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| 編輯推薦： |
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笔者以目前国内常见的煤储层压裂工艺技术为研究对象，对不同的压裂液与煤层的配伍性进行了分析和研究，设计了不同压裂液下煤储层改造的泵注程序，并对其适应性进行了初步评价。本书所反映的研究成果丰富了我国煤层气直井储层改造理论，为现场不同煤储层改造工艺施工提供了重要的借鉴。
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| 內容簡介： |
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本书实验优选了目前煤层气直井所用的活性水、胍胶、多组分酸等常规压裂液配方，系统分析了这些压裂液在施工过程中对煤储层导流能力的正、负效应，构建了相应的数理模型，优化了泵注参数，并进行了现场应用和效果评价。通过室内氮气二氧化碳与甲烷气体的置换驱替实验，考虑解吸过程中基质收缩效应，初步揭示出氮气二氧化碳置换甲烷过程中煤基质收缩膨胀影响下的渗透率变化规律；通过二氧化碳与水反应形成的碳酸溶液作用煤前后的渗透率测试，得出作用煤前后渗透率的变化规律。通过煤层氮气伴注压裂工艺和二氧化碳压裂工艺应用实例，评价了其应用效果和适用性。*后，根据典型区的煤储层和围岩特征，阐述了多煤层合层压裂、连续多次压裂等特殊活性水压裂工艺的技术原理和适用性。本书所反映的研究成果丰富了我国煤层气直井储层改造理论，为现场不同煤储层改造工艺施工提供了重要的借鉴。本书可供煤层气地质及勘探开发领域的高年级本科生、研究生及科研院所的科技人员、工程技术人员参考使用。
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| 關於作者： |
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倪小明，河南理工大学，教授，河南省高校科技创新人才、河南省青年骨干教师，河南省煤层气工程创新团队和构造煤创新团队研究骨干。 主要从事瓦斯地质与煤层气勘探开发领域的科研与教学工作。主持或参与了油气重大专项、973、国家自然基金、河南省重大公益项目、企业委托项目等项目20余项。获省部级二等奖3项，三等奖3项。
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| 目錄：
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第一章绪论001
第一节煤层气直井储层改造技术研究意义002
第二节国内外煤层气井压裂工艺技术进展004
一、煤层气储层改造技术研究进展004
二、压裂液配方研究进展010
三、压裂液对煤储层伤害研究进展015
四、压裂工艺参数优化研究进展016
第三节煤层气直井储层改造技术研究方案018
一、主要研究内容018
二、研究方法与技术路线019
三、预期目标019
第二章煤层气直井储层改造技术一般工艺流程与类型021
第一节煤储层改造的目的与特殊性022
一、煤储层改造的目的022
二、煤储层改造的特殊性022
第二节煤层压裂与砂岩层压裂的异同024
一、煤层压裂与砂岩层压裂的相同点024
二、煤层压裂与砂岩层压裂的不同点025
第三节煤层气直井储层改造的一般工艺流程029
第四节煤储层改造类型划分及工艺选型033
一、煤储层改造类型划分关键指标的确定033
二、煤储层改造类型划分关键指标临界值的确定及划分034
三、煤储层改造工艺选型建议036
第三章活性水常规改造单一煤层关键技术与应用038
第一节活性水常规改造单一煤层关键技术039
一、开发层系的选择039
二、射孔方式及密度选择040
三、压裂液配方实验优选042
四、支撑剂的选择045
五、不同煤体结构活性水压裂裂缝形态051
六、不同煤体结构活性水压裂泵注参数优化064
第二节活性水改造单一煤层应用与效果评价068
一、低中渗Ⅱ类煤为主储层活性水改造技术应用068
二、低渗Ⅲ类煤为主煤储层活性水改造技术应用071
第四章酸化压裂改造煤层关键技术与应用077
第一节酸化压裂改造煤层关键技术078
一、开发层系的选择078
二、酸化压裂液配方优选078
三、不同煤阶煤酸化前后表面结构及渗透率变化特征093
四、酸液与其他不同压裂液混合压裂泵注程序设计118
第二节酸化压裂煤层适用性评价及应用119
一、现场应用120
二、适用性评价120
第五章胍胶压裂改造煤层关键技术与应用122
第一节胍胶压裂液低温破胶剂实验优选123
一、实验方案123
二、实验测试结果124
三、破胶剂实验优选结果129
第二节HPG压裂煤储层的主要伤害负效应研究129
一、HPG压裂液引起支撑剂导流能力变化研究130
二、破胶液对煤心渗透率伤害实验研究133
第三节胍胶压裂液改造煤储层综合导流能力研究136
一、HPG压裂工艺流程137
二、压裂造缝时裂缝长度和宽度计算137
三、HPG携砂形成的有效支撑裂缝形态138
四、不同条件下支撑剂铺置有效支撑缝长149
五、HPG和活性水压裂导流能力对比155
第四节胍胶压裂泵注程序设计158
第五节胍胶压裂工艺的工程应用与适用性评价159
一、研究区地质概况160
二、HPG压裂主要参数的确定160
三、煤层气直井压裂效果评价161
四、胍胶压裂液适用性评价162
第六章氮气伴注压裂改造煤层关键技术与应用165
第一节注氮气对煤储层的增能作用166
一、二元气体等温吸附置换实验研究166
二、注氮气引起的储层压力变化规律168
第二节注氮气对煤储层的增透作用172
一、氮气驱替甲烷过程煤基质变形规律172
二、注氮气引起的煤孔裂隙结构变化特征179
三、注氮气对煤储层孔裂隙导流能力的影响180
第三节氮气伴注压裂工程应用及适用性评价184
一、水力压裂伴注氮气提高煤层气直井采收率的影响因素184
二、氮气伴注压裂工程应用185
三、氮气伴注压裂适用性评价187
第七章二氧化碳压裂改造煤层关键技术与应用190
第一节CO2注入后吸附-解吸及置换特征191
一、注CO2后气体吸附-解吸特征191
二、注CO2后置换CH4特征196
三、超临界条件下注CO2后气体吸附、解吸、置换特征199
第二节CO2注入后的化学作用引起煤储层渗透率影响机理205
一、CO2注入后化学作用引起的煤储层渗透率变化特征206
二、CO2注入后化学作用引起的渗透率变化机理217
第三节CO2注入后物理作用引起煤储层渗透率变化特征222
一、CO2注入后物理作用引起的煤储层渗透率变化实验研究222
二、CO2置换CH4过程渗透率变化特征227
第四节CO2压裂技术工程应用及适用性评价236
一、二氧化碳泡沫压裂工程应用237
二、二氧化碳泡沫压裂的适用性240
第八章几种特殊活性水改造煤层关键技术与应用241
第一节多煤层合层压裂改造关键技术与应用242
一、多煤层合层投球压裂技术原理242
二、合层水力压裂关键参数优化243
三、应用效果评价247
第二节连续多次水力压裂煤层关键技术与应用249
一、连续多次水力压裂技术原理249
二、晋城矿区连续多次水力压裂裂缝展布特征250
三、应用效果评价258
第三节单一煤层重复水力压裂综合选井技术259
一、单一煤层重复水力压裂选井评价指标的构建259
二、基于多层次模糊综合评价的重复水力压裂选井方法261
三、应用与评价262
参考文献266
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| 內容試閱：
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开发利用煤层气资源，具有降低煤矿瓦斯事故发生、改善大气环境、缓解能源供需矛盾等多重功效。俄罗斯、加拿大、中国、美国、澳大利亚等国家是煤层气资源量最丰富的几个国家。俄罗斯的常规天然气产量很高，完全能够满足国内需求且长期出口，煤层气产业在该国处于起步阶段。美国是世界上煤层气勘探开发最早、也是最成功的国家。美国煤层气工业起步于20世纪70年代，首先在黑勇士盆地和圣胡安盆地取得了成功；20世纪90年代后，在粉河、犹因塔等盆地也相继取得了成功，煤层气年产气量迅猛增加。在煤层气基础理论和勘探开发实践的推动下，逐渐形成了适合于不同煤储层类型的开发技术。针对高煤阶低渗煤储层，发展了羽状水平井开发技术；中煤阶中低渗煤层主要以低成本直井压裂开发为主；低煤阶高渗煤层主要采用洞穴完井技术。2005年美国煤层气年产气量达到505亿立方米，进入相对稳定产气阶段。2014年以后，受本国页岩气革命的影响，煤层气年产气量开始下降。澳大利亚煤层气研究工作起步于20世纪80年代初，澳大利亚针对本国煤层含气量高、含水饱和度大、原地应力高等特点，发展了高压水射流增产技术；对煤矿开采区，主要钻定向水平井，实施地面、井下联作方式抽采。2010年达到60亿立方米，进入相对稳定产气阶段。加拿大煤层气开发研究起步的时间与我国开展煤层气研究的时间基本相当。在政府资金和政策支持下，针对本国低变质煤为主、多煤层发育的特点，氮气泡沫加砂压裂、多分支羽状水平井、连续油管压裂等储层改造技术的成功应用使煤层气井产气量迅猛增加。2010年煤层气年产气量达到120亿立方米，进入相对稳定的产气阶段。
我国在借鉴国外煤层气开发经验的基础上，经过30余年的煤层气勘探开发实践，逐渐形成了针对高煤阶低中渗中高硬煤层的大排量、低中砂比、多液量的活性水压裂技术；针对中煤阶低渗煤层，形成了井上下联合抽采模式。但我国煤层形成后大多经历了多期构造应力作用，小范围内煤层非均质性强，单一的活性水压裂工艺技术越来越无法适应多变的煤储层地质条件。需要针对不同的储层类型匹配相对应的改造工艺技术。
基于此，笔者以目前国内常见的煤储层压裂工艺技术为研究对象，对不同的压裂液与煤层的配伍性进行了分析和研究，设计了不同压裂液下煤储层改造的泵注程序，并对其适应性进行了初步评价。本书着重反映以下研究成果：
①单一煤层活性水改造煤层方面，阐述了单一煤层活性水压裂的技术原理。针对煤层特点，对其开发层系进行了选择；实验室进行了黏土稳定剂实验，得出了活性水压裂液配方；分析了不同煤体结构下活性水压裂时的裂缝形态，对单一煤层活性水压裂泵注参数进行了优化。并结合现场工程实践，对其适用性进行了评价。
②多组分酸压裂改造煤层方面，进行了不同矿物与多组分酸液的溶蚀实验，得出了其溶蚀动力学方程，在此基础上优选出最佳多组分酸液配方。进行了不同变质程度煤与多组分酸液反应前、后渗透率测试，得出其变化特征。设计了酸化压裂泵注程序，评价了其适用性。
③胍胶压裂改造煤层方面，进行了20℃下不同类型组合的破胶剂破胶实验，对比评价了其破胶效果，优选出低温破胶剂。进行了活性水、破胶液与不同粒度组合下石英砂支撑剂导流能力、渗透率伤害等测试，构建了综合有效的渗透率数理模型，设计了胍胶压裂泵注程序，评价了其适用性。
④氮气伴注改造煤层方面，进行了氮气置换驱替甲烷实验，构建了注氮气后储层压力变化的数理模型，得出了不同注入压力下储层压力变化规律。进行了注氮气前、后孔径变化测试，得出了孔隙结构变化特征；构建了注氮气后导流能力变化的数理模型。在此基础上，设计了氮气伴注压裂泵注程序。以山西沁南某区块为例，对其应用效果进行了评价。
⑤CO2压裂改造煤层方面，进行了CO2吸附解吸置换CH4实验，得出了实验条件下CO2对CH4的置换效果。进行了煤中不同矿物和CO2与水反应后形成的碳酸溶液的溶蚀实验，得出了注CO2后其与水反应形成的碳酸化学作用煤后引起的渗透率变化特征；进行了CO2置换CH4过程煤基质变形-渗透率变化实验，得出了CO2置换CH4过程煤基质变形引起的渗透率变化特征。以山西柿庄区块注CO2的煤层气直井为例，分析了CO2泡沫压裂的适用性。
⑥几种特殊的活性水改造煤层技术方面，根据合层水力压裂基本原理，分析了水力压裂过程中煤储层及虚拟储层破裂的影响因素，优化了射孔工艺方式及合层水力压裂泵注程序；现场工程实例验证了其可行性。以晋城矿区煤层气勘探开发资料为基础，应用损伤力学理论，分析得出了一次和二次压裂后的裂缝分布特征。现场连续多次压裂实测产气量对比结果表明：储层地质条件合适时，连续多次压裂技术对裂缝改造效果显著。系统分析了煤层气低产井的影响因素，构建了评价指标体系，应用多层次模糊综合评价法优选了重复压裂的首选井。
本书撰写工作的分工如下：第二章、第三章、第五章、第六章、第八章由倪小明编写；第一章、第七章由王延斌编写；第四章由李全中编写。全书由倪小明教授统一审核、定稿。
中国矿业大学秦勇教授、姜波教授、韦重韬教授、杨永国教授、傅雪海教授、桑树勋教授、朱炎铭教授、吴财芳教授、邵龙义教授、孟召平教授、陈玉华老师、申建老师、杨兆彪老师，中国地质大学（北京）汤达祯教授、刘大锰教授、唐书恒教授、黄文辉教授、姚艳斌教授、许浩副教授，煤炭科学研究总院西安研究院张群教授，中国石油大学张遂安教授、康永尚教授，中国地质大学（武汉）王生维教授，中联煤层气有限责任公司吴建光教授级高工、叶建平教授级高工，北京奥瑞安能源技术有限公司杨陆武教授级高工，奥瑞安能源国际有限公司饶孟余教授级高工，北京九尊能源技术开发有限公司李玉魁教授级高工，山西蓝焰煤层气集团有限责任公司王保玉教授级高工、田永东教授级高工，晋城煤业集团煤层气产业发展局李国富教授级高工，河南省煤层气开发利用有限公司于顺德董事长、冯立杰教授级高工、郭启文教授级高工、徐耀部长、张文勇博士，在编写之初给予了悉心指导和帮助;河南理工大学的周英教授、苏现波教授、郭文兵教授、李化敏教授、郝吉生教授、曹运兴教授、魏建平教授、张玉贵教授、张小东教授、李东印教授、刘少伟教授、潘结南教授、宋党育教授、林晓英副教授、韩颖副教授、郭红玉副教授、刘晓老师等对本书的编写提出了许多宝贵意见；本书在编写过程中，硕士研究生于芸芸、吉小峰、李哲远、李志恒等给予了大力支持和帮助，可以说如果没有研究生们的协同工作，现在还难以完成这样一本学术专著，在此一并致以衷心谢意！笔者引用了大量国内外参考文献，借此机会对这些文献的作者表示感谢。
本书由油气重大专项基金（编号：2016ZX05066001-002和2011ZX05042-003）、河南省高校创新人才项目（编号：15HASTIT050）、河南省高校科技创新团队支持计划：构造煤团队（编号：14IRTSTHN002）、河南省高等学校青年骨干教师计划项目（编号：2013GGJS-049）和中原经济区煤层（页岩）气河南省协同创新中心等共同资助。
由于作者水平有限，书中不妥之处在所难免，敬请广大读者不吝批评指正！
倪小明
2017年7月
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