基于随机森林算法的煤层气直井产气量模型

煤层气产量评价和预测是煤层气开发工程决策的关键基础。随机森林算法具有计算量小、精确度高的优点。影响煤层气井产能的参数包含地质参数、工程措施和排采工艺参数。煤储层地质参数分为动态参数和静态参数两个部分。静态地质参数由煤层的本质属性决定,如:煤层埋深、煤层厚度、地应力等;动态地质参数在排采过程中发生动态变化,如储层压力、渗透率等。排采工艺参数多为动态参数,主要受人为调控,如井底流压、套压、动液面深度、冲次、冲程等。当煤层气井完成选址、钻井、水力压裂等条件进入生产阶段,排采工艺参数对其产量影响至关重要。基于随机森林算法,分析了沁水盆地郑村区块15号煤层8口煤层气井的地质参数和排采工艺参数对产气量的影响,计算得到了排采工艺参数对煤层气井产气量影响的重要性指标排序,即流压套压动液面冲次冲程埋深。将煤层气井最近60 d的生产数据作为产气量预测的测试样本,其余历史生产数据作为学习样本。学习样本经过缺失值处理、异常数据处理后,输入至R语言中,利用随机森林算法对历史产气量进行拟合分析。综合考虑排采工艺参数和历史产气量的动态变化对煤层气井后续日产气量的影响,建立了煤层气井的产量模型。依据随机森林算法的分枝优度准则,预测了不同排采方案下的煤层气井日产气量,将预测值与测试样本进行对比分析。结果显示,日产气量预测值中95%以上的数据与实际产量数据(测试样本)的误差小于5%,这说明基于随机森林算法的煤层气直井产量模型具有较高的拟合及预测精度,为煤层气井产能评价和预测提供了借鉴。     

织金区块煤层气井产气量影响因素分析

为了提高织金区块多薄煤层气井产气量,通过对区块地质条件、储层压裂改造、配套工艺和排采制度4个方面的对比分析,总结出织金区块煤层气井产气量的主要影响因素。研究表明:织金区块高产井目的层埋深主要集中在500～700 m,采用4段逐层压裂且施工加砂强度在10～15 m~3/m、加液强度大于150 m~3/m时产气量可达1 000 m~3以上;最终总结出适合织金区块的"五段三压"、"避峰求面"、"面积降压"的"阶段降压"的排采模式,提高了经济效益,为该区块后续大规模开发及类似煤层气田的勘探开发、排采制度的制定提供了借鉴。     

柿庄北区块深部煤层气产能特征及影响因素分析

为了解决沁水盆地南部1 000 m以深的煤层气产量普遍较低的问题,以柿庄北区块为研究重点,采用对生产数据综合分析的方法,对深部煤层产气特征、排采变化规律、不同产量的典型井生产动态进行了研究,提出了深部煤层气产能的关键影响因素。研究结果表明:深部煤层气日产气量多小于500 m3,见气时间为16~178 d,单排3号煤层的井动液面较低,合排3号煤和15号煤的动液面较高,井底流压1.70~2.59 MPa;影响产能的因素包括地质、工程技术以及排采3个方面,地质因素主要为煤储层渗透率较低、3号煤与15号煤合采或部分井距断层较近导致产水量较大,工程因素主要是部分井压裂未形成有效通道导致甲烷气体无法渗流,排采因素主要是指排采过程中停机频繁等导致排采不连续影响产气量。     

柳林区块煤层气井生产动态及其影响因素分析

针对柳林区块煤层气井生产动态影响因素复杂,无法制订合理的增产措施等问题,分析了区内50余口井排采动态规律,探讨了不同类型井产出动态的影响因素。结果表明:区内气井以中低产井为主,初期见气快,后期产气量下降严重。水平井相比于垂直井、丛式井,产气量相对稳定高产。煤层厚度、水文条件是分别影响山西组、太原组煤层产能的主要地质参数,结合工程因素分析认为,区内煤储层敏感性较强,压裂规模以及储层损害是造成区内垂直井低产的主要原因。同时,提出相应的增产参数指标:加砂量大于35 m3,施工液量大于400 m3;排采初期控制液面下降速度为2~10 m/d,产气后套压为0.1~0.3 MPa,减少关井次数,停排采时间小于20 d。     

煤层气水平井产能控制因素分析及排采实践

为了揭示煤层气水平井产能控制因素,采用理论分析方法分析了临界解吸压力、含气饱和度及渗透率对水平井产能的控制作用。通过山西沁水盆地南部水平井排采实践,提出了三段式管理井底压力的排采方法,即将排采制度分为井底压力大于临界解吸压力阶段、介于临界解吸压力至0.5倍临界解吸压力阶段、小于0.5倍临界解吸压力阶段分别制定降压幅度。井底压力控制遵循：第1阶段落实地层供液能力,降液幅度小于3 m/d;第2阶段缓慢提产,落实煤层气井产气能力,降液幅度为1 m/d;第3阶段稳定配产,维持井底压力,产气量出现下降时缓慢降液,降液幅度为 0.5 m/d。结果表明：三段式管理井底压力的排采方法有利于区域压降扩展和充分释放煤层气井产能。     

煤层气井排采动态典型指标分析方法体系

挖掘和揭示煤层气井排采动态资料背后蕴含的丰富的地质和工程信息,为井位部署和排采工作制度优化服务,是煤层气井排采动态分析的目的。以鄂尔多斯盆地某煤层气田35口井的实际排采动态资料为基础,提出从众多复杂排采动态曲线中挖掘初始见气时间、初始累计产水量、初始降液幅度、初始排水速度、典型日产水量、典型日产气量、典型米产水指数和典型米产气指数共8个排采动态典型指标,通过典型指标之间及其与地质因素和工程因素之间的关系分析,认为地解压差是影响初期排采动态的主要因素;在气水同产阶段,原始压力水头是影响产水量的主要因素,而煤层厚度、含气量和渗透率是影响产气量的主要因素;从排采动态曲线反映的排采效果看,研究区初始排水速度应控制在0.9 m/d。     

滇东-黔西煤层气井排采动态影响因素及初始排水速度优化步骤

基于滇东-黔西地区40余口(排采井12口)煤层气井资料,通过单井排采动态典型指标提取和地质、工程因素综合分析,并结合数值模拟,探讨了恩洪、老厂、土城区块煤层气井排采动态影响因素,提出了相应的初始排水速度优化步骤。结果表明,研究区排采动态差异较大,其中,单井动用资源丰度、渗透率作为基础因素,决定了煤层气井产气能力,单井动用资源丰度越高、渗透率越大,产气量越高,同时,I类和II类煤体结构与III类煤体结构相比,煤层气井产气量高。初始排水速度是煤层气井排采动态的关键控制因素,排水速度较大时,即使渗透率较高,单井动用资源丰度较大,产气量仍然较低。控制初始排水速度具有双重意义:一是减缓绝对渗透率(应力敏感)降低速度,二是减缓水相渗透率降低速度。基于前述认识,通过全国煤层气开发区现行排采工作制度调研和研究区排采动态分析,指出研究区应以慢排为原则,把握阶段降压特征,提出了多煤层合采低速-阶梯降压初始排水速度优化步骤,对滇东黔西多煤层合采煤层气井生产具有一定的实际意义。     

和顺区块煤层气井排采影响因素分析

结合和顺区块煤层气投产井地质条件、压裂效果及排采控制等特征,分析了影响该区煤层气排采的因素。结果表明构造复杂易造成压裂裂缝与断层沟通,干扰排采;生产煤层渗透率低、解吸压力低是该区煤层气排采的不利条件;15#煤层埋深较浅,产液量低影响煤层排水降压;压裂施工应控制裂缝形态,提高压裂效果,避开区域灰岩含水层对煤层越流补给;合理控制套压,缓慢控制流压,对扩大煤层气解吸范围,提高产气量十分重要。     

鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气生产特征及开发对策——以大宁—吉县区块为例

我国埋深在1 000~2 000 m的深部煤层气地质资源量为22.5×1012m3,占总资源量的61.2%,如何提高深部煤层气单井产量,形成针对性的开发对策是研究和攻关的热点。通过统计分析大宁—吉县区块地质参数和试采井生产数据,表明深部煤储层具有渗透率低、微孔发育、可采系数低的特点,丛式井具有长期低产、上产缓慢和排采期长的生产特征,L型水平井具有上产期短,产气量高的生产特征。以此为基础建立了深部煤层气产能评价指标体系,影响深部煤层气产气效果的因素主要包括地质条件、工程技术及质量与管理三大类。因此,提高深部煤层气单井产量要做好以可采性为重点的高产区评价及预测,开展压裂施工参数优化和井型井网井距互相匹配的地质工程一体化设计,加强工程质量管理,降低储层伤害、实现长期持续排采。     

七元煤矿煤层气储层特征与定量排采制度研究

通过煤田钻孔和已钻煤层气参数井资料对沁水盆地北部七元煤矿首采区15~#煤的煤岩、煤质类型、埋深、厚度、物性、温度和压力、含气性和等温吸附等储层特征进行了分析研究,并制定了定量排采制度。结果表明,15~#煤储层厚度稳定,平均3.37m,埋深适中,平均730m。煤岩类型以半亮型煤为主,热演化程度较高,镜质体反射率为2.5%~3.15%,含气量4.02~17.13m3/t,平均13.50m~3/t,有利于煤层气开发。但15~#煤平均孔隙度5.85%,平均渗透率0.43m D,属低孔低渗储层。储层压力范围为1.93~5.38MPa,平均3.07MPa,储层平均压力梯度0.43MPa/100m,储层欠压严重,不利于煤层气开发。8口排采井见气前排采速率是见气后排采速率的3.8~7.7倍,见气前压降幅度8.8~10.5k Pa/d,见气后压降幅度1.9~2.5k Pa/d。根据排采井的地质特征,精确控制压降的定量排采制度是影响煤层气排采井产量的关键因素。     

深部煤层气异常地质特征及开发技术探讨

针对沁水盆地深部煤层气地质与储层认识不足、开发措施还在探索阶段等现状，以寿阳区块15煤为研究对象，探讨了深部煤层气地质特殊性及开发对策。研究区15煤层发育稳定，煤层厚度基本在3m左右|煤层含气量大部分在10～12m3/t，纵向上受煤层埋深和变质程度的双重影响，含气量在埋深大约1200～1500m出现临界点后随深度增加逐渐降低。与其他深部地区“三高”特征不同，15煤深部储层表现为低压、高应力、中等地温的特征，属比较严重的低压力梯度和低地温梯度范畴。煤储层渗透性为高孔低渗分类，渗透率一般0.01～0.1mD，渗透性主要受煤层埋深、地应力、煤体结构和孔隙特征影响。根据15煤低水分含量、高孔隙度以及生产井产气特征，认为游离气含量可能具有较大的占比。最后提出，单独开发15煤层时可采用顶板岩层水平井分段压裂方式或围岩多分支水平井方式，该技术已在盆地南部15煤取得了产气突破|15煤层及9、3煤层多煤层开发时可采用围岩与煤层合压的垂直井方式，并对开发工程中的增产和排采工艺提出了相应的建议。     

高煤阶煤层气富集机理的深化研究

高煤阶煤层气资源相对丰富是中国煤层气资源的重要禀赋之一,实现高煤阶煤层气大规模商业化开发突破是中国煤层气产业的世界贡献.以沁水盆地为代表的高煤阶煤层气生产基地是目前中国煤层气产量的主体来源,基于沁水盆地等高煤阶煤层气勘探开发工程实践数据和大量研究工作积累,开展了高煤阶煤层气富集机理的系统深化研究.研究工作表明:区域岩浆...     

沁南西—马必东区块煤层气高效建产区优选技术

沁水盆地南部是我国目前规模最大的煤层气生产基地,浅部开发工程布置的逐渐完成,必然要将眼光转向深部,开采难度增大。为此,准确圈定高效建产区尤为重要,沁南西—马必东区块正是如此。面对这一新的技术挑战,分析深部煤储层特点,结合沁水盆地南部前期煤层气井生产实践,首先划分出资源基础、产气条件、储层可改造性3个优选层次,进而从含气性、渗透性、疏导性、可采性四个方面提出了高效建产区优选标准和流程,形成了"三层四性"高效建产区优选技术。研究认为,建产区开发潜力体现为关键地质条件指标的组合,包括高于经济极限的煤储层含气量,单位长度微裂隙总宽度≥50μm,可疏导指数≥30 nm,地应力状态处于垂直应力≥最大水平主应力≥最小水平主应力或最大水平主应力≥垂直应力≥最小水平主应力状态,以原生—碎裂结构煤为主,局部构造相对简单,可动用面积≥30%等。基于这一标准,在沁南西—马必东区块优选出3个高效建产区,部署了5口试采井,获得单井日产气量2 000 m~3以上的实施效果,验证了优选技术方法的可靠性,为沁水盆地深部煤层气区块高效建产区优选提供了技术示范。     

沁水盆地南部储层压力分布规律和控制因素研究

为对煤储层参数有更加全面的认识,采用注入／压降法和水力致裂法对煤层气储层参数进行试验测试,测得沁水盆地南部55口井共83层煤的储层压力和地应力储层参数,研究了沁水盆地南部煤层气储层压力的分布规律和控制因素（构造应力、埋深、地应力等）。结果表明：沁水盆地南部煤层气储层压力以低压储层为主;沁水盆地南部的几个区块中,郑庄区块的储层压力梯度最大,其次是柿庄区块和樊庄区块,储层压力梯度最小的是大宁区块和潘庄区块,构造应力、埋深、地应力及地下水矿化度是控制储层压力的主要因素。     

沁水盆地南部高煤阶煤层气井“变速排采-低恒套压”管控方法

为了提高煤层气井排采管控的科学性,以沁水盆地南部3号煤为研究对象,基于储层气-水运移产出过程和相对渗透率特征,探讨了煤储层气水产出控制机理及其影响因素,通过开展不同尺度裂隙系统内气水运移实验,分析了各类气水产出影响因素的影响模式及主要作用阶段。以降低气水运移影响因素造成的储层伤害、减小各排采阶段渗透率损失为主要目的,建立了适应于沁水盆地南部高煤阶煤层气井的"变速排采-低恒套压"排采控制方法。研究表明,气水产出依次通过基质孔隙、微观裂隙、宏观裂隙和人工裂缝,期间受到毛细管力、有效应力、启动压力和气水相渗等4要素耦合控制,压裂增压后地层毛细阻力明显增大、排水降压后有效应力会导致裂缝闭合、启动压力使气体产出滞后、气水相渗影响流态的稳定。当气井处在不同的排采阶段时,影响排采效率的主控影响因素各不相同。可将煤层气井降压产气过程依据储层压力(Pc)、临界解吸压力(Pde)、见气压力(Pjq)与井底流压(Pjd)的关系划分为4个阶段,认为PcPjd时需要以0. 1 MPa/d的降压速度快速排采以迅速克服毛细管力,降低水敏伤害; PjxPjdPc时需要以0. 05 MPa/d的降压速度排采,避免裂缝过早闭合,降低应力伤害; PjqPjdPde时需要以0. 02 MPa/d的降压速度缓慢排采,减小气对水的抑制作用; PjdPjq时采用0. 01 MPa/d的降压速度提产,同时保持套压不高于流压的一半,保持一定压差克服启动压力。在沁水盆地南部樊庄-郑庄区块应用"变速排采-低恒套压"排采控制方法,对比邻近相同地质条件、开发技术的井,相同流压时日产气量提高至原方法的1. 4倍,日产水量提高至原方法的2倍,排采500 d后的累产气量增加近25%。4个排采阶段单位压降产水量均高于传统排采管控方法。     

煤层气井单层与合层排采异同点及主控因素

为了查明山西沁南地区煤层气井3号和15号煤层合层排采是否可行,根据煤层气垂直井产气特点,在系统分析煤层气垂直井合层排采的关键控制和影响因素基础上,得出产气液面高度、储层压力梯度、供液能力和渗透率的差异是影响两层煤合层排采的主控因素,并得出其合层排采的适合条件;根据沁南地区寺河矿区煤层气井勘探开发资料,从4个方面系统剖析了寺河矿区是否适合合层排采。研究结果表明：寺河矿区这些条件均满足,较适合合层排采。现场单层排采和两层煤合层排采的产气试验验证了理论分析的可靠性。     

沁水盆地煤层气国际合作区块勘探现状

山西沁水盆地一直是国内煤层气勘探开发的热点地区,吸引了国内外众多煤层气专业公司和石油天然气公司来此投入商业运营。本文在详细评价了该盆地7个煤层气国际合作区块的基础上,全面介绍了其中5个区块的煤层气基本特征。内容涉及到煤层气地质条件、气含量、等温吸附特性、煤层埋深、渗透率和生产曲线等。综合分析对比这些参数,有助于我们了解沁水盆地煤层气的生产特性,进而确定其商业开采价值。     

余吾矿煤层气井产能主控因素分析

查明余吾矿煤层气井产能的主控因素,可为进一步勘探开发提供指导。根据该矿已有的煤层气勘探开发井资料,从资源开发条件、钻井的井径扩大率、压裂改造效果、排采工作制度等方面分析了关键参数与日产气量的关系,得出了该区煤层气井产能的主控因素。结果表明:煤储层原始渗透率、临储压力比、含气饱和度是该区煤层气井产能的储层地质控制因素;钻井的井径扩大率、压裂改造效果是影响该区煤层气产能的工程控制因素;排采工作制度与产能之间关系不密切。当煤层段煤体结构复杂或碎粒/糜棱煤所占比例较高时,优化钻井参数或改善钻井液性能、优化压裂工艺参数与煤层的匹配性,是实现该区煤层气井产能最大化的重要保障。研究结果为该区煤层气井开发工程指明了方向。     

Geologically controlling factors on coal bed methane (CBM) productivity in Liulin

It is of great significance to forecast high yield of CBM wells and analyze dynamic production by having an overall study on the characteristics of the produced CBM and determining the main factors influencing the productivity of CBM. With the test report and the related geological parameters of a single well, methods of combining the productivity data and typical production curves were used to analyze different geological factors and how to influence the capacity of a single layer. Then, the paper proposed a new understanding about capacity characteristics of the study area and geological control factors: First, the Shanxi formation production capacity characteristics was divided into two-stages, showing signs of gas and gas breakthrough for 100 days. Second, two parameters, which include potential of gas production and gas production capacity, were better than the single parameter, such as gas content, coal thickness, and penetration to analyze affecting factors of single well production. Finally, comprehensive analysis concluded that the ratio of critical desorption pressure to reservoir pressure has greater influence on the production of vertical CBM wells. Besides, the potential of gas production capacity has greater impact at stage of showing gas signs; the coal reservoir pressure and gas production capacity have greater impact at stage of gas breakthrough for 100 days. Thus, to seek the coal bed methane with high ratio of critical desorption pressure to reservoir pressure and high yield of gas will be important guarantee to the success of the coal bed methane exploration and development.     

考虑应力敏感性的煤层气井产能模型及应用分析

煤储层应力敏感性是影响煤层气井产能的地质因素,在煤层气井排采过程中如何降低或避免煤储层应力敏感性对煤层气井产量的影响是值得考虑的问题。在对煤储层应力敏感性分析的基础上,推导了考虑应力敏感性的煤层气气井产能模型,提出了用产量降低幅度值(β)描述应力敏感性对煤层气井产量的影响程度,揭示了有效应力对煤储层渗透性和煤层气井产能的影响规律。研究结果表明:煤储层渗透率随有效应力的增加按负指数函数规律降低,在煤层气开发中煤储层表现出明显的应力敏感性。考虑煤储层应力敏感性后,煤层气井的产量低于不考虑应力敏感性的气井产量;随生产压差的增大,煤层气井的产量增加幅度较小,并逐渐趋向稳定,且煤层气井产量下降幅度β值增大;煤层气井的产量降低幅度β值随应力敏感系数的增大整体呈增高趋势。随着生产压差的增加,煤层气井的产量增加幅度较小,并逐渐趋向稳定,说明放大生产压差并不能获得最大产量,煤层气开发需要制定合理的生产压差和严格控制排采强度。