碎軟低滲煤層高強度壓裂和精細排采研究——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，是當今亟待研究的重大科學技術命題。本文以淮北礦區(qū)蘆嶺煤礦碎軟低滲煤層為研究對象，依托油氣國家科技重大專項“煤層氣與煤炭協(xié)調開發(fā)關鍵技術”項目（2008ZX05040）和“兩淮礦區(qū)煤層群開采條件下煤層氣抽采示范工程”項目（2008ZX05064），應用煤地質學、石油天然

2、氣地質學、滲流力學、油氣田開發(fā)、巖石力學等理論和方法，通過理論研究、模擬分析和工程試驗，開展了碎軟低滲煤層的水力壓裂機理、高強度壓裂增產(chǎn)和精細排采等理論和技術工藝研究，并將研究成果應用于淮北礦區(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，取得了以下主要研究成果和認識。
　?。?）揭示了水力壓裂能夠壓開碎軟煤層并形成壓裂縫的機理。研究認為，碎軟煤層壓裂時能夠形成壓裂縫，主要是因為在碎軟煤層中有較硬煤分層，壓裂時這些較硬煤分層

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度壓裂的工藝參數(shù)，推導出加砂強度和壓裂液注入排量的理論定量計算公式。理論計算、模擬分析和工程試驗結果表明，碎軟煤層高強度壓裂的最佳參數(shù)是：加砂強度為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；氮氣伴注能夠有效提高壓裂液的攜砂能力和裂縫

4、的支撐效果。
　?。?）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工藝。不同碎軟煤層存在力學性質差異，為使合層壓裂時各個煤層都能最大程度地壓開，達到預期壓裂效果，必須實施投球壓裂技術。碎軟煤層的力學性質很難測定，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排采技術，推導了放噴強度和排水降壓階段排采強度的計算公式。針對碎

5、軟煤層排采過程中極容易出現(xiàn)吐砂吐煤粉等問題，建立了井底流壓實時智能監(jiān)控系統(tǒng)和慢、控、穩(wěn)的分段精細排采制度，按照井底流壓監(jiān)控數(shù)據(jù)，及時調整排水強度，嚴格控制井底流壓、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)工程中得到應用和驗證，有效地指導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個月排采期間，單井最高日產(chǎn)氣量高達