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。      

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。      

多层叠置含煤层气系统不同排采制度下的排采效应

在多煤层发育地区,各煤层组之间发育低渗透岩层,使得上下煤组之间形成独立的多层叠置含煤层气系统。根据相对独立含气系统理论对西山煤田南部赤峪地区的多煤层进行了含气系统的划分,并对储层压力、临界解吸压力等参数进行了分析,在此基础上采用COMET3数值模拟软件进行了单层排采、合层排采和递进排采分析。模拟结果显示：单层排采产量低,经济可采时间短,且成本较高;合层排采比单层排采产量高,经济可采时间长,但各含气系统之间由于相互干扰,贡献不一,使资源浪费;递进排采产气量和稳产时间均优于前两者。可根据产气压力来确定多层叠置含煤层气系统排采次序,首先排采产气压力最高的含气系统,当压力降至压力低的系统时再合排。     

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。     

基于“定体积法”的大佛寺井田煤储层稳产阶段动态含气量反演

含气量是影响煤层气井生产的关键参数，但是，多数煤层气井无法直接获得目标煤层含气量，且解吸法测定的低阶煤储层含气量误差较大。文章以大佛寺井田煤层含气量动态变化特征为研究目标，结合煤层气井排采数据对煤储层参数动态的同步反馈，采用“定体积法”分析煤层气井排采数据，进行4#煤储层实时含气量的动态反演。结果表明：（1）设定多个原始含气量，实时含气量随时间变化呈线性递减关系，且下降趋势一致，皆能得到实时含气量变化线性斜率相同的结果：产气量与含气量消耗同步，且与生产时间间隔无关。（2）分析1 d、3 d、5 d的不同时间步长，设定原始含气量分别为2 m3/t、3 m3/t、4 m3/t、5 m3/t、6 m3/t、8 m3/t时，煤储层实时含气量变化关系高度一致，认为煤层气井遵循“定体积”产气规律，即不存在压降漏斗的形成与扩展。（3）连续排采阶段，实时含气量与排采时间呈线性降低关系，排采间断前后两个阶段煤储层实时含气量线性降低速率不同：为-0.00546和 -0.00435；第二阶段较第一阶段实时含气量变化斜率减小，是因为排采过程产生煤粉，堵塞阻碍块煤的解吸作用，造成储层伤害，能够解吸的煤层体积缩小。     

鄂尔多斯盆地东缘桑峨区煤层气分压合采可行性分析

在煤层层数较多的地区进行煤层气开采时,如果实施分层压裂、合层排采的技术,可以有效的降低煤层气的勘探开发成本,还可以提高单井产气量。研究分析此项技术的使用条件可以有效的提高多煤层合采的成功率。桑峨区内煤层层多,煤层结构较简单,厚度变化较小,是煤层气开发的较有利区块,在对直井产气特征研究的基础上,系统分析了主要煤层储层压力、压力梯度、临界解吸压力、储层渗透率、上下围岩特征等因素对合采的影响,认为研究区三套主力煤层基本符合分压合采的要求,可以考虑采用合层排采的方法来降低煤层气开采成本。     

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。     

低煤阶煤层气井排采初期压降幅度研究

排采制度是影响煤层气井产能的关键因素,尤其对于含气量较低的低煤阶煤层气井。为了确定低煤阶煤层气井排采初期的压降幅度,通过分析影响黄陇煤田煤储层渗透率变化的基质自调节作用和速敏效应,认为速敏效应是造成该区低煤阶煤储层在排采过程中渗透率变小的主要原因,提出以实验室煤岩心速敏实验数据和实验井生产统计数据为依据确定低煤阶煤层气井排采初期的压降幅度,得出了研究区煤层气井排采初期的临界压降幅度。     

云南恩洪煤层气区块单井多煤层合采方式探讨

云南恩洪区块属于多薄煤层发育区,煤层气资源丰富,但勘探开发程度较低。以恩洪区块煤层气井资料为基础,分析了前期单井产气量低的原因,探讨了多煤层合采的必要性及开发层系划分方式和单井开发潜力,进而结合流体可动性和国外煤层气开发经验,提出适合恩洪区块的煤层气开发方式。研究表明:恩洪区块单煤层资源丰度较低,前期煤层气井动用的资源不足是产气量低的重要原因;恩洪区块单井多煤层合采动用储量多,单井合采尽可能多的厚度大于0.5 m的原生-碎裂结构煤层是提高单井产气量的有效方式;恩洪区块煤层气吸附时间短,扩散能力强,但受地应力强度大、非均质性强和煤体结构复杂影响,渗透率较低且空间变化剧烈;分段压裂适合恩洪区块多薄煤层和弱含水的煤系地层特点,多煤层合采可依据煤层垂向上分布特点合理划分开发层系进行分段压裂合层排采,进行排水阶段缓降液面-见套压后憋压-稳产期稳压,之后缓慢降压的排采措施,最后形成各组整体降压提高产量。      

煤层气双分支U型井合层排采特征研究

为研究煤层气双分支U型井合层排采特征,以保德地区双分支U型井组8#和11#煤地质和储层资料为基础,依据合采对策图版分析8#煤和11#煤适合合采,以8#煤和11#煤单采、合采历史数据和排采曲线为基础,进行了排采阶段划分和排采特征分析,通过拟合分析合层排采的关键参数,结果表明:产气流入动态曲线呈现“三段直线式”特征;产水流入动态曲线呈现短期的“四段折线式”或长期的“单段折线式”特征;日产气量与排水量之间呈现“两段直线式”特征;日产气量/累计产气量与排采时间呈E指数相关。     

沁水盆地柿庄南区块煤层气井储层压降类型及排采控制分析

为了充分认识柿庄南区块煤层气井储层压力变化特征及其对煤层气井产量的影响,基于对柿庄南区块储层地质参数的分析及实际生产数据的剖析,对不同类型生产井的储层压降类型进行分析归类,并结合排采异常井对气井低产原因、排采控制方法及储层敏感效应进行具体分析。结果表明:柿庄南区块煤层气井储层压降可分为快速下降型、中期稳定型及缓慢下降型3种类型,其中快速下降型井更有利于煤层气高产稳产,但若降压速率超过快速下降型井的最大降压速率反而会使储层受到压敏、速敏效应,降低储层渗透率,同时导致压降漏斗扩展受限,最终抑制煤层气井达到高产稳产。      

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。      

松藻矿区多煤层合采储层压降特征及启示

西南地区晚二叠世龙潭组煤层气勘探开发取得较好的成效,该层位弱含水性制约着煤层气的排采。为揭示多煤层合采条件下煤储层的压降特征,以平面径向渗流理论为指导,利用松藻矿区Q1井地质工程数据,基于井底流压、套压、日产水量、日产气量数据的综合分析,建立了纵向上不同储层的井底流压数学模型,并分析不同储层的压降特征。研究表明:M₆、M₇、M₈煤层的初始产气时间分别为45d、162d、217d;储层压力和渗透率控制储层供液能力,导致压降效果随层位的降低而降低;储层临界解吸压力相差较大（4.07 MPa）和日产水量低（0.23 m3）影响多煤层的合采效果。加强选层综合研究、产水特征分析和注水时机研究,开展递进排采相关工艺设备研发和工程探索是弱含水煤层群合采的重要工作方向。      

晋城岳城矿地面采动区井井位优选与抽采寿命研究

为了降低晋城岳城矿工作面U型通风造成的上隅角瓦斯聚集,提高采动与采空区煤层气地面井抽采井产量及抽采寿命,在借鉴成庄矿、寺河矿和赵庄矿等地面采动试验井研究及工程示范的基础上,以晋城岳城矿煤层气地质条件为工程设计依据,提出并优化地面采动区井位尽量靠近巷道位置处、大井眼地面钻井工艺、优化井身结构等设计方案。现场试验证明:部分采动区井通过避开采动应力卸载区及原位煤层高应力区优化布井,开采中包含3个阶段即卸压区抽采、新采空区抽采、老采空区抽采,达到了延长抽采井寿命的目的;但仍有部分采动区井在回采工作面推过井口后,煤气层抽采量迅速衰减至不产气,抽采寿命只包含两个阶段即卸压区抽采、新采空区抽采甚至仅卸压区抽采一个阶段。研究表明,优化后的大井眼钻井工艺及三开割缝套管井身结构设计对保持采动区井井身稳定,延长抽采寿命,保证采动区井产气运移通道畅通,提高抽采率起到了一定效果;采动区井煤气层抽采量和该井井筒位置至回风巷距离存在明显的负相关关系。岳城矿采动、采空区井基本不存在速敏效应,在井筒与裂隙带沟通良好的前提下,应选用大功率抽采设备抽采,可以有效扩展压降漏斗区域,其抽采影响半径水平方向可延伸至500 m以上。岳城矿地面采动区抽采取得了较好的效果,可在相似条件的煤矿区推广应用。      

煤层气井无杆排采工艺应用与改进方向

鄂尔多斯盆地东缘地区煤层气资源量巨大,现已成为我国煤层气主力产区之一。区块自开发以来,针对中浅层煤层大斜度井与水平井开展了液力无杆泵、水力射流泵、电潜泵、隔膜泵排采工艺试验,生产中发现上述4类无杆排采工艺具有能有效避免大斜度井与水平井管杆偏磨的优点,但同时存在防煤粉防砂能力一般、防腐蚀防垢能力一般,存在高压刺漏风险、下泵深度受限、地面设备可靠性不强等缺点。通过分析区块前期中浅层煤层气井无杆排采工艺试验效果,总结了各类无杆排采工艺的优缺点,并指出中浅层煤层气井无杆排采工艺的改进方向。目前,随着煤层气勘探开发领域由中浅层煤层逐步转向深层煤层,原有中浅层煤层气井无杆排采工艺已无法满足深层煤层气井的排水采气需求,针对深层煤层气 “原生结构煤发育、地层压力高、高含气、高饱和、游离气与吸附气共存”的地质特征和 “见气早、气液比高”的生产特点,认为深层煤层气井无杆排采工艺需跳出中浅层煤层气井无杆排采工艺的思路,可以借鉴区块内致密气和海陆过渡相页岩气先导试验井的采气工艺经验,在生产现场开展“同心管气举”工艺、“小油管+泡排”工艺与“连续油管+柱塞+气举”工艺试验,能在有效避免传统无杆排采工艺缺点的同时实现深层煤层气的高效开发。      

沁水盆地寺家庄区块煤储层含气性及产能控制因素

为研究沁水盆地东北部煤层气成藏特征与产出控制因素,基于寺家庄区块煤层气勘探和生产资料,从地质构造、煤厚与煤层结构、埋深和水文地质特征等方面研究了煤层含气性影响因素,并结合压裂排采工艺和煤体结构等因素探讨了煤层气井产能控制因素。结果表明:(1) 研究区煤储层含气性受构造影响较大,在褶皱的轴部及旁侧构造挤压带,多呈现出高含气量,尤其是向斜轴部。在陷落柱和水文地质条件叠加作用下,15号煤层含气量整体较8、9号煤层低,且8、9号煤层含气饱和度也整体高于15号煤层。(2) 8、9和15号煤层含气性均表现出随煤层埋深增加而增大的趋势,但随埋深增加,构造应力和地温场的作用逐渐增强,存在含气量随埋深变化的“临界深度”(700 m左右)。煤层含气性也表现出随煤层厚度增加而增大的趋势,煤层结构越简单,煤层含气性越好。(3) 研究区中部的NNE?NE向褶皱与EW向构造叠加地区,因较大的构造曲率和相对松弛的区域地应力,具备较好渗透率条件和含气性,故成为煤层气高产区。(4) 发育多煤层地区采用分压合采技术可以有效增加产气量,多煤层可以提供煤层气井高产能的充足气源,且多个层位的同时排水降压可使不同煤储层气体产出达到产能叠加,实现长期稳产,含气性较好及游离气可能存在的区域可出现长期持续高产井。      

贵州对江南井田煤层气地质特征及高效开发技术

贵州对江南井田煤层气开发进展缓慢,通过前期勘探阶段实践,该区块存在的主要问题是钻井效率低、固井漏失严重、压裂改造周期长,单井产量低,客观评价井田煤层气地质特征及开发技术对后续煤层气的开发至关重要。通过对井田煤层厚度、煤体结构、储层压力、含气量、渗透性等方面进行了系统研究,结合井田以往钻井、压裂及排采实践,提出了井田煤层气开发以定向井为主,在M18煤层构造简单、煤体结构好、含气量高、煤层稳定且厚度大于3 m的区域,宜采用水平井的开发方式,在M25和M29煤,M78和M79煤构造简单、含气量高、煤层稳定且层间距小于5 m的区域,宜采用层间水平井的开发技术,漏失井段宜采用空气潜孔锤快速钻进技术,非漏失井段宜采用螺杆复合钻进技术,固井宜采用变密度水泥浆+无水氯化钙的固井方式,直井和定向井压裂宜采用复合桥塞层组多级压裂,水平井宜采用油管拖动水力喷砂射孔压裂技术,排采宜采用合层排采+分层控压技术,形成一套适宜于对江南井田地形地质条件下的煤层气开发技术,为今后研究区大规模煤层气商业开发提供参考。      

芦岭煤矿卸压区瓦斯综合抽采试验及分析

煤炭开采造成煤储层卸压,煤储层参数将发生巨大变化,并对瓦斯储存和运移产生极大影响。分析了淮北芦岭煤矿卸压区地面垂直井煤层气抽采试验,研究了卸压区地面和井下瓦斯综合抽采技术及方法。结果显示,在低透气性煤层卸压区进行地面和井下瓦斯综合抽采,不仅有利于煤矿安全生产,而且可大大提高瓦斯采收率及其开发的经济效益。      

煤层气垂直井排采控制决策系统的开发

合理的排采工作制度是提高煤层气井产量和节约成本的关键。根据煤层气井压裂裂缝延伸特点和排采过程相态变化特点,结合压力传递模型及Langmuir吸附模型,得出了不同排采阶段的识别标识;根据KGD模型,结合压裂施工工艺参数,以及渗透率与孔隙度的关系,分别建立了水平最小、最大主应力方向上的渗透率预测模型;根据达西定律及排采过程中煤基质与裂隙的正负效应,建立了不同排采阶段物性参数变化模型;根据压力传递特点及气、水相对渗透率变化,最终建立了不同排采阶段、不同过程的排采强度预测模型。借助Visual Basic开发工具,研制了煤层气垂直井排采控制决策系统。晋城矿区潘庄井田应用表明,该系统具有一定的应用前景。