆地 深部煤层 浅部煤层 物性特征 煤层气开发
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造穴-CO_(2)气相压裂复合技术造缝卸压增渗机理研究 被引量：1
8
作者 闫志铭 张新生 +4 位作者 张军胜 杨百舸 曹运兴 李淑敏 董润平 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期63-73,共11页
我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重,目前增透主要采用静力型技术和动力型技术,不同程度地解决了瓦斯治理难题。为获得更好的复合造缝卸压增渗效果,开发出造穴-气相压裂复合技术,综合采用185 MPa高压力CO_(2)冲击煤样、数值模拟、光纤应变监... 我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重,目前增透主要采用静力型技术和动力型技术,不同程度地解决了瓦斯治理难题。为获得更好的复合造缝卸压增渗效果,开发出造穴-气相压裂复合技术,综合采用185 MPa高压力CO_(2)冲击煤样、数值模拟、光纤应变监测3种技术手段,研究造穴-气相压裂复合技术的瓦斯治理机理。结果表明:①煤样在CO_(2)气相压裂应力波作用下,在煤基质表面新形成损伤坑(DM)和三翼型裂隙(TRW)典型显微构造。②煤层在静力型和动力型荷载复合作用下近钻孔中心范围内煤层中原始的裂隙被重新打开,形成以钻孔为中心的放射状多尺度、张剪性破坏为主的裂缝,该裂缝能够充分均化应力集中区,并使得煤层产生不可逆的破坏,其应力扰动范围为24 m。③在有效的气相压裂-造穴复合技术影响范围内,造穴孔有助于提高气相压裂应力波的能量利用效率,避免能量耗散在无效的震动区,充分导通压裂孔与造穴孔多尺度裂缝,使得煤层裂缝区域范围大、连续性强、卸压充分。研究为解决煤层低渗、难抽、高地应力的问题提供了参考。 展开更多
关键词 瓦斯治理 气相压裂 卸压增透 突出煤层 造穴
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煤层气储层伤害机理与水平井双层管柱筛管完井技术 被引量：10
9
作者 鲜保安 张龙 +6 位作者 哈尔恒·吐尔松 喻鹏 王凯 张亚飞 张洋 王三帅 李宗源 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期122-129,共8页
煤储层具有高吸附性、低渗透性、易压缩与易破碎的特征,煤层气水平井钻完井过程中常常造成煤储层伤害,导致煤层渗透率和单井煤层气产量大幅度降低。通过实验分析,揭示水平井钻完井液中的固相颗粒、流体流动诱导产生的固相成分对煤储层... 煤储层具有高吸附性、低渗透性、易压缩与易破碎的特征,煤层气水平井钻完井过程中常常造成煤储层伤害,导致煤层渗透率和单井煤层气产量大幅度降低。通过实验分析,揭示水平井钻完井液中的固相颗粒、流体流动诱导产生的固相成分对煤储层微裂隙堵塞成因,阐明煤层气水平井钻完井中储层伤害的机理。在此基础上,提出水平井双层管柱筛管完井技术,分析其减轻煤储层伤害的机理,即通过冲管水力冲击作用消除水平井壁钻井液泥饼,清除井壁附近堵塞微裂隙煤粉,并在近井地带产生应力增渗作用。相对于煤层气常规的多分支水平井及分段压裂水平井,水平井双层管柱筛管完井的稳定日产气量、稳产周期均大幅提升。该技术在沁水盆地南部部分区域推广应用显示,3号煤层气井平均日产气量提升到20000 m^(3),同时实现15号煤层气的开发突破,平均日产气量提升到10000 m^(3)以上。研究成果对于降低煤层气水平井钻完井过程中的储层伤害,提高煤层气井产量具有重要的理论和实践意义。 展开更多
关键词 煤层气水平井 储层伤害机理 双层管柱筛管 完井技术 钻完井液
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新疆阜康矿区煤层气双管柱筛管完井机理与适用性研究 被引量：1
10
作者 张龙 王一兵 +6 位作者 鲜保安 张亚飞 谭章龙 哈尔恒·吐尔松 孙昊 王冠 张锦涛 《油气藏评价与开发》 CSCD 2022年第4期633-642,共10页
新疆阜康矿区煤储层具有煤层倾角大、厚度大、煤层多、构造复杂等特征,矿区煤层气规模开发进展缓慢,亟需寻找合适的煤层气地质工程一体化开发技术,为新疆煤层气开发提供有力支撑。双管柱筛管完井技术集完井增产一体化,已在沁水盆地推广... 新疆阜康矿区煤储层具有煤层倾角大、厚度大、煤层多、构造复杂等特征,矿区煤层气规模开发进展缓慢,亟需寻找合适的煤层气地质工程一体化开发技术,为新疆煤层气开发提供有力支撑。双管柱筛管完井技术集完井增产一体化,已在沁水盆地推广应用超过400口煤层气水平井。双管柱筛管完井技术从水力冲击作用、清除煤粉、钻井液化学破胶、应力增渗等4个方面对煤层气水平井进行增产改造,助力阜康矿区煤层气高效开发。基于双管柱筛管完井技术特点,从储层煤体结构优势、储层渗透率恢复优势、储层孔裂隙拓展优势、储层构造优势4个方面论述了该技术对于阜康矿区煤层气开发的适用性与应用机理,对新疆类似储层地质条件下的煤层气高效开发具有指导和借鉴意义。 展开更多
关键词 煤层气 阜康矿区 双管柱 筛管完井 适应性研究
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