鄂东低煤阶U型井排采特征及产气量预测研究

为研究鄂尔多斯盆地东部北缘低煤阶U型井排采特征,以山西保德矿区8#+9#煤层的U型井地质资料和历史排采数据为基础,利用无因次产气率将低煤阶U型井排采划分为排水降压、稳产、产量递减三个阶段,分析各阶段排采特征,结合井底压力、气水产量确定了鄂东低煤阶U型井排采曲线特征图。研究排采各阶段排采参数的相关关系,显示低煤阶U型井日产气量与排水量之间呈现二项式相关;日产气量与井底流压呈现线性负相关关系;日气产量/气累计产量与排采时间在产气量上升阶段呈对数关系,在产气量下降阶段呈幂指数关系。在此基础上优化排采制度,并以此构建了以日产量与累计产量之比和开发时间之间的关系为基础的煤层气井产能预测模型,拟合相关系数在产气量上升阶段高达0.977 5、在产气量下降阶段高达0.989 3。     

煤层气井合层排采过程中储层伤害问题研究

合层排采的煤层气井目的是实现多层产气的正向叠加效应,但是,在实际生产中,合层排采往往引发储层伤害,造成多层合采的煤层气井日产气量甚至小于同一区块内单煤层排采的井。在系统分析合层排采可能引发的储层伤害基础上,以实例说明,上部储层的伤害、产水层的影响和产层间距过大是合层排采过程中造成储层伤害的主因,并分析总结认为当两(多)层煤的临界解吸压力较为接近时,是进行合层排采的最优条件。     

沁水盆地南部煤层气直井合层排采产气效果数值模拟

随着煤层气勘探开发的深入,多煤层合层排采受到广泛关注。合层排采管控工艺是确保煤层气合采井高产稳产的关键,而多煤层组合条件下复杂的地质条件增加了合层排采管控的难度。数值模拟技术是研究煤层气井合层排采管控工艺的有效手段,科学、可靠的模拟结果可为合采井排采管控提供依据。考虑温度效应、煤基质收缩效应、有效应力作用对煤层流体运移规律以及渗透率等煤层物性参数的影响,建立煤层气直井合层排采生产动态过程多物理场耦合数学模型,并进行有限元法的多物理场耦合求解。通过对沁水盆地南部郑庄区块煤层气合采井组的模拟,探讨不同排采速率下煤层气直井合层排采产气效果及渗透率等煤层物性参数动态演化特征,提出煤层气直井合层排采工程建议。模拟结果显示,郑庄区块3号、15号煤层整体含气量较高,煤层气合采井组具有较大增产潜力,提高排采速率对提高煤层气采收率的效果不显著;排采过程中,煤基质收缩效应对渗透率的影响强于有效应力作用,是提高煤层气井排采速率的保障,在确保排采速率不超过煤层渗流能力上限的基础上,适当提高排采速率可实现煤层气井增产。基于模拟结果,建议排采速率的调整以控制动液面或液柱压力为主;以3号、15号煤层气合采井增产为目标,产水阶段和憋压阶段,郑庄区块煤层气直井合层排采速率以液柱压力降幅0.12~0.20 MPa/d或动液面降幅12~20 m/d为宜,既可实现煤层气增产,又可避免储层伤害。      

六盘水地区煤层气井合层排采实践与认识

为了提高煤层气井合层排采效果，需要合理划分排采阶段并制定与之对应的管控措施。基于贵州六盘水地区以往煤层气勘查与试采工作，分析该区二叠系龙潭组煤层气地质条件和煤储层特征，对比分析两口煤层气井合层排采管控制度及其效果。结果表明:研究区具有煤层层数多、单层厚度薄、含气量高、储层压力大、煤层渗透率低、局部构造煤发育等煤层气地质特点，使煤层气井排采过程中压敏效应和贾敏效应较明显，储层伤害较严重，煤层气井高产时间较短，产气量较低。应该优选厚度较大、含气性好的原生结构煤层或煤组进行射孔压裂。在合层排采过程中，对排采阶段进行合理划分，并根据排采阶段控制流压、套压、流压降幅、套压降幅和液面高度等参数，可有效减小压敏效应、贾敏效应、速敏效应等储层伤害。合理的合层排采管控有助于实现控制产气量稳定平稳上升、煤层气井长期稳产与高产的目标。      

基于煤层气井排采数据的储层含气量动态反演研究

煤储层含气量是煤层气开发的核心参数,但实测煤储层含气量与煤储层的真实含气量之间往往存在误差。基于窑街矿区海石湾井田煤层气井不同时段的产气量,以煤储层含气量“定体积”降低为基础,反演煤储层实时含气量,研究煤层气井排采过程煤储层实时含气量的变化规律。结果表明:煤储层含气量随排采时间呈线性下降趋势,不同步长煤层气井产气量与煤储层含气量降低幅度一致,遵循“定体积”产气特征,即煤层气单井产气量是煤基质“定体积”产出;煤层气井的产气量与含气量降低速率有关,而与煤储层原始含气量无关。煤储层为隔水层,水力压裂难以改变煤基微孔隙通道的结合水状态,CH₄产出过程受水–煤界面作用控制,煤层气产出是“CH₄·煤·水”三相界面传质作用的结果,水–煤界面作用中水的湍动提供并传递能量,激励块煤中CH₄解吸与产出。      

煤层气开发中的层间矛盾问题——以柳林地区为例

直井分层压裂及合层排采能有效降低煤层气勘探开发成本,提高煤层气产能,但层间矛盾的干扰制约了这一排采工艺的推广。借鉴常规油气层间矛盾问题相关理论,首次提出并总结了煤层气开发中层间矛盾的概念、特点和影响因素。通过分析柳林地区典型井产能曲线特征,剖析了该区层间矛盾的特征和原因。结果表明:柳林地区合层排采太原组煤层（8号+9号）和合层排采山西组与太原组煤层（3号+4号+5号与8号+9号）时,层间矛盾问题严重;引起该层间矛盾的原因有煤层物性特征和煤层顶底板水文地质条件因素,其中8号煤层顶板水文地质条件是引发该区层间矛盾的主要因素。      

官寨井田多煤层开发产层组合研究

官寨井田煤层群普遍发育,合层排采可以降低开发成本、提高单井产量,是多煤层区块煤层气开发的必然趋势。不同的产层组合方式,因各项物性参数存在差异,从而使产能差异较大。结合官寨井田的地质条件以及X井的排采数据,利用CBM-SIM数值模拟手段,对不同产层组合方式进行深入研究。结果表明:官寨井田影响合采的主要因素为:渗透率比值、临界解吸压力差和储层压力差。通过对比分析不同组合的产能曲线得出,煤组1、3为官寨井田适合合层排采的组合,其他组合因各主要影响因素存在差异,造成各煤层之间的层间干扰较大,因而不适合合层排采,研究结果将对类似地区的合层排采提供一定的指导。     

煤层气井合层开发层间干扰分析与合采方法探讨——以平顶山首山一矿为例

多煤层合层开发是提高煤层气井单井产量的关键技术,然而工程实践中大部分煤层合采存在层间干扰问题,致使合采产气量提升不明显。为了提高合层开发煤层气井的产气量与开发效率,以平顶山首山一矿煤层气合采四2煤层和二1煤层为例,基于煤层气赋存的地质条件,分析了合采层间干扰的影响因素及干扰规律,并提出了煤层合层开发层间干扰的控制方法。结果表明:造成四2煤层和二1煤层合层排采产量低的主要因素是储层压力梯度、临界解吸压力和渗透率。其中,两层煤的储层压力梯度分别为1.05 MPa/hm和0.519 MPa/hm;渗透率分别为0.25×10–3 μm2和1.4×10–5 μm2;临界解吸压力分别为1.16~1.69 MPa和0.40~0.46 MPa;另外,两煤层间距大,平均170 m左右。以上主要影响因素差异,造成两层煤合采时层间矛盾突出,干扰严重,总体产量低,井组煤层气开发效率低。基于现状问题,探索提出大间距多煤层大井眼双套管分层控制合采工艺方法,以实现两层煤分开控制达到合采产能叠加的目标,从而提高煤层气井合采产量和开发效果。研究认识将为平顶山及类似地质条件的矿区多煤层煤层气高效合层排采提供新的技术途径。      

晋城地区煤层气井多层合采效果评价

煤层气井多煤层合采效果研究为煤炭安全、井下瓦斯治理、确定开发技术指标、单井配产、合理划分开发层系、煤层气高效开发以及制定中长期煤层气开发规划具有很好的参考价值。以晋城成庄矿区为例,将开发中后期排采效果检验井含气量等数据与邻近井原始含气量进行对比,分析3、9和15煤各煤层含气量在合层排采后的变化特征,以评价排采效果;并结合地质资料及现场排采动态进一步分析影响各煤层排采效果的主控因素。综合分析认为,成庄矿区经过多年地面煤层气多层合采,下部15号煤层比上部3号和9号煤层含气量降低更快。分析其原因认为成庄矿区15号煤层含气量降低较快的主要影响因素包括煤层渗透率、供液能力、储层压力及排采制度等。研究结果为剩余储量预测提供可靠的科学依据。      

AVO技术在煤层气勘探中的应用

现有研究成果表明,煤层气含气性和密度间存在负相关关系,煤储层的含气量与纵波速度、横波速度的变化密切相关.在达到AVO技术对地震资料的品质要求下,这种关系则可以通过AVO异常反演直观的体现出来.研究区韩试12井与合试5井的11#煤层正演模拟结果表明,韩试12井11#煤的AVO响应特征为反射振幅随偏移距增大而减小,其煤层顶板为负截距、正梯度,底板为正截距、负梯度,表现为典型的煤层气富集特征;而合试5井11#煤则无AVO异常响应,表现为低含气量,该解释结果与排采数据较吻合.韩试12井AVO的反演结果证明,依据截距、梯度数据体运算获得的AVO异常综合剖面图,可有效预测煤层气富集有利区域及部署煤层气高产井井位.     

山西阳泉矿区煤层气分层排采分析

煤层气开发过程中,由于各煤层及其顶底板之间物性特征等方面的差异,易导致层间干扰,影响煤层气产能。阳泉矿区煤层气资源储量丰富,主要可采煤层有3#、8#、9#、15#煤层,其中3#煤层为局部可采煤层。以该区YQ-191和YQ-359井为例,通过分析8#、9#、15#煤层在渗透率、储层压力、煤层厚度、含气量、埋藏深度、水文地质条件的差异,发现,YQ-191井8#、9#的各项参数较为接近,层间干扰小,适宜合层开采;YQ-359井8#、15#煤层渗透率与储层压力相差较大,层间干扰严重,合层开采严重影响15#煤层的产能,该井8#、15#煤层不适宜合层开采。     

沁水盆地寿阳区块3号和9号煤层合层排采的可行性研究

寿阳区块煤储层具有层数多、单层厚度小、产能低、开采难度大的特征,为降低成本、提高煤层气资源采收率,对该区主要目标层3号和9号煤层进行合层开采是制定开发方案时的首选。在系统分析煤层气直井合层排采的关键控制因素基础上,认为煤岩及顶底板岩石力学性质、储层压力梯度、临界解吸压力、渗透率、煤储层供液能力是合层排采的主控因素,根据区内煤层气井勘探开发资料及主控因素分析了区块合层排采的可行性,指出了适合3号和9号煤层合层排采的有利区域。     

神府?东胜矿区高强度开采顶板涌水特征及防治技术

针对我国西部矿区煤炭开采顶板水害威胁问题,以神府?东胜矿区为研究对象,统计了50个工作面的涌水量数据,总结了不同煤?水组合下5种典型的工作面顶板涌水特征:动态补给主导的持续增长型;“动?静”储量共同作用的先增后稳型;微涌水持续稳定性;水文地质条件差异化局部凸显型以及静储量主导先增后减型。针对每种涌水规律,分析了其成因机制,并提出相应的水害防治思路及措施:当工作面受侧向补给较强时,根据实际水文地质条件可采用帷幕截流措施为主、疏水降压措施为辅的防治手段;当工作面受顶板含水层静储量补给为主时,可提前疏水降压,削峰平谷;当工作面受顶板含水层局部富水区域或采空区涌水补给时,可有针对性地采取疏放、注浆治理等综合措施,消除局部水患等。研究成果对于受顶板水害威胁的西部矿区水害防治工作具有借鉴意义。      

煤层顶板承压含水层涌水模式与疏放水钻孔优化设计

针对煤层顶板承压含水层涌水模式不清的问题,从煤层回采过程中顶板含水层涌水的时空变化特征入手,提出顶板含水层涌水量由静态储存量和动态补给量构成,认为静态储存量主要受来压步距、顶板垮落和导水裂隙(合称冒裂)影响区含水层厚度、含水层给水度控制,动态补给量主要受冒裂影响区外围含水层厚度、渗透性流场中水力梯度和过水断面面积控制;根据导水裂隙波及含水层情况,将顶板含水层涌水模式划分为井底进水的触及井涌水、井壁及井底进水的非完整井涌水和井壁进水的完整井涌水3种模式,并基于地下水渗流理论给出不同涌水模式下动态补给水量计算公式;针对以往疏放水钻孔数量多及疏放水量大的问题,以实现工作面顶板含水层静态储存量疏放后动态补给量可控为目的,提出冒裂区高度控制钻孔深度、单孔水位影响半径控制钻孔布置间距、钻孔疏放水量稳定时间控制超前疏放时间的疏放水钻孔优化设计理念,对疏放水及疏放钻孔布置进行优化,形成系统的顶板含水层水疏放体系。研究结果丰富了煤层顶板含水层涌水量计算和控制方法,对顶板水害防控具有实际的指导意义。      

晋城矿区王台铺煤矿采空区积水防治探讨

晋城矿区王台铺煤矿经过多年的开采,上煤组（3#煤）资源枯竭,目前开采下组煤（9#煤和15#煤）,面临着上组煤采空区积水的威胁。运用地质资料和瞬变电磁法对该矿九五盘区上部采空区积水进行了预测。井下的泄水孔排水量证实,运用地质分析法预测的水量偏大,瞬变电磁法的水量偏小,但总体误差不大。本次泄水的成功,可解放9＊煤层145万t的可采储量,确保矿井采掘衔接的正常,同时也可从根本上杜绝了矿井突水事故的发生。     

平朔矿区井工三矿大沙沟治理可行性研究

2007年开矿初期,在9#煤巷道掘进中发生多次冒顶突水事故,突水量可达4000～7200m3/d,给建井施工带来很大困难。根据井工三矿水文地质勘查、地面物探及地面疏排成果,结合矿井所处的地理位置,分析认为,矿井充水水源主要为4#、9#煤顶板砂岩裂隙水,充水途径主要是大沙沟隐伏露头导水通道,指出井田西北部大沙沟对煤矿安全开采的危害性较大,提出了修建排洪渠向下游引流的治理措施。结果表明,大沙沟治理后,井田内地下水的总补给量减少了83%,且将有1.92km2的煤炭储量获得解放,井田外也将有1.52km2的煤炭储量获得解放。并提出继续加强地面强排、井下探放水和地面变形恢复治理的建议。     

韩城示范区煤层气井产能分析

根据对韩城示范区的地质条件以及煤层气井的生产动态资料进行研究,从含气量、构造、埋深和煤厚方面分析其对煤层气井产能的影响,认为煤层含气量大、构造简单、埋深在400—600m以及煤层厚度大等地质条件有利于煤层气井产气;通过比较区内77口井的产气产水特征,重点分析了井底流压、套压等排采参数与产气、产水等生产数据的关系,认识为排采过程中,保持较低的井底流压、稳定的产水量和合理的层间合采方案能获得较高的产气量。     

代替高抽巷瓦斯地面水平井抽采技术

针对余吾煤矿待采工作面煤层瓦斯超限问题,为解决高抽巷掘进工程量大、投入大、成本高等问题,采用了煤层顶板水平井代替高抽巷抽采瓦斯技术,利用ZJ40石油钻机和E-link电磁波无线随钻测量定向仪器,在煤矿N2202工作面实施了2口多分支水平井。成井后,地面建立负压泵站抽吸瓦斯混合气。结果表明,工作面平均产量达到1.0万t/d,抽采瓦斯混合气5.00万m3/d。研究成果实现了地面水平井抽采代替高抽巷瓦斯,为瓦斯抽采提供了新的技术方法,不仅降低了费用,而且还提高了生产过程中的安全系数,具有巨大的经济效益和生产价值。     

我国煤层气高效开发关键技术研究进展与发展方向

"十三五"期间,围绕"突破煤层气单井产量低"这一制约我国煤层气高效开发的重大难题,借助国家科技重大专项和其他技术攻关研究,煤层气勘探开发理论认识和工程技术都取得明显进展,表现在4个方面:(1)勘探理念从寻找富集甜点区向高产甜点区转变,开发部署由平铺式到精细化调整转变.(2)围绕高效增产技术方面,在实现由二维地震向三维地...