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页岩气与煤层气开发PPT【动画版本】

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关于我国页岩气与煤层气储层压裂增产技术的探讨西南石油大学 杨兆中2012年 5月汇报提纲存状态、分布规律或勘探开发方式等方面有别于常规天然气的烃类 (或非烃类 )资源,主要指 页岩气、煤层气、致密砂岩气和天然气水合物 等。全球非常规天然气资源量世界 常规天然气总资源量为 436万亿立方米 , 2010年 产天然气约 3万亿立方米, 储采比保持在 60以上 ;世界 非常规天然气总资源量 921万亿方 ,是常规天然气 2倍多(其中,致密气 层气 岩气 456万亿方),但 产量只占 1/7左右 ;天然气水合物资源量超过 2万万亿方,是目前化石能源资源总量 2倍以上。其中仅页岩气 456万亿方就大于 常规天然气总资源量 层气、页岩气和火山岩气资源量约 常规气资源量 中国非常规天然气发展前景广阔种类 资源量 备注非常规气 (万亿方 )致密砂岩气 > 12 主要包括鄂尔多斯和四川盆地煤层气 土资源部新一轮资评, 2006年页岩气 008年火成岩气 > 5 2010年天然气水合物 > 80 岩气的概念及储层特点 页岩气定义 岩气的概念及储层特点页岩气定义页岩气是一种特殊的非常规天然气,赋存于 泥岩或页岩 中,具有 自生自储、无气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗 等特征,一般 无自然产能或低产 ,需要大型水力压裂和水平井技术才能进行经济开采,单井生产周期长。 页岩气储层基本特征● 储层低渗致密,纳米级孔隙发育; 储气模式以游离气和吸附气为主;由于页岩气储层比表面比常规砂岩储层大很多,其 吸附气量远大于砂岩吸附气量 ,因此需要通过大规模压裂,增大改造体积。● 岩性及矿物组分复杂;储层所含的硅质矿物、碳酸盐岩矿物、粘土矿物不同,导致储层岩石的脆性程度不同,从而引起改造模式和改造效果不同; 储层的脆性越强,压裂时越易实现脆性断裂形成网状裂缝 ,从而实现体积改造。● 天然裂缝系统发育;如果天然裂缝不发育或不能通过大型压裂形成复杂的多缝或网络裂缝,页岩气储层很难成为有效储层。 脆性和天然裂缝发育的地层 中容易实现体积改造,而塑性较强地层实现体积改造比较困难。自( 42959)岩石的脆性指数表征方式可用岩心或者岩屑的布氏硬度( 国外页岩气增产技术进展直井连续油管分层压裂技术( 07060)较早的页岩气开发主要是在浅层,以直井为主,其压裂技术具有 3个特征,即 连续油管、水力喷砂射孔、环空加砂 。该技术是用高速和高压流体通过连续油管进行射孔,打开地层与井筒之间的通道后,环空加注携砂液体,从而在地层中压开裂缝。其技术要点为水力喷砂射孔,环空加砂,然后填砂封堵已压裂层段,上提连续油管至下一目的层段,重复上述步骤直至结束施工,施工结束后用连续油管进行冲砂、返排。该技术具有 作业周期短、成本低、排量选择范围广、连续油管磨损小、井下工具简单和成功率高 等特点,目前在页岩气直井开发中得到了很好的应用。平井分段压裂技术1. 水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术( 00674)水平井多级可钻式桥塞封隔分段压裂技术的主要特点是 套管压裂多段分簇射孔、可钻式桥塞 。一般目的层水平井段被分成 8—— 15段,每段水平段长度为100~ 150 m,每段射孔 4—— 6簇,每射孔簇跨度为 0. 46—— 0. 77 m,簇间距 20—— 30 m,压裂施工结束后快速钻掉桥塞进行测试、生产。00674)该技术通过井口落球系统操控滑套,其原理与直井应用的投球压差式封隔器相同,采用机械式封隔器,主要适用于 套管完井 。该类封隔器需要压力坐封或者工具坐封,因此工艺过程复杂,下入工具串次数较多,对于水平井施工风险较大,任何一个环节处理不当就会导致施工失败,造成大修。目前由于可钻式桥塞分隔技术的应用,该技术的应用逐年减少。 (下图为投球滑套环空封隔多级压裂示意图)分水平井 裸眼完井 ,规封隔器难以满足后期压裂施工的需要,为此研制开发了 遇油 (遇水 )膨胀封隔器 。 其工作原理为封隔器下入井底预定位臵后,遇到油气或水后可膨胀橡胶即可快速膨胀,橡胶膨胀至井壁位臵后继续膨胀而产生接触应力,从而实现密封。该技术具有可靠性高、成本和作业风险低、压裂后能很快转入试油投产等优点。所以,目前在国外已经得到大规模的应用 —— 在 120多口井上应用,改造层段超过 850段。50949)该技术可实现在压裂设备未安臵好之前完成所有射孔程序,这样减少了非生产时间的消耗。射孔可以采用连续油管传输、电线传输或者水力喷射。跨式封隔器组合工具可以隔离每个单独射孔簇提供,所有压裂流体都通过连续油管注入。当出现早期脱砂时,杯状上部封隔器实现足够的返回能力。该技术最大的优点与增能或泡沫压裂液配伍,适用于薄层、低应力、中低温环境和裂缝间距较小或射孔簇数较多的塑性地层。4098、 150949)该技术是 集射孔、压裂、封隔于一体 的新型增产改造技术。利用水力喷射工具实施分段压裂,不需封隔器和桥塞等封隔工具,自动封堵,封隔准确。水力喷射分段压裂技术可以选用 油管或连续油管 作为作业管柱,使用范围广,套管完井、筛管完井和裸眼完井都适用。水力喷射环空压裂 +井下混合分段压裂技术( 42959)该方法 采用水力射孔,然后 “液态支撑剂 ” ( 12由连续油管低速注入( 35ft/,而 无 支撑剂 流体由环空高速注入。当环空高速泵入无 支撑剂 流体时 , 防止连续油管磨破的限制速度 ( 35ft/可以大大提高 ,这样就在孔眼处形成高速混砂流体,实现支撑剂深穿透、裂缝分支以及支撑剂墩导流。具体施工步骤: 带到地表以便循环 ; 获取一个设计的速度 ; 提高支撑剂浓度 ; 至 7步实现所需的净压力或微地震监测的裂缝分支效应 ; 果需要) ; 至 12步直到各射孔簇被改造完 。平井多井同步压裂技术 (摘自 16124)邻井间同步压裂技术是指大致平行的两口或两口以上水平井同时进行压裂改造。其目的是在页岩气层中产生更大压力 , 创造出更复杂的三维裂缝网络系统 ,增加裂缝系统表面积。这是单井压裂所不能实现的。 2006年 , 该技术首先在美国工作业者在水平井段相隔 152~305 两井均得到高速生产。其中一口井以 的速度持续生产 30天 , 而其它未 压裂的只有 。4 4四口水平井同步压裂微地震监测图摘自 119635)水平井分段德洲“两步跳”压裂技术 (摘自 30043)德洲两步跳是非常流行的舞蹈 , 结合乡村和西部音乐 —— 两步向前 , 一步在后。该技术的目标:在多段压裂中 , 改变岩石的应力场 , 实现主分支缝与诱导的应力松弛缝相连通。 该技术手在无分支水平井段中常规压裂单个射孔簇 。 但是 ,要改变施工的先后顺序。从水平井 最远 端开始起 , 首先进行压裂增产 ; 然后向井跟移动 , 改造第 二次, 这样可以使得两段裂缝间一定程度的应力干扰。随后 , 改变向井跟的方向 , 第三 次 压裂在前两段之间进行 , 以利用应力改变的岩石和连通创造的应力松弛缝。平井分段通道压裂技术通道压裂技术依靠水力压裂过程中 , 高频交替注入多级支撑剂冻胶液和不含支撑剂的冻胶液 , 以实现支撑剂的非均匀铺臵和形成开启的通道。同时 , 冻胶液在被施工设备泵入过程中 , 加入可降解的纤维材料可以减少支撑剂脉冲在完井处以及地下裂缝过程的耗散 , 在一个确定的泵注程序和油藏性质条件下 , 可利用岩石物理模型来进行通道压裂设计。由此 , 可形成如 下 图所示的导流通。 该技术应用到 得产量比常规增产技术提高了 32%至 68%。通道压裂施工泵注程序示意图 摘自 141708) 通道压裂形成超高导流能力示意图摘自 # 中国页岩气开发的建议 产能影响因素 压裂设计方式选择 压裂液体系 微地震裂缝监测页岩气高效经济开发的必要元素( 进页岩气开采的关键参数 ( 储层岩石非均质性(天然缝、割理、裂隙等)岩土力学性质(脆性)水平井参数(井眼轨迹、目的层)原地应力各向异性基质渗透率压裂施工净压工作液粘度页岩气压裂设计选择标准 —— 压裂方式选择基于岩石性质的多级压裂选择原则( 射孔和桥塞技术 ;—— 投球滑套封隔技术; —— 连续油管跨式封隔技术; —— 水力喷射辅助压裂技术; 水力喷射 +连续油管环空压裂技术; 水力喷射 +地下混合压裂技术不同压裂方法的施工参数比较( 岩气压裂设计选择标准 —— 施工参数选择摘自 薛承瑾 《 页岩气压裂技术现状及发展建议 》岩气压裂液体系页岩气储层特点不同,其选择的压裂液也不同。目前所使用的压裂液有滑溜水线性胶、交联液和泡沫等,而滑溜水和复合压裂液是日前主要压裂液体系。 滑溜水压裂液体系该液体体系主要适用于无水敏、储层天然裂缝较发育、脆性较高地层。其主要特点为:适用于裂缝性地层;提高形成剪切缝和网状缝的概率;使用少量稠化剂降阻,对地层伤害小,支撑剂用量少;成本低,在相同作业规模下,滑溜水压裂比常规冻胶压裂其成本可以降低 40%一 60%。 复合压裂液体系复合压裂或混合压裂主要是针对黏土含量高,塑性较强的页岩气储层。注入复合压裂液既可保证形成一定的缝宽,又保证有一定的携砂能力。复合压裂液的注入顺序一般为:前臵液滑溜水与冻胶交替注入,支撑剂先为小粒径,后为中等粒径,低粘度活性水携砂在冻胶液中发生粘滞指进现象,从而减缓支撑剂沉降,确保裂缝的导流能力。地震监测监测裂缝的方法包括 化学示踪剂法、物理示踪剂法、微地震监测 以及 测斜仪监测 ,应用较广泛的是微地震监测。微地震监测又分为同井监测和邻井监测,其原理主要是通过邻井放臵多个检波器,记录在裂缝起裂和闭合过程中所发生的微地震事件,计算压裂改造所得到的改造体积及预测压后产量。中国页岩气开发的建议经过 30多年的发展 , 美国从初期的大规模水力压裂 (交联压裂液 )技术发展到现在的水平井完井 、 水平井多簇射孔 、 分段大规模减阻水力压裂 、 同步压裂和复合压裂等系列技术 , 并目取得了巨大成功 , 同时带动了微地震监测技术 、 大功率泵车 、 高效降阻剂和低密度支撑剂及连续混配技术的发展 。国内页岩气的开发刚刚起步 , 没有成型的页岩气开发配套技术 。目前 , 国内比较成熟的常规压裂技术主要有直井分压合采技术 、 直井大型压裂技术 、 直井连续油管分段压裂技术 、 水平井分段压裂改造技术和超低浓度羧甲基胍胶压裂液技术等 , 这些常规技术对页岩气压裂能够提供一定的借鉴和参考 。 根据国内外页岩气压裂技术发展现状和动态 , 建议我国从以下几方面加强 岩气增产及配套技术1. 页岩气水平井多段压裂技术研究。 包括页岩气水平井分段压裂工程地质评价、水平井压裂选段及射孔参数优化、滑套式喷射器开发与研制、水平井测试压裂设计与解释方法研究、水平井多段压裂优化设计方法研究和现场试验。2. 页岩气体积压裂技术研究。 包括体积缝网形成的力学机理及裂缝延伸模式、压裂工艺(同步压裂、德洲“两步跳”等)形成大规模体积缝、裂缝网络参数优化设计方法、裂缝监测技术(尤其是微地震裂缝监测和解释)、压后产能评价方法和现场试验。3. 页岩气压裂材料和工具设备研究。 包括压裂液液体系优选及配方研究,超低密度支撑剂研究。实现大规模压裂的泵车;能够承受地下复杂环境的管柱和一些工具(如水力喷射的喷嘴)。4. 页岩气压裂还要注意环境保护问题。煤层气储层特征及压裂难点 煤层气赋存特征 储渗结构特征 岩石力学特征 工程材料应用国内外煤层气增产技术现状煤层气增产技术发展趋势 煤层气赋存及渗流状态 复杂,单井产量 差异大 煤层气赋存及渗流特征煤层中四种气体 赋存形式 :• 煤颗粒内表面的 吸附气 ;• 基质孔隙空间内的 自由气 ;• 水中的 溶解气 ;• 割理系统中的自由气煤层气 渗流特性 :• 基质孔隙内气体多为非连续相,渗流不满足达西定律。• 煤层中气泡的聚并、膨胀以及运移过程复杂,并不能用传统相渗实验准确模拟。• 压裂液中有机物吸附影响煤层气的渗流。储 渗结构 复杂,压裂液 滤失 突出,煤层 易伤害煤岩基质的孔隙度和渗透率很低裂缝系统(割理和微裂隙)发育状况复杂 储渗结构特征微孔 小孔 中孔 ∈1 d>对各向裂缝发育的煤层压裂:• 天然裂缝重新开启,使煤层渗透率增加。• 压裂液粘度控制的滤失系数和地层流体压缩性控制的滤失系数,都与渗透率和孔隙度的平方根成正比。• 压裂液滤失进入基质孔隙和微裂隙, 形成液锁 。岩石力学特征 岩石力学 性质 复杂,裂缝 起裂及延伸规律 复杂的双重复杂性• 初始阶段弯曲,表明煤对煤岩的不断压实过程;• 在直线段煤岩接近 弹性变形 阶段;• 在压力最高点达到弹性极限,煤岩存在不可恢复的 塑性变形 发生破裂;• 岩石内薄弱面以及充填物质的影响,变形及断裂模式差异明显(如 裂缝延伸受地应力和天然裂缝(割理)双重控制,表现为双翼、单翼和网状等不同延伸形式• 人工裂缝扩张极不规则, 2005实际监测的裂缝形态• 对称 不等长双翼缝• 单翼缝• 压裂液• 活性水压裂:价格便宜,对煤层伤害小;但 携砂差,难以实现现有支撑剂的长距离输送;• 线性胶及冻胶压裂液 :粘度高,携砂强,但 有残渣、伤害大;• 清洁压裂液 :携砂好,易破胶,伤害小,但 价格贵且存在表面活性剂化学吸附;• 二氧化碳压裂:携砂好,伤害小,价格贵, 有助于煤层气的解吸。 支撑剂颗粒密度与压裂液密度差异,压裂液滤失等控制嵌入: 支撑剂几何、机械与表面特性影响回流反吐: 煤层机械特性、后期(抽吸)排采影响有效支撑有效导流 支撑剂• 陶粒: 颗粒相对密度可达 石英砂: 颗粒相对密度 纤维加砂、树脂包裹: 防嵌入与回流反吐核心目标: 建立导流能力两道难题: 输送到位 、 工艺方法• 常规的主流方法: 单井水力加砂压裂 (包括采用特殊压裂液等工艺方法),致力于形成长裂缝,但目标难以实现(动态缝杂乱、支撑缝短小)• 主流方法的演化:从 单井压裂到多井同步大排量水力诱导 , 利用煤层节理发育的特点,,但不适合在高构造挤压部位或层状煤。• 新兴技术的初步研究: 高压水射流 (成孔)压裂技术 ,理论上优势明显,缺乏实践支撑,防坍塌、防煤粉反吐是有效成孔的关键。煤层气储层特征及压裂难点国内外煤层气增产技术现状 国外煤层气增产技术发展现状 国内煤层气增产技术发展现状 目前存在的问题 80年代初开始进行煤层气的勘探和开发,是世界上第一个率先成功实现 煤层气商业性开发 的国家。国外煤层气增产技术发展现状大井组直井压裂技术 曾广泛应用于圣胡安、黑勇士中煤阶含煤盆地的煤层气开发之中,其技术关键在于 钻大井组压裂后长期、连续抽排 ,大面积降压后煤层吸附的甲烷气大量解吸而产出。1989形成了针对不同地质背景的理论与开发技术,最大限度地 保护储层,降低伤害 是不同技术的共同特征。 圣胡安盆地以 裸眼洞穴法完井 为主, 黑勇士盆地、拉顿盆地等以 套管完井加压裂 为主, 粉河盆地以 钻井 - 洗井技术 为主, 阿巴拉契亚盆地采用 羽状水平井技术 。产技术于一身• 以 代表,在西弗吉尼亚石炭系(焦煤 煤厚 层含气量 t、煤层渗透率 3行开采,单井日产气 较前期产量提高 10倍, 8年采出可采储量 85%。992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004粉河尤因塔拉顿阿巴拉契亚上世纪九十年代中后期, 采用新技术开发新盆地 ,是美国煤层气产量大幅度增长的主要因素 粉河盆地低煤阶 洞穴完井技术 , 2004年产量 95亿 中阿巴拉契亚高煤阶 定向羽状水平井技术 , 2004年产量 20亿 型压裂液技术 &连续油管压裂针对煤层开发新型压裂液技术, 加强煤层脱水 ,不仅能够 保持煤层表面的润湿性, 还能 减少微粒运移 (黑勇士煤层气井使用该技术产量增加 38%)。连续油管的应用可以使有效处理的单井净产层百分率提高 10%~ 22%。根据现场作业经验, 层气开发的起步时间基本与中国开展煤层气工作的时间相当,勘探工作始于 1976年。21 世纪初以来,根据煤层气地质条件 (以低变质煤为主,多煤层、含水少 ),注重发展 连续油管压裂、二氧化碳注入、多分支水平羽状井、煤与瓦斯共采 等技术,降低了煤层气开采成本。国外煤层气增产技术发展现状加拿大用 高效泡沫加砂压裂 ,压裂液对煤层几乎没有伤害,比用纯氮气压裂获得的产量高。优点:• 水与地层接触的更少• 最小化储层的敏感问题• 相比于液氮和二氧化碳压裂 , 能够提供更好的携砂能力• 在低温储层中能够更快 , 更彻底的 消泡• 排液更彻底 , 有助于提高导流能力• 需要更少的设备 , 人员 , 液体和化学剂 , 减少现场液体处理费用• 支撑剂表面加上涂层 ,使煤粉在支撑剂之间的孔隙、喉道间不会停留,防止煤粉堵塞。优点:• 在更长的时间内提供更高的产量• 稳定支撑剂充填层和地层表面 ,阻止地层矿物颗粒侵入充填层• 提高压裂液返排能力• 减小支撑剂沉降速度减小岩化作用的影响• 与水基压裂液有很好的配伍• 适合井温高达 粉堵塞的补救措施,冲洗井筒, 洗出煤粉,达到增产的目的 。优点:• 帮助提高煤层气产量• 帮助延长气井寿命• 整个气田可以得到最快的施工投资回收期 天• 提高采收率 ,将部分 续油管压裂技术早在 1998年就已成功应用于许多浅层气井的压裂,并获得巨大成功。优点:• 实现个体脉络的低成本开发• 单日作业可节约一周期的销售时间并减少环境污染• 与提高效益的过程相适应• M:这项技术可以在裸眼井、筛管井、套管的水平井进行压裂,成功用于几百口水平井的压裂,一口井中可以压裂 40次 。优点:• 提高现有井层产量• 改善储层驱动条件• 相比常规压裂更易增产• 层气勘探始于 1976年。近年针对其煤层含气量高、含水饱和度变化大、原地应力高等地质特点,进行了特色技术的发展,成功开发和应用了 水平井高压水射流改进技术, 将煤矿井下抽放技术应用到地面开发中,形成独特的2009年产量达到 40× 108进入商业化开发阶段。国外煤层气增产技术发展现状煤层气地面开发始于 20世纪 70年代末,以解决瓦斯突出为主要目的。• 20世纪 90年代,煤层气开始被作为资源进行开发。• 我国埋深 20006万亿立方米,与常规的天然气资源量相当 ;可采资源量约 10万亿立方米。• 国内煤层气增产技术包括: 水力压裂改造技术 煤中多元气体驱替技术 国内煤层气增产技术发展现状已有技术主要水力压裂技术?液氮 在 低于临界温度和高于临界压力 条件下,将 入煤层。二氧化碳溶于水形成水溶液呈 弱酸性 ,具有 较低的表面张力和界面张力 ,可以 解除部分矿物质的堵塞 ,能改善和提高煤层的渗透率。特点: 返排能力强,压裂成本低,经济效益好,设备需要专用的设备的特点。间接压裂技术原理: 是通过 在煤层相邻的碎屑岩中以较低压力形成裂缝 ,然后使得这些诱导裂缝与煤层相连 ,进而达到提高煤层改造效果目的。技术优势: 煤层的垂向渗透率通常优于水平渗透率。砂岩或煤粉砂岩具有更低的 破裂压力, 进入煤层的压力也低,这使得一个弹性耦合断面能够进入煤层中,且沿着裂缝延伸方向连通性较好。在阜新煤层气压裂中采用了该技术,效果良好。附在煤基质颗粒表面为主 、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。对煤层气的开采主要经历以下三个过程现有技术对于“解吸”和“扩散”过程的几乎没有涉及,是从根本上制约煤层气增产的“短板”。国内煤层气增产技术发展现状国内煤层气开发的模式主要借鉴北美、尤其是美国的发展思路(包括煤层气和页岩气 —— 大排量、大液量,多段水平井压裂? )② 美国的煤层气开发正在走向瓶颈期 (煤层气产量维持现状,页岩气大发展?)③ 中国煤层气开发技术是否应该另谋出路?煤层气储层特征及压裂难点国内外煤层气增产技术现状煤层气增产技术发展趋势 煤层气裂缝起裂机理研究 压裂材料 —— 低密度支撑剂研究 煤层气降滤机理及其工艺研究 压裂工艺 —— 煤层气储层裂缝起裂机理研究① 岩石是均质各向同性的多孔介质,并处于线弹性状态。② 井壁围岩处于平面应变状态 ;③ 忽略压裂液与岩石发生物理化学作用所引起的力学性质变化。假设条件: 裸眼井筒应力分布计算考虑套管完井无滤失作用下的应力分布:煤层气储层裂缝起裂机理研究 射孔孔眼壁面应力分布计算( 1)孔眼内流体压力引起的应力 (考虑了孔眼摩阻 )( 2) 井筒切向应力和上覆应力引起的应力( 3)井筒径向应力引起的应力( 4)煤层气储层裂缝起裂机理研究根据 应力叠加准则 ,射孔孔眼周围应力分布为:令 ,代入上式,可得孔眼孔壁 处应力分布为:实例计算① 四种起裂模式在不同射孔深度 交错 发生 ;④ 当射孔深度 超过 开起裂和射孔尖端起裂 占有一定的优势,而且随着深度的继续增加,尖端起裂压力继续降低 ;② 在射孔深度为 0裂压力都较低,其中 剪切起裂破裂压力 最低, 本体起裂压力 最高 ;③ 射孔深度小于 所有破裂模式的破裂压力都随 之 增加,当超过 切起裂 和 尖端起裂 的破裂压力呈现降低的趋势 ;⑤ 当超过 尖端起裂 占有绝对优势。实例计算① 对岩石 本体起裂 ,随着射孔方位角的增加其破裂压力不断增大的,在射孔方位为 90° 时破裂压力达到最大;② 对于岩石 剪切起裂 分布相对比较均衡,在 45° 左右破裂压力最小;③ 射孔尖端起裂 随着射孔方位的增加也是增加的,在射孔方位 90° 处达到最大;④ 张开起裂 波动性比较大,在射孔方位为 60° 左右和 0° 处破裂压力相对较小 。裂缝产生过程憋压模型由于存在 不同 裂缝起裂模式 ,故在同一射孔深度将发生不同方式的起裂。这样将在不同的射孔方位,同一个射孔深度下产生 多条裂缝 。通过向井筒中不断的泵入压裂液 向 地层 传递能量 ,压裂液从井下射孔层位流出,此时射孔孔眼近似于 泄压开口 ,当泄压口 处 的流出量小于井口的泵入量时,液体就会在井筒容器内压缩从而产生反弹力,裂缝产生过程井筒憋压 压力变化在 由于液体重力产生静夜柱压力 P1。由于泵压以及井筒反弹力使地层岩石开始破裂,即达到第一条裂缝的破裂压裂 于射孔摩阻以及煤粉堵塞使压力继续升高 , 继而 第二个、第三个破裂点相继 发生起裂,但井筒憋压效应降低而使压力增加幅度下降,最后在 口注入量等于井底的流出量, 发生泄压 ,压力降低为一条主裂缝的延伸压力 裂缝产生过程憋压较高的原因在煤层压裂过程中,施工压力往往 比同层常规储层压裂高 ,即在井底的憋压较高,而造成憋压 较高的原因 主要包括以下几个方面:• 地应力影响 若水平地应力接近相等由于沿井眼周向破裂压力的差别不大 , 各周向角度处都容易开启裂缝 ,裂缝起裂位臵不确定 , 裂缝可能在任意位臵开启 , 这些裂缝中有的裂缝的转向角度可能比较大 , 造成裂缝轨迹的弯曲与摩擦阻力的增加 , 有可能开启更多的裂缝 , 因而形成容易 形成多个独立发展的裂缝 。 当水平应力相差较大时容易开启的方位有限 , 而且相对 有利于连接 , 形成一个大裂缝 ; 但是 ,当井的斜度增大后 , 裂缝不易于连接而可能形成多裂缝 。响裂缝起裂的其他因素• 天然微裂隙影响如果射孔孔眼周围存在天然裂隙 , 则 优先破裂的射孔孔眼就可能是存在微裂缝的射孔 , 也可能是已经破裂射孔的同轴向的孔眼 , 或者是前面两种并存 , 交替交织破裂 。裂缝的存在明显的降低了地层的破裂压力 。 如果新开启射孔与前面已经开启射孔在周向上存在一定的角度 , 该处的小裂缝不容易与己经开启裂缝在延伸过程中连接 , 则发展成独立的大裂缝 , 而且可能是转向的大裂缝 。井斜影响井的斜度加大后不利于裂缝在缝口的连接 , 因此 , 增大了多裂缝形成的可能性 。即使最终连接 , 各裂缝在连接之前呈现网状结构 , 流量在各裂缝之间分流 , 减小了裂缝宽度 , 增大了流动阻力与加砂施工的难度 , 井的斜度增大会 增加压裂施工的困难 。• 孔密影响根据裂缝连接的相关理论分析 , 当射孔间距减小时 , 在有利的地应力条件下 , 可以 促进各个小裂缝的连接 , 从而减少裂缝的条数 。 但是在不易连接的位臵 , 增大射孔密度则增加了裂缝的条数 。撑剂铺置 裂缝导流裂缝开启液固两相流中高密度支撑剂高粘携砂液砂堵储层伤害出路:压裂材料 —— 支撑剂制作原料选用采用低廉的 工业级泡花碱 ( 液体状 ) 为浆体主体 ( 便于喷雾造粒 ) ,并采用 工业级二氧化硅 、 工业级二氧化铝粉体为增强外加材料 。有研究成果 成球方式研究在表面张力的作用下,微小 液滴自然成球 ,随着干燥机对液滴的加热,首先在液滴表面形成一层 对气流为半透性 的凝胶膜 , 内部液体在蒸发的作用下,使凝胶膜膨胀,并透过 凝胶膜排出气体 ,最终形成空心前驱体。前驱球体失水成为不规则体阶段前躯体成球阶段玻璃化球体 700℃发泡为空心前驱球体阶段玻璃球体 800℃烧结成球过程1. 前躯体成球 阶段;2. 前驱球体失水 成为 不规则体阶段;3. 不规则体还原球体阶段 (主要是煅烧阶段,从室温升至实验所需温度),该阶段又分为三个阶段 : a. 发泡 为空心前驱球体阶段; b. 玻璃化 阶段; 段。 随着温度的升高,玻璃化程度越高,球体越规则。珠 度在 径在 1径为 从上图可以看出, 微球 的外观漂亮,光泽度、圆度都是比较高的,而且 抗静压强度达到 60体破损率小于 10%。厚的控制 。壁厚的大小直接影响了支撑剂的抗压强度和支撑剂整体的密度。500μm( 35目)空心球抗压强度、高近井人工裂缝导流能力的作法,应当值得反思 。 活性水压裂缝宽是否满足支撑剂输运有待研究。一步计划• 低密度支撑剂压裂技术一般情况下采用 先细颗粒、中细颗粒再粗颗粒支撑剂 的泵入顺序。但这种传统布砂顺序是否能够运用到低密度支撑剂中,仍要进行进一步的探讨。— 孔隙类型的双重介质 , 基本特征是: 双重孔隙度、双重渗透率、两个平行的水动力学场以及在两种孔隙结构之间有流体交换的“窜流”作用 发生。煤层气压裂液滤失机理及降滤工艺研究 双重介质运动方程 双重介质状态方程 双重介质质量守恒方程整个模型共有 两套重叠的压力系统;基质的孔隙度比裂缝的孔隙度大很多,而裂缝的渗透率比基质的渗透率大。流体在裂缝和基质间的流动表现为两类系统之间的“窜流”。在考虑基质自身滤失和基质与裂缝滤失双重因素下,建立滤失数学模型:不考虑动态渗透率 的滤失量不同滤失 距离 下的滤失量 不同滤失时间下的滤失量随着时间的 增长 , 稳 随着距离的 增长 , 考虑动态渗透率 的滤失量考虑动态渗透率下的 没有考虑下的 者是后者的 50倍 。不考虑动态渗透率 的滤失量随着时间的 增长 , 这是因为当 和 后就会逐渐 减小随着距离的 增长 , 小基质中滤失计算结果 裂缝中的 于 基质中的 Q; 裂缝中的 质中 化趋势 不考虑动态渗透率基质中的 10s),而考虑的 10-4 g/(s),前者是后者的 是因为压裂液大多沿着 天然裂缝滤失 ,相应地 减少向基质中滤失 。 考虑动态渗透率 砂降滤降滤失技术粉砂能够堵塞井周围的一些流道,在压裂形成的主裂缝延伸
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