煤层气井排水采气理论与技术研究

排水采气是煤层气开发技术的重要流程,直接关系到煤层气井投资的成败。本文根据煤层气井排采原理,分析了煤层气的产出过程,介绍了煤层气单井排采和井网排采的原理,并根据排采过程中产能变化,将排采划分为排水降压阶段、产量稳定阶段、产量衰减阶段等三个阶段。影响煤层气井产能的主要因素有煤储层压力、煤层厚度以及煤储层渗透率等。通过煤层气井产能的数值模拟,可以对煤层气井进行产能预测研究。     

不同煤体结构煤储层煤层气排采中渗透率变化规律研究

通过不同煤体结构煤三轴应力条件下渗透率实验,结合煤层气井产气情况,分析了排采过程中渗透率的变化规律。研究结果表明:在轴压和围压一定时,孔隙压力降低,煤储层渗透率先减小、后增加;碎软低渗煤层由于机械力学强度小,前期伴随着液面下降,破碎煤粒之间的粒间孔隙急剧闭合,造成煤层渗透率大幅度减小,后期煤体收缩效应改善渗透率作用较原始结构煤层缓慢。研究认为,煤层气井应采用分段控压、稳步降压的排采方法,使煤储层裂隙与孔隙保持一定的张开度,抵抗煤基质变形,以减缓有效应力对渗透率的损坏,增大供气面积,保证煤层气充分解吸,提高产气量。     

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。     

煤层气井排采技术分析

煤层气的产出机理决定了煤层气井必须进行排水降压,才能达到产气的目的。文章分析了当前我国煤层气井排采的主要方法及其适应性,指出合理的排采制度和精细的排采控制是保证煤层气井排采成功的关键排因素。认为非连续性排采、排采强度过大及井底流压降低过快是影响我国煤层气井产量的主要工程因素。     

煤层气排采产气效果影响因素分析——以延川南工区谭坪构造带排采井为例

通过跟踪分析延川南煤层气田谭坪构造带内排采井的生产动态,按产能大小和排采动态曲线趋势对排采井进行了分类统计,确定了煤层气井在排采过程中对产气效果影响较大的因素是排采的不连续和不稳定,工程条件、煤层条件和地质构造条件是影响排采产气的关键因素。     

煤层气低效井成因判识及治理体系构建研究

大量低产低效煤层气井的存在严重制约了煤层气产能转化率和资源动用率的提高,亟需开展低效煤层气井成因解剖和有效治理。基于沁水盆地柿庄南区块1 000余口煤层气井的钻井、测井、录井、压裂、排采和实验测试数据,开展了低效井判识、成因分析和治理体系构建。研究结果表明:基于不同排采阶段,以产气量为主要参数,结合动液面高度、井底流压和排采时限可定义低效井;钻井、压裂和排采等过程均会对煤层气井产能造成不同程度的影响;基于构造、含气量、储层压力、渗透率等关键地质参数叠加和模糊评价圈定了4类(Ⅰ～Ⅳ)可改造地质单元,产能预测表明Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类具有良好的改造潜力;通过递阶优选构建了低效井成因解剖体系,划分了3大类13小类低效井形成类型;提出了地质-工程-排采一体化的低效井综合治理体系,保证资源和储层的有效性,促进缝网-井筒的高效连通,做到科学排采和区域协同降压控制。能提高煤层气单井产气量和产能转化率义。     

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。     

沁水盆地柿庄区块煤层气井排采动态诊断方法

受多因素影响,煤层气井的排采动态具有复杂多变的特点,对煤层气井的排采动态进行诊断,有助于煤层气开发井层优选和压裂方案制定。以均匀分布在柿庄区块的单采3号煤层的30口煤层气井的静态地质资料和排采动态资料为基础,通过单井典型日产水量和典型日产气量指标提取和气水产出关系分析,从井筒和压裂煤层系统封闭性的角度,讨论高产水的外源成因,进而提出单井排采动态层次诊断方法,并通过实例分析进行验证。研究表明,柿庄区块煤层气井产气与产水之间存在负向包络而非简单的相关关系,高产水对产气有明显的抑制作用;断裂和压裂缝沟通含水层是造成柿庄区块部分煤层气井高产水及井间排采动态差异的重要原因;"一看断裂,二看压裂缝类型,三看岩性组合"的单井排采动态层次诊断方法,在柿庄区块单井实例分析中得到验证,该方法具有一定的普适性,可推广应用到其他煤层气区块的单井排采动态诊断分析中。     

寿阳南燕竹区煤层气井排水降压阶段压降漏斗状态分析及其排采管控意义

通过定量计算南燕竹区4口不同产气量的典型煤层气井排水降压阶段的压降漏斗范围,发现在见气前压降漏斗扩展的越大,单井产气量就越高。但压降漏斗的扩展过程受储层压力、渗透率和排采制度影响,不同井的储层参数差异较大,即使是采用相同的排采制度,其漏斗扩展的过程也会有较大的差异。根据排水降压阶段漏斗范围与流压降速的对比,本区排水降压阶段最有利于漏斗扩展的流压降速在3kPa/d左右。     

煤层气井产气阶段临界排采参数分析

依据煤层气排采实际,基于煤岩破坏出煤粉机理,建立了煤层气井产气通道较近井地带、近井和远井地带破坏出煤粉模型。分析得出较近井地带主要是降压程度大引起的压实破坏,而近井和远井地带主要是流体拖拽引起的拉伸破坏,由此给出了产气通道破坏出煤粉的临界排采参数。结合井筒压力分布模型,建立了煤层气单井多层合采的井底压力和产水量模型,分析了单井多层合采井底压力和排水量,优选多层合采时排采参数。     

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。     

高煤阶煤层气扩散-渗流机理及初期排采强度数值模拟

为了分析排采控制对气井产能的影响,以沁水盆地南部煤层气藏为例,应用分子动力学、岩石力学理论,分析了高阶煤层气扩散、渗流机理;应用Simed软件,分别采用不变渗透率、应力敏感以及考虑割理压缩率变化的S-D渗透率模型,进行了不同煤体结构高阶煤层气井初期排水强度数值研究。研究表明:解吸、扩散、天然裂缝渗流以及压裂裂缝导流等环节需协调作用,才有利于产气;随着排采的进行,扩散系数会逐渐增大,而压裂裂缝导流系数会因有效应力作用、煤粉堵塞等因素而降低;渗透率是影响研究区气井产能的关键因素,渗透率高的产气效果好;构造煤对于初期降液速率较敏感,对较高的导流系数不敏感;原生、碎裂煤对初期降液速率不敏感,但对导流系数较敏感;低渗煤层气井宜采用较低的初期降液速率;高渗煤层气井可以采用较高的初期排采强度持续排出水和煤粉。     

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。     

松河井田多煤层资源开发条件及合采储层伤害特征

为了降低煤层气井排采过程中的储层伤害,通过分析松河井田的资源开发条件及煤层气井排采数据,总结各排采阶段不合理排采控制引起的储层伤害特征,提出不同排采阶段合理的排采工艺对策。分析结果表明:松河井田煤层气资源丰度达到2.09×10^8m^3/km^2,煤层气资源开发条件较好;松河井田多煤层合层排采过程中,不合理排采控制工艺对煤层气井的产气量影响较大;排采初期以速敏伤害为主,排采中期以气锁和应力闭合伤害为主;修井作业及停抽期间,气锁效应及应力闭合对煤层造成伤害的可能性增大。合理的排采控制能够有效降低煤层气井的储层伤害,提高煤层气井产气量。     

抽采瓦斯过程中煤层瓦斯压力演化规律的物理模拟试验研究

利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展了不同地应力水平下抽采瓦斯的物理模拟试验,对抽采瓦斯过程中煤层瓦斯压力演化规律进行了探讨。结果表明：① 在抽采瓦斯过程中,煤层瓦斯压力在初期降低较快后期降低缓慢,并且距钻孔越近,瓦斯压力下降速度越快,而与距钻孔出口的距离无关;② 在与抽采钻孔垂直的断面瓦斯压力场中,等压线以钻孔为中心呈现圆环形分布,在与抽采钻孔平行的纵面和层面瓦斯压力场中,等压线则以钻孔为对称轴呈现漏斗形分布,且距钻孔及钻孔出口越近瓦斯流速越大;③ 地应力的增加降低了煤层渗透率,阻碍了瓦斯的运移,使抽采过程中瓦斯压力的降低速度变慢,瓦斯流速减小。     

Drainage feature about coalbed methane wells in different hydrogeological conditions in Fanzhuang area

It is an important guarantee to enhance the production of coalbed methane (CBM) and reduce the project investment by finding out the drainage feature about CBM wells in different hydrogeological conditions. Based on the CBM exploration and development data on the Fanzhuang block in southeast Qinshui Basin and combined with the seepage principle and lithology on the roof and the bottom coalbed, the mathematical model of integrated permeability was established. By permeability experiments of the different lithologies on the roof and the floor within the 20 m range combined with the log curves, the integrated permeability of different lithological combinations were obtained. The starting pressure gradient and permeability of the roof and the floor for different lithologies was tested by ??differential pressure-flow method??. The relationships between the starting pressure gradient and the integrated permeability were obtained. The critical distance of limestone water penetrating into coal reservoirs was calculated. According to the drainage feature of CBM wells combined with the drainage data of some CBM wells, the results show that, when limestone water can penetrate into coal reservoirs, the daily water production is high and the daily gas production is low although there is no gas at the beginning of the drainage process, the CBM wells stop discharging water within 6 months after the gas began to come out, and the gas production is steadily improved. When limestone water can not penetrate into coal reservoirs, the daily water production is low and the daily gas production is high at the beginning of the drainage process, and it almost stops discharging water after some time when the gas come out, the daily gas production increases, and the cumulative water production is much lower.     

矿井瓦斯(CMM)抽采与地面开发设计的理论研究与实践

本文从与煤伴生的煤层甲烷赋存的概述入手，分五部分阐述了煤层甲烷在采矿活动影响及矿井通风作用下，在煤层围岩三维坐标空间里随时间变化的运移规律；在此基础上，指出了煤矿井下瓦斯抽采与地面开发设计所遵循的原则，并通过实践加以验证；最后指出，高瓦斯含量（包括煤与瓦斯突出）、低透气性、复合煤层群开采条件的矿区，只要遵循瓦斯在采矿活动、矿井通风负压的影响下的运移规律进行设计，是可以实现矿井瓦斯（CMM）高效抽粟与地面开发的。     

黔西都格井田煤层气储层特征及可采性

为预测评价黔西都格井田煤层气资源的可采潜力,推进黔西地区薄至中厚煤层群发育条件下的煤层气勘探开发工作,基于在该井田内实施的煤层气井所获得的地质资料,分析了可采煤层和顶底板发育条件、储层压力、含气性和孔渗性等重要储层地质特征,利用等温吸附曲线、相似地区储层类比和实际排采结果拟合等方法预测了煤层气可采性。结果表明:都格井田可采煤层含气量为3.94~29.95 m3/t,平均12.48 m3/t,含气饱和度平均为60%,煤储层以常压为主,含气饱和度较高,并有含气量高、孔渗性好的特点。通过等温吸附曲线法、类比法、排采试验数据拟合等3种不同方法预测都格井田可采系数分别为:0.49~0.68,0.40~0.53和0.41,综合评价可采系数为0.41~0.68,说明了井田具有较好的煤层气开发条件和可采性。     

煤层气低产井高压氮气闷井增产改造技术与应用

我国煤层气储层地质条件复杂,低产煤层气井普遍存在。低产井增产改造是中国煤层气行业迫切需要破解的重大理论和瓶颈技术难题。本文所研究的低产井是指投产后经过一个时期排采生产,储层水和煤层气已经大量产出,气产量较低的生产井。这类低产井的一个重要储层属性是双低压特征,即低水压和低气压。针对这类双低压低产井,研究开发了高压氮气闷井储层保护型增产改造技术,并在潞安矿区余吾井田进行了工程试验,获得了预期增产效果。余吾井田山西组3号煤层区域上为低压低渗储层,煤层气井的产量普遍偏低。两口试验井LA-011和LA-016于2008年投产,经过4 a的排采生产,平均日产量只有31 m~3/d和20 m~3/d;两井各进行过一次水力压裂二次改造,增产效果仍不明显。两口井试验前的储层压力梯度只有1.0 kPa/m左右,具有典型的低压低产特征。高压氮气闷井增产改造试验于2012年10月进行,分别泵注高压氮气34 800 m~3和44 960 m~3,泵注结束后关井闷压92 h和112 h,在井口压力降低到1.0 MPa以下时开井排采。在高压氮气闷井期间,实时监测了试验井周边邻井的套压变化,分析高压氮气在煤层中的运移方向,试验结束后进行了1～3 a的排采生产。结果表明:①在高压氮气泵注阶段,位于不同方向邻井的套压不同程度升高,这一方面表明高压氮气具有区域性面状穿透扩展和造缝现象,并清晰指示了高压氮气在煤层中的造缝穿透运移方向,而且高压氮气新生裂缝扩展方向不再受控于原始的区域地应力场方向,主要与排采后均化的局部地应力场有关。②试验前后同一时间段的产量对比表明,氮气闷井改造具有"单井改造,多井增产"的区域性增产效果:即2井(LA-011和LA-016)改造,受到影响的5口井(LA-011,LA-016,LA-013,LA-014和LA-015)同时增产。③增产效果显著,两口试验井日产气增加1.2～8.9倍,3口邻井日产气增加1.4～3.7倍。高压氮气闷井技术是低压低产井改造增产的有效技术,对煤层气低压低产井增产改造具有推广应用价值。