沁水盆地南部15号煤层和顶板K2灰岩水文地球化学演化特征

针对煤层气井产水量大、降压困难、产气效果不佳等问题，基于沁水盆地南部煤矿15号煤层顶板K₂灰岩水以及15号煤层气井水矿化度和离子数据，利用统计、对比方法，系统研究两者的水化学成分特征、类型、成因机理，建立了地层水演化模型，系统阐述灰岩和煤层水在补给区、径流区、滞流区发生的各种反应和作用。研究结果表明:K₂灰岩水和15号煤层水会发生离子交换、混合作用及CO₂作用，在补给区和强径流区，K₂灰岩水水型以Ca-Mg-HCO₃-SO₄型为主，煤层水水型以Na-HCO₃-SO₄型为主；缓径流区K₂灰岩水一般为Na-Ca-Cl-HCO₃型，而煤层水以Na-Cl-HCO₃或Na-HCO₃型为主；滞流区K₂灰岩水和煤层水水型相同，为Na-HCO₃或Na-Cl-HCO₃水型。研究结果为15号煤的煤层气开发提供可靠的水文地质依据。      

潞安目标区煤层气赋存和生产的地质因素分析

分析了影响潞安目标区煤层气赋存和生产的主要地质因素,提出了本区煤层气井产气量低、产水量高的原因。潞安目标区与晋城目标区相比较,张性断层发育,3号煤顶板砂岩条带发育。地下水从浅部接受大气降水补给,部分在文王山和二岗山断裂带排泄,煤层顶板砂岩含水层与煤层不仅构成了一个统一的地下水系统,又由于与断层的沟通作用形成了一个完整的地下水补径排系统,使得地层能量被释放,煤层气大量运移逸散,煤储层压力降低,煤层气井产能降低。      

水化学与灰色关联度法在煤层气井产出水水源判别中的应用

柿庄南区块排采15号煤层的煤层气井面临产出水量大、排水降压困难,水源判别不清的问题。通过常规离子和氢氧同位素测试,分析了煤层气井产出水及潜在来源水的水化学特征。结果显示,煤层气井产出水显示高矿化度特征,水质类型主要为Na-HCO_3·Cl型和Na-HCO_3型,个别为Na-Cl型;δD值为-85.5‰~-80.0‰,平均-83.2‰,δ~(18)O值为-11.8‰~-10.2‰,平均-11.2‰,说明地下水的初始来源为大气降水。利用灰色关联度法及稳定同位素特征判别了煤层气井产出水的水源,得出与产出水关联度最高的为15号煤层水(0.72~0.87),其次为顶板灰岩水(0.5~0.89),最小为地表水(0.43~0.6)。其中,产出水中煤层水占73.3%~95.3%,顶板水占4.7%~26.7%。提出了应加强顶板灰岩裂缝展布的研究,阻止灰岩水对15号煤层的越流补给的建议。     

煤层气井流体原位实时监测仪

煤层气生产过程中,需要随时了解和掌握煤层气井的产水、产气、液面高度等各项参数,以便根据生产阶段的需要及时调整生产参数,使煤层气井的生产处于最佳状态。目前国内煤层气抽采过程中仅能单独测量压力、温度、液位等参数,并不能检测每个层位的产气产水量,因此为了达到长期同时监测不同层位煤层的目的,设计了煤层气井流体原位实时监测仪。该监测仪不仅能测量温度、压力等参数,还可结合地面测得的气、水流量,分别得出不同层位煤层的产气产水量,为煤层气开采方法的确定提供科学依据,有利于提高煤层气抽采率。      

常家梁煤矿含（隔）水层特征及充水因素

叙述了常家梁煤矿含（隔）水层水文地质条件及矿井充水因素,矿坑直接充水水源为各煤层顶板基岩裂隙水,该含水层较厚,但富水性相对较弱,突水危险性较小。第四系萨拉乌苏组在煤矿内全区分布,富水性较好,导水裂隙带最大高度均小于煤层上覆基岩的厚度,为矿床充水的间接充水水源,当煤矿采空区较大时,萨拉乌苏组可能会成为直接充水水源。     

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。     

陕北三叠纪煤田蟠龙至高家屯勘查区5号煤层顶板工程地质特征

研究区5号煤层位于三叠系瓦窑堡组第四段上部,煤层直接顶以泥岩、砂质泥岩为主,老顶以粉砂岩、泥岩和细粒砂岩为主,从岩性分布来看,总体呈现出向上变粗的沉积层序,对应的顶板类型为下软上硬型.进一步分析其岩石力学性质、测井曲线与岩体质量指标,参考岩层厚度、层理及裂隙等,综合分析确定该区5号煤层顶板属基本稳定型.该研究为煤矿的安全生产提供了技术支持.     

柳林地区煤层气开采动态及单井产量主控因素分析

柳林地区是我国煤层气勘探开发的热点地区之一,初步实现了煤层气商业化开发。根据柳林地区煤层气井生产数据,对气井产气动态进行了分析,按产量大小进行了气井统计,中产气井比例较高,为42.9%,高产气井占28.6%,低和极低产气井比例为28.5%。分析煤层气井排采曲线特征,总结归纳气井的产气模式有单峰式、高峰-稳定式和低峰-高峰-稳定式三类。从影响煤层气产能的构造、气含量、渗透率、煤层厚度、煤层埋深、水文地质条件等地质因素入手,分析了各地质因素对气井产能的影响,并建立各类因素与煤层气井产能的关系。研究认为:柳林地区煤层气井的高产条件并非受单一因素的控制,而是主要取决于多种有利地质主控因素的有机匹配、共同作用的结果。      

渭北区块煤体结构测井评价及其在射孔段优化中的应用

鄂尔多斯盆地渭北区块地质历史时期受多期构造运动影响,煤体结构复杂。基于研究区钻井煤心和测井资料,分析不同煤体结构的测井响应特征,并按断裂带与非断裂带建立了研究区5号煤层煤体结构的测井识别图版。结果表明,5号煤层纵向上自下而上煤体结构趋于完整;平面上,北区煤体结构主要为碎裂煤和碎粒煤,南区煤体结构相对较完整,局部发育原生结构煤。结合研究区煤层气压裂、排采数据和5号煤层煤体结构及顶板发育情况,分析不同顶板岩性与不同射开比例下的产气效果。结果显示:顶板岩性为砂岩或泥质砂岩时的碎裂煤和碎粒煤储层产气量高于顶板岩性为泥岩或砂质泥岩的产气量。煤体结构越破碎,则顶板射开比例R越高,若煤层顶板岩性为砂岩或泥质砂岩,需增大顶板射开比例。      

下保护层开采上覆煤层产气机理及规律

通过理论研究分析了采动区煤层裂隙特征、煤层气赋存特征和煤层气运移特征,揭示了煤矿采动影响下上覆被保护煤层产气机理。分析认为采动区煤层产气机理与常规煤层气产气机理不同,一是采动区煤层基质孔隙大、内部裂隙多、离层裂隙发育。二是采动区煤层气解吸快、解吸量大、水中溶解气少。三是采动区煤层气运移以气体单向流为主,评价渗透性指标为透气性系数。在收集大量采动区煤层气井产气数据的基础上,研究了产气机理对产气规律的影响。采动区煤层气井产气规律与常规煤层气井相比,具有产量提升快、产气峰值高的特点,整体呈现先迅速增大后逐渐减小趋于平稳的规律。结合采动区煤层产气机理研究,分析认为气产量提升速度快是由于煤层裂隙迅速增多且气体在裂隙中以气相单相流运移为主,产气峰值高是由于储层压力快速下降使煤层气加速解吸,短时间内在井筒附近聚集大量游离气。     

延川南地区煤储层特征及煤层和井区优选评价

以延川南地区煤层气井的实验测试数据为基础,采用地质类比法对煤层的含气性及其他储层物性特征进行了对比分析,然后利用最大值标准化法和灰色关联系数法得出单煤层和井区的综合评价分数,并据此对井区进行了综合评价。结果表明,区内甲烷浓度高、含气量大、孔隙性能好、煤层厚度大,但含气饱和度和渗透率低,需要对储层做进一步的压裂改造;通过灰色关联分析,认为各因素的相关关联序为含气量〉含气饱和度〉渗透率〉储层压力〉煤厚〉埋深〉孔隙度〉甲烷浓度,2号煤的开发条件优于10号煤,各井区中以y-3、y-16及y-6井的综合评价值较高,是下一步井网布局和煤层气开发的首选井区。     

陕西省吴堡矿区煤层气井产层组合研究

吴堡矿区煤层气资源丰富,为加快吴堡矿区煤层气开发的步伐,分析了吴堡矿区煤层气井的产层组合和排采效果,并从煤层与含水层水力联系角度,探讨了不同产层组合煤层气井排采效果存在差异的原因。结果表明:S1煤层与含水层无水力联系,含水层对S1煤层排采没有影响,故单排S1煤层效果好;T1煤层与其顶板K2灰岩含水层之间没有良好的隔水层,水力压裂时,裂缝扩展到了煤层顶板,沟通了K2灰岩含水层,K2灰岩含水层严重影响了T1煤层的排采,故单排T1煤层或S1、T1煤层合层排采效果都不好。综合考虑上述因素,对今后吴堡矿区煤层气资源开发策略和思路提出了建议。      

Geological Controls on the CBM Productivity of No.15 Coal Seam of Carboniferous–Permian Taiyuan Formation in Southern Qinshui Basin and Prediction for CBM High-yield Potential Regions

Coalbed methane (CBM) resources in No.15 coal seam of Taiyuan Formation account for 55% of the total CBM resources in southern Qinshui Basin (SQB), and have a great production potential. This study aims at investigating the CBM production in No.15 coal seam and its influence factors. Based on a series of laboratory experiments and latest exploration and development data from local coal mines and CBM companies, the spatial characteristics of gas production of No.15 coal seam were analyzed and then the influences of seven factors on the gas productivity of this coal seam were discussed, including coal thickness, burial depth, gas content, ratio of critical desorption pressure to original coal reservoir pressure (RCPOP), porosity, permeability, and hydrogeological condition. The influences of hydrological condition on CBM production were analyzed based on the discussions of four aspects: hydrogeochemistry, roof lithology and its distribution, hydrodynamic field of groundwater, and recharge rate of groundwater. Finally, a three-level analytic hierarchy process (AHP) evaluation model was proposed for predicting the CBM potentials of the No.15 coal seam in the SQB. The best prospective target area for CBM production of the No.15 coal seam is predicted to be in the districts of Panzhuang, Chengzhuang and south of Hudi.     

二连盆地群低煤阶煤层气成藏模式——以霍林河盆地为例

为了建立断陷盆地的低煤阶煤层气成藏模式,从二连盆地群的霍林河盆地地质条件与煤层气地质特征入手,探讨该类盆地煤层气富集规律。研究结果显示:霍林河盆地煤层厚度可达80 m,煤层含气量为1.6~5.62 m3/t,瓦斯风化带深度为450~500 m;煤层的分布特征受同沉积构造与沉积环境控制,盆地内部小型凹陷与隆起决定着煤层的发育位置和煤层埋藏深度,基底的整体抬升确定了瓦斯风化带的位置;翁能花向斜与西南部向斜处,煤层厚度和埋藏深度均较大,煤层顶底板岩性为泥岩,其受到后期构造影响小,是煤层气成藏的有利地带。      

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。      

采动区远程卸压煤层气抽采地面井产能影响因素

以淮南矿区远程卸压煤层气地面井抽采工程实践为依托,通过工程试验和系统分析,探讨了远程卸压煤层气地面井的产能特点及其影响因素。研究结果表明,远程卸压煤层气地面井的产能曲线可分为两个阶段,在较短时间内顺利完成第Ⅰ阶段的井才能有较高产能。研究还显示,煤层气地面井产能受地层结构和采动影响较大。在研究区,当地层结构为松散层厚度<406 m,基岩与松散层厚度比值>0.74,下保护层与被保护层间距为6670 m,且平均采高≤2.2 m,平均产煤低于3 898 t/d时,利于远程卸压煤层气地面井抽采;当松散层厚度>430 m,11-2煤和13-1煤层间距>74 m,基岩与松散层厚度比值<0.7时,卸压煤层气地面直井成功率较低,此时,可通过改变井位和优化井身结构来适应地层结构的变化,提高地面井抽采成功率。      

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。     

基于煤矿“先抽后建”及资源开发的煤层气地面井位抽采部署及应用

针对目前煤矿"先抽后建"提出的安全指标及贵州黔北矿区多煤层的资源特征,同时弥补目前地面抽采部署缺乏系统性、盲区大的问题,以贵州对江南煤矿为例,进行了煤层气地面抽采井位部署研究。综合该区复杂的地形条件、煤层发育特征（层数多、厚度薄、成群分布）、煤体结构及开发部署要求,优选出分段压裂水平井为主、丛式井为辅的开发方式。沿着1、2号采掘工作面分别部署了4个水平井组和16个垂直井（丛式井）,占地7个井场。通过精细化地质模型建立、网格划分,利用CBM-SIM数值模拟软件模拟了20口井（井组）5 a地面抽采效果平均日气量可达26 036.54 m3,地面抽采5 a后1、2号工作面内M78煤层气含量降幅超过30%。模拟结果显示,对江南煤矿的精细化井位抽采部署,有效降低了采掘工作面瓦斯含量,兼顾煤矿安全生产和煤层气资源利用的双重目的。该方法可为煤层气地面抽采及煤矿井下采掘安全协同发展,提供新思路、新方法。      

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。