中国低渗透砂岩气藏开发现状及发展方向

低渗透砂岩气藏地质条件复杂,开发难度大。针对块状、层状和透镜状3类低渗透砂岩气藏的不同开发特征,国内初步形成了3类低渗透砂岩气藏开发模式：①块状：底部避射控制底水、长井段压裂改造和中后期加密调整;②层状：双分支水平井、定压生产,单井初期高产、井间接替,或直井压裂、定产生产;③透镜状：加密井网、滚动开发。但现在仍面临单井产量低、经济效益差等挑战。为实现该类气藏规模有效开发,针对低渗透砂岩气藏开发提出了几点建议：①根据气藏地质条件优选相应技术系列;②加强渗流理论研究、深入认识气藏开发机理;③进一步加强压裂技术攻关;④加快小井眼技术的配套完善。     

煤层气径向水平井压裂室内试验与产能数值分析

煤层气径向水平井压裂工艺,即先在目标煤层钻成单层或多层径向水平井、再进行水力压裂改造,有望成为一种解决我国煤层气单井产量过低问题的有效手段。为研究该工艺在煤层中的压裂效果,采用大型真三轴水力压裂试验设备对径向水平井压裂过程进行了物理模拟,得到了3种裂缝形态,并依据试验结果分析了井眼参数对裂缝起裂与扩展的影响规律;同时,采用油藏数模软件对径向水平井压裂后的煤层进行建模,对不同完井方式的产能对比,论证了径向水平井压裂对于煤层气高效开采的巨大潜力,指出径向水平井压裂应当以"一平多纵"的缝网形态为设计目标,并给出了具体的工程设计建议,为该技术在煤层气开发中的应用提供了理论依据。      

沁水盆地高阶煤煤层气开发再认识

近年来,中国的煤层气产业出现了徘徊不前的颓势,单井产量低、核心技术瓶颈没有突破是制约其发展的主要原因。为此以沁水盆地煤层气开发现状为依据,从资源的可动用性、勘探评价程序的合理性、煤层采出水与注入水的利弊、煤层气开发井型等4个方面对高阶煤煤层气开发进行了深入分析,并得到4点新认识：①我国煤层气资源评价的核心是可动用性;②煤层气资源动用的决定因素是“三性”（解吸性、扩散性和渗透性）;不同区块“三性”指标的优劣有所不同,这也表明不同区域制约煤层气高产的主控因素各不相同,既有单因素的,也有多因素耦合的结果;③要辩证看待“水力压裂”对煤层的改造与伤害,针对煤层“三性”短板特性的改造方式是提高煤层气单井产量的关键;④水平井是煤层气田高效开发最重要的手段之一,需要针对不同煤岩特点开展井型与无污染完井方式联合攻关。     

韩城矿区煤层气中低产井治理技术与方法

韩城矿区的特点是煤层层数多,储量大,但断层发育,单层厚度薄,孔隙度和渗透率低。生产过程中表现出排水时间长,产量波动大,中低产井比例高的特点。如何提高单井产量是中国煤层气开发目前面临的一个重要课题。从地质和工程2个方面分析了中低产井的影响因素:①投产层厚度薄,单井控制储量有限;②储层物性差,产量低;③断层与压裂裂缝沟通,邻层水发生了窜流;④浅层没固井或固井质量差,表层水沿管外发生窜槽,排水量大;⑤压裂措施没有达到设计规模,有效渗流半径小,稳产时间短;⑥排采制度不合理,导致应力敏感,产量递减速度快。根据研究结果,提出了针对性的调整方案和措施:优化射孔层段,增加投产层厚度;在合适的生产阶段实施重复压裂,扩大渗流面积;管外窜槽井封堵修井;断层窜流井封井后钻侧钻水平井;建立合理的排采制度,通过渗透率的工程干预,延长稳产期。成果在实际应用中取得了比较好的效果,为同类型矿区的开发提供了借鉴依据。     

煤层气井压裂效果影响因素分析与技术对策

煤层作为自生自储式非常规储层较常规储层开采难度大,在我国直接表现为单井产量低,严重制约煤层气产业发展。以压裂煤层气井产能为基础,分析并研究了影响压裂效果的因素及其影响方式,主要包括压裂液类型、支撑剂性能、排量和砂比等施工参数以及应力状态的改变,其主要通过作用于渗透率、导流能力、裂缝的延伸来对增产效果产生影响。最后针对国内外技术现状提出可提高煤层气井压裂效果的技术对策,为进一步发展我国煤层气井增产改造技术提供视角。     

煤层气直井开发概要——以鄂尔多斯盆地韩城地区煤层气开发为例

煤层气钻井方式中,直井技术（包括丛式井）最为成熟,费用较低,操作简单,没有太大的使用限制,无论在前期开发评价,还是后期的增产改造和规模开发中,其作用都不可替代,是国内煤层气开发普遍采用的方式。为此,论述了其开发要点：①煤层气的选区、选井及选层主要依靠地震勘探技术结合基础地质技术完成;②单井评价通常以测井评价为主,录井技术和试井技术为辅,而测井记录的数据常需使用经过选择的煤心和试井数据标定,这样才能提高储层评价参数及单井评价的可靠性,进而确定射孔压裂层段;③直井的增产改造方法除水力压裂外,还可考虑裸眼完井和筛管完井技术,裸眼完井需考虑煤层适应性,而筛管完井除了应用于水平井外,也可以用于裸眼完井的直井中;④煤层气排采需紧密结合排采装备,初期以最小的强度稳定缓慢排采,然后根据地层实际供液能力调整工作制度,尽量使地层供液与排液量保持一致,稳定持续缓慢降液,尽可能地扩大压降范围。     

中国煤层气富集高产规律、开采特点及勘探开发适用技术

与国外相比,中国煤层气构造条件复杂,成藏类型复杂,层内非均质性强。根据煤层气勘探开发现状总结了我国煤层气富集高产规律：①区域含煤区构造高点是高产富集有利部位;②上斜坡区域煤层后期受构造运动抬升幅度大,次生割理发育,煤层变浅压实作用弱,渗透性好,在稳定的盖层条件下,处于承压水滞流封闭环境,下倾部位有充足的烃类补给,高产条件优越;③构造抬升盆地凹中隆火山岩活动区有利于高产;④封闭好的浅层,低煤阶厚煤层有利于煤层气富集;⑤断裂活动次生割理发育区是煤层气聚集的有利场所。同时系统分析、总结了中国煤层气开采特征和不同措施影响煤层气井产气特征,以及受构造部位和层内非均质性影响的单井产气特征,列举了中国煤层气勘探开发的适用技术,包括二维地震AVO高产富集区预测技术、羽状水平井钻井技术、超短半径水力喷射钻井技术、煤层气井重复压裂技术等。     

对于高煤阶煤层气资源科学开发的思考

我国煤层气产业已经历10多年的发展,逐步建成了沁水盆地和鄂尔多斯盆地两个产业基地,但平均单井产气量低仍然是制约中国煤层气高效开发的最大难题。目前高煤阶煤层气产量已占到我国煤层气总产量的90%以上,而高煤阶煤层气资源今后将大比例转入中深层开采,面对不同的构造场、应力场、裂隙场等复杂的煤层气赋存流动条件,现有的工程技术手段与地质适配性都面临着的巨大挑战。为此,以中国石油华北油田公司沁水盆地高煤阶煤层气技术攻关与实践为范例,剖析煤层气"四低"(储量有效动用率低、剩余可动用储量低、单井产气量低、开发利润低)开发现象,辩证思考煤层气开发的本质。研究结果表明:①对于煤层气储量可采性、地质差异性、工程技术适应性、科学排采方面的认识不到位是目前煤层气开发存在的重大问题;②必须破解现有技术条件下开发储量的控制技术、经济产能建设的区域优选技术、适应地层特征的工程技术、开发方案的顶层设计技术等关键瓶颈,此为实现煤层气科学开发的必经之路;③打破传统地质认识,突破以往认为埋深800 m以深的煤层气不宜开发的思想限制,高煤阶的马必东地区、中煤阶的大城凸起的煤层气开发实践成效已经证实:埋深既不是决定煤层气是否能够开发的界限条件,中深层也不是煤层气开发的禁区。     

高阶煤层气高效开发工程技术优选模式及其应用

高阶煤层气井的平均单井产气量低已成为制约我国煤层气产业发展的主要瓶颈之一,直接导致了煤层气开发经济效益低。为此,基于不同煤储层的地质条件,选择适用于煤层气高效开发的工程技术是提高当前高阶煤层气开发效益的关键。在剖析影响高阶煤层气开发效果的地质因素的基础上,建立了高阶煤层气开发的地质模式,并针对不同的地质模式优选出了相应的开发工程技术。结果表明:(1)影响高阶煤层气开发效果的主要地质因素按其影响程度从小到大依次为:煤体结构、煤岩变质程度、地应力、临储比;(2)据此划分了直井压裂、裸眼多分支水平井、U型和顶板仿树形水平井、鱼骨状和单支型水平井等4种工程地质模式。结论认为:直井压裂和裸眼多分支水平井仅适用于煤体结构好、变质程度高的地区;而低成本、后期可维护、占地面积少的单支型水平井和鱼骨状水平井适用范围广,是适宜大力推广的井型。     

煤层气多分支水平井钻井关键技术研究

在分析中国煤层气藏具有低压、低渗、低饱和、构造煤发育以及非均质性强烈等地质特征的基础上，认为在我国用常规垂直井开发煤层气具有很大的地质局限性，进而提出用多分支水平井来提高煤层气单井产量和采出程度。结合沁水盆地6口成功井的实践，剖析了多分支水平井钻井的地质工作重点以及两井连通、井眼轨迹控制、井壁稳定控制技术等关键环节，指出采用多分支水平井开发煤层气是适合中国煤层气藏地质特点的最佳技术选择。     

沁南盆地柿庄南区块煤层气开发工艺适用性分析

我国煤层气平均单井产量偏低,如何快速提高单井产气量是当前亟待解决的问题。基于不同煤储层的地质条件,选择科学的配套工程技术是提高煤层气开发效益的关键。以沁南盆地柿庄南区块为例,基于大量的试验数据和工程实践,提出影响煤层气开发效果的主导地质因素,总结已实施钻完井工艺的优缺点和适用性,优选出适合研究区地质特征的开发技术。研究结果表明:影响柿庄南区块煤层气开发工艺效果的地质因素主要是地应力、煤体结构和地质构造;对于类似柿庄南区块地质特征的低渗储层,选择水平井开发更为高效;断层对煤层气开发影响较大。     

中国煤层气开发存在的问题及破解思路

单井产量低是长期制约中国煤层气产业发展的难题,为了寻求破解良策,以中国石油华北油田公司沁水盆地煤层气开发实践为例,系统分析了该盆地煤层气开发所面临的问题和挑战,在此基础上提出了该盆地煤层气开发的技术策略。研究结果表明:(1)应针对该盆地煤层气解吸—扩散—渗流的产出特征,优选有效的工程技术手段以确保增产效果;(2)在煤层气开发低效区进行的先导性开发技术试验,已经取得了一定的产量提升,但要实现低效区块煤层气产能的整体提升还有很长的路要走;(3)目前正在实施的煤层气高效开发示范区目的层深度介于900~1200 m,一旦成功将对中国中深层近80%的煤层气资源的高效开发产生巨大的推动作用,因而极具挑战性;(4)提出了勘探评价向控制高效优质储量精准选区转变、产能建设由整体推进向寻找高效区开发转变、工程技术由改造向疏导转变的技术策略。结论认为:(1)煤层气开发的必由之路应遵循强化问题意识,持续创新思维,科学制定战略思路,做好开发建设顶层设计,实现高效建产开发;(2)具体工作中,需要重点解决好高效产能区块的选择、工程技术手段的优选、运行成本的降低等3个关键问题。     

煤层气低产井低产原因及增产改造技术

沁水煤层气田的煤层气开发已初具规模,但部分煤层气开发井由于地质、工程或排采因素的影响而产量低,亟需查明原因。为此,从地质因素(构造位置、陷落柱、断层等)、工程因素(钻完井及水力压裂过程中储层污染等)和排采因素(套压控制、排液速度、停电停抽等)3个方面对煤层气单井产气量的影响进行了详细的分析,阐述了嵌套钻井、短半径水力喷射钻井、小井眼侧钻、二次(重复)水力压裂等增产改造技术的特点及优势,并结合对煤层气低产井原因的分析,给出了不同增产改造技术的适用特性。对煤层气规模开发过程中老井、低产井的后期改造提供了技术支撑。     

郑庄区块煤层气低产井增产技术研究

山西沁水盆地郑庄区块经过多年开发,目前已初具规模。但是随着排采持续进行,部分生产井产量已经呈现明显下滑的态势。针对低产原因,从地质构造（断层、陷落柱）以及工程施工（压裂液、压裂参数）2个方面对排采井低产原因进行深入分析,提出现场施工采用活性水压裂液以及采用变排量施工工艺,尤其针对埋深大、渗透率极低的低产井提出“大液量、大砂量、变排量”压裂工艺,确保储层改造达到预期的效果。由于煤层堵塞导致生产井产量下降,建议采用解堵性二次水力压裂改造措施,并且在郑庄区块首次实施微生物解堵的实验性措施,探索了该技术在郑庄区块低产井治理中的有效性。     

延川南煤层气田V形水平井组压裂技术

延川南煤层气田存在单井产气量低、生产成本高和投资回收期长的问题,为此,进行了煤层气V形水平井组压裂技术研究。在统计该气田已压裂井裂缝方位的基础上,预测待压裂井的裂缝方位,依据煤层厚度及2口水平井水平段的埋深与夹角设计裂缝位置及裂缝长度,并优选分段压裂工艺、压裂液、支撑剂及压裂参数,形成了延川南煤层气V形水平井组压裂技术。该压裂技术在延川南煤层气田3组V形水平井组进行了应用,累计压裂29段,平均每段用液量881 m3、加砂量49.4 m3,压裂成功率90%,平均产气量是定向井的6.18倍,投入产出比低于定向井。现场应用表明,煤层气V形水平井组压裂技术可以提高单井产气量,降低生产成本,缩短投资回收期。      

煤层气井多次铺砂压裂工艺

沁水盆地高阶煤储层采用活性水压裂工艺后,直井平均单井日产量仅1 000 m3/d左右。理论分析和压裂监测统计表明,常规活性水压裂工艺存在压裂容易窜层和活性水携砂能力差、支撑距离短的弊端,制约了煤层的改造效果和单井产量的提升。为进一步提高煤层气井压裂改造效率,利用低黏液体携砂能力差、易形成砂堤的特性,提出煤层多次铺砂压裂工艺思路。以裂缝和砂堤为研究对象,根据物质平衡理论,建立了活性水多次铺砂压裂数学模型,同时优化压裂排量、液量和支撑剂粒径等工艺参数。现场试验结果表明,应用三次铺砂压裂工艺大大降低了煤层压窜的程度,压后单井平均日产气量达到2 223 m3/d,验证了三次铺砂数值计算模型指导现场施工的可行性。     

沁水煤层气田成藏条件及勘探开发关键技术

沁水盆地历经了油气普查和煤层气勘探开发2个阶段（共60余年）的探索，现已成为中国最大的煤层气产业化基地，也是世界上高煤阶含煤盆地煤层气成功实现商业化的典范。尽管高煤阶煤层气田具有低压力、低渗透率、低饱和度、非均质性强的"三低一强"特征，但勘探实践和研究表明，沁水盆地煤层气成藏条件优越，主力产层太原组15#煤层和山西组3#煤层为陆表海碳酸盐台地沉积体系及陆表海浅水三角洲沉积体系，煤层厚度大、多由腐殖煤类构成，主要含镜质组。受燕山期构造热事件影响，煤层煤阶高、吸附能力强、含气量大。煤层气成藏经历了两次生烃、气体相态转化和水动力控制顶、底板封闭的3个阶段。针对沁水盆地地形及高煤阶特征，形成了山地地震采集、处理和解释技术，丛式井钻完井技术，"复合V型"为主的多水平井钻完井技术，解堵性二次压裂增产技术，高煤阶煤层气排采控制工艺，煤层气集输技术等一系列关键勘探开发技术，有效支撑了沁水盆地高煤阶煤层气的规模开发和工业化发展。     

沁水盆地寿阳区块煤层气井产水差异性原因分析及有利区预测

沁水盆地寿阳区块多数煤层气井在排采过程中呈现出"高产水、低产气"的特点,较高的产水量严重制约了煤层气单井产能。为此,基于该区64口煤层气井的排采动态资料和相关的地质、钻井及压裂资料,从断裂构造、压裂缝类型和煤层顶底板岩性组合三方面综合分析了煤层气井产水差异性的原因,并据此提出了"避水采气"层次分析方法,预测了该区"避水采气"的有利区。研究认为,该区煤层气井产水差异性主要存在两大原因:(1)部分煤层气井位于断层附近,断层沟通了煤层顶底板的砂岩含水层,导致单井产水量较高;(2)区域地应力类型决定了该区煤层在压裂过程中会产生垂直压裂缝,其压穿岩性组合类型较差的煤层顶底板,从而沟通含水层导致单井产水量较高。结论认为:(1)煤层气生产过程中应进行"避水采气"有利区预测,其层次分析步骤为"一看断裂构造,二看应力类型,三看岩性组合";(2)该区块西部、东北部和中北部为煤层气开发的"避水采气"有利区。     

中国煤层气开发实践与建议

将美国、澳大利亚等煤层气生产大国的开发经验简单套用于我国的煤层气开发存在着明显的不适应性。随着以沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘等煤层气主力产区为代表的中高煤阶煤层相继投入煤层气规模开发,总结我国煤层气的开发实践对于规避开发风险和提高开发再实践水平都具有重要的意义。为此,在研究我国煤层气资源特征的基础上,归纳了开发实践所取得的进展和效果,进而对煤层气开发前期评价、地质与气藏工程研究、工程技术的选择等3个方面提出了具体建议。研究结果表明:(1)我国煤层气具有资源量大、类型多、储层条件较差、单井产量较低、产量爬坡期较长的特征;(2)重视开发前期评价、开发方案与调整方案的编制、开发理论与技术的创新,以及工程施工的过程管理是煤层气成功开发的保障;(3)开发前期评价工作内容与节奏的合理设置是煤层气成功开发的基础,针对不同的地质条件应有所区别;(4)储层评价、动态跟踪评价、井网与井型的优选、多层合采的选择是编制煤层气合理开发方案的核心;(5)储层保护与改造、排采管控技术和低成本战略是工程技术的发展重点。结论认为,做好开发前期评价、地质与气藏工程研究、工程技术创新等3个方面的工作是成功开发煤层气的前提和关键。