沁水盆地柿庄区块煤层气井压裂增产效果关键影响因素分析与实践

针对沁水盆地柿庄区块煤层气开发过程中低产低效问题,基于大量实际生产资料分析,探讨地质因素和工程因素对煤层气开发效果的影响。结果认为,地应力和煤体结构是影响煤层气井压裂增产效果的关键地质因素。其中,煤层气井压裂过程中,高地应力影响裂缝延伸和支撑,水平主应力差影响裂缝延伸方向和形态;煤体结构较差的煤层在压裂中易形成煤粉,堵塞导流通道,压裂效果变差。影响压裂效果的工程因素主要包括压裂液性能、施工排量、前置液占比和井径扩大率,针对研究区地质概况,提出"2% KCl+清水、阶梯排量注入、前置液量180~240 m3、优化射孔段和水力波及压裂"等系列优化技术,并指出煤层气压裂选井是决定压裂效果和开采经济性的重要环节。将优化技术在柿庄区块北部深部煤层气开发井中加以实践验证,取得很好的增产效果。研究成果及认识对沁水盆地及相同地质条件区域的煤层气开发具有一定的指导意义。      

深部中-高煤级煤储层孔隙结构与吸附性

为了探讨中-高煤级深部煤层孔隙结构特征和吸附性,以陕西宜川和山西柿庄地区埋深100~1 800 m的中-高煤级样品为研究对象,对样品进行了煤岩煤质分析以及压汞法、核磁共振、低温液氮和等温吸附等测试,结果表明：(1)随着深度的增加,煤层吸附孔含量增多,渗流孔含量减小,渗透性降低,储层物性变差。(2)比表面积和总孔体积在1 000 m附近出现高值区域,随后才出现如前人所述的随深度逐渐降低的趋势,这与小孔的贡献率一致,可见比表面积和总孔体积并非完全由微孔决定,小孔作用显著。(3)深部煤层吸附性是压力的正效应与温度的负效应共同作用的结果,随着压力的增高,吸附量明显增加,温度每升高1 ℃,吸附量平均减少0.25 cm³/g;兰氏压力并不是简单地随温度递增而递增,而是存在随温度变化的拐点(35 ℃),大于拐点温度时,兰氏压力才呈现增高趋势。     

沁水盆地南部15号煤层顶板灰岩特征对煤层气开采的影响

煤层顶板的含水性对煤层气的开采有重要影响。沁水盆地南部上石炭统太原组15号煤层直接或间接顶板多为灰岩,其中以K2灰岩为主,连续分布。顶板泥岩较少,呈零散分布。灰岩的富水性对煤层气的排水降压有影响。因此,主要从灰岩的厚度展布、裂隙发育、与煤层的接触关系以及区域水文地质条件讨论其含水性对煤层气产能的影响。研究结果表明:(1)灰岩的含水性一般较弱,但当遇到断层或岩溶陷落柱较发育的部位,可能与其他含水层沟通,富水性较强。(2)15号煤层顶板灰岩的厚度与煤层气井的产水量并无直接关系,其裂隙较发育,但大多被方解石充填,导水和储水性能较差。(3)灰岩与15号煤层的接触关系有两种:一种是直接接触型,灰岩直接覆于15号煤层之上;另一种是间接接触型,灰岩与15号煤之间夹有泥岩、砂岩或14号煤层。直接接触型煤层气井的产水量、产气量比间接接触型高。间接接触型15号煤层直接顶板的岩性、厚度对产气、产水都没有太大影响。     

沁水盆地柿庄北深部煤层煤体结构发育特征

煤层结构疏松,易于垮塌,对煤层气的开采影响较大。针对沁水盆地柿庄地区的深部煤层,选择人工伽马、声波时差、自然伽马和井径等测井曲线,并结合煤层顶底板的破碎程度,判识了柿庄北3号和15号煤层的煤体结构。结果显示: 3号煤的粉煤平均厚1 m,所占比例平均为17.85%,发育在煤层顶部或底部;15号煤的粉煤厚度平均为0.89 m,所占比例平均为20.81%,粉煤分层较多,粉煤相对较发育,且多位于煤层的顶底和夹层附近。本区断层对煤层煤体结构影响并不大,粉煤发育可能主要受褶皱的影响。粉煤厚度随埋深加大呈现先减小后增大的趋势,拐点在1 200~1 300 m。由此可见,柿庄北区块煤体结构复杂,在开采煤层气过程中,应注意粉煤的发育分布。