基于电导率的煤层气气泡形态井下实时探测装置

气液两相流的探测与流动规律是煤层气排采领域的关键科学难题,研究煤层气井气液两相流最直接有效的方法则是对煤层气开采井井筒油套环空内的气泡进行实时检测。但目前常用的气泡探测装置无论是在检测目标的针对性还是体积方面,均不能满足煤层气井环空内气泡实时检测的要求,基于此,提出了一种基于电导率的煤层气气泡形态井下实时探测装置,探测装置中所设计的气泡传感器能根据空气和溶液电导率的不同来对井下环空中气泡的体积和速度进行实时检测。整个探测装置设计完成后进行了模拟试验,试验结果显示探测装置的精度满足实际工程项目要求。     

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。     

煤层气垂直压裂井在彬长大佛寺井田的应用

介绍了彬长大佛寺井田首次应用垂直压裂井开采煤层气。在钻井过程中采用低固相钻井液及变密度固井的方式,减小了对煤储层的伤害;压裂时采用以套管注入、高排量、活性水携砂为主的清水压裂配套工艺技术,能够满足该区煤层气井储层改造的要求;并在排采中尝试将液面降至煤层顶板位置生产,取得了理想的效果。     

煤层气洞穴完井技术

煤层气洞穴完井技术既是一种裸眼完井技术,又是一种增产技术,在适宜的地层该技术能够大大提高近井地带的渗透率,从而提高煤层气的采收率。该技术在美国圣胡安盆地的高渗煤层取得了巨大的成功,但是在其它区域并没有像圣胡安盆地那样效果明显,究其原因对该技术的增产机理及煤层适应性的认识还有一定的差距。分析了洞穴完井技术的增产机理及洞穴完井的煤层适用条件,对洞穴完井技术的储层选择、井身结构、工艺流程及设备配套进行了详细论述,并介绍了国内的现场试验情况及取得的一些有益经验,为该技术以后的推广应用奠定基础。     

恩村井田煤层气垂直井产能地质主控因素分析

查明煤层气垂直井产能的地质主控因素是较准确产能预测、资源评价的基础。根据恩村井田勘探、试井、压裂、排采阶段的资料,对煤层气开发区块内煤储层原始渗透率、含气性、水平最小与最大主应力、煤层气井平均日产水量等进行了系统分析;利用模拟软件模拟比较了在其它地质参数不变的情况下,仅改变某一参数引起的产能差异。结果表明:在产水量相对较小的地区,水平最小主应力、原始渗透率的大小对产能影响最大;产水量相对较大地区,原始储层渗透率、排液对产能影响最大,而其他参数对产能的影响不大。目前恩村区块煤层气垂直井排采的结果充分说明上述结论的正确性。     

煤层气掏穴井钻探施工技术

通过工程实例，介绍了煤层气掏穴井施工的目的、技术要求、设备机具、施工工艺，以及掏穴作业和技术措施。     

矿用排沙两相流水泵的特点与应用

阐述煤矿用于输送煤泥、泥沙介质的ＫＧＱ系列潜水泵结构及其特点。     

固液两相流泵设计漫谈

按两相流动理论设计的渣浆泵，经过现场实践证明，这种新的设计方法，较好地解决了固液两相在流道中的运动规律。文中概括地论述了固液两相流系主要过流部件几何参数的设计计算，并介绍了用上述方法设计的１５０ＬＺ—５２０型固液两相流泵所获得的优异性能参数。     

煤层气井两相流阶段排采制度实时优化

煤层气井气水两相流动阶段的合理排采制度的确定极为复杂,但对于煤层气井高效排采具有重要意义。考虑低渗透煤层的启动压力梯度和应力敏感性特征,根据煤层压裂后流体渗流规律的变化,基于气藏工程和稳定渗流理论,建立了煤层气藏垂直裂缝井气水两相产能方程,结合煤层气藏物质平衡方程及煤层气井产量数据,可得到煤层气井实时的采气指数曲线,根据最大产气指数原则即可实时确定最佳生产压差,从而建立了一套煤层气垂直压裂井气水两相流动阶段的排采制度实时优化方法。通过现场典型井的应用,验证了所建立的煤层气井排采制度实时优化方法的可靠性。     

低阶煤气水两相渗流特征的数值模拟研究

以海拉尔盆地伊敏低阶煤为研究对象,建立了考虑煤体三维变形的煤储层气水两相流模型,运用COMSOL软件得到了与伊敏煤样气驱水实验结果吻合的气、水流量和进口气体压力变化曲线。进一步探讨了不同井底流压下降方案（0.005 MPa/d和0.01 MPa/d）的煤储层产气特征。研究表明：煤层气井排采需经历产量提升阶段,在井底流压达到最低值时,产气量达到峰值,然后产量降低进入稳产阶段;减缓井底流压的下降速率有利于保持稳产阶段的产气量。     

煤储层渗透率与煤层气垂直井排采曲线关系

根据岩石弹性理论分别建立了天然裂隙面上、最大水平主应力方向上形成裂隙的极限压力模型,绘制了压裂过程主裂隙延伸轨迹示意图;根据原始渗透率与改造后渗透率的关系,结合压裂主裂隙几何形态特征,绘制了不同渗透率关系下排采过程压力传播轨迹示意图;根据煤储层原始渗透率、压裂后渗透率不同情况下压力传播轨迹的不同,得出煤层气垂直井排采的“增-减-增”、“增-减”、“增-增”和“增-减-猛增”等4种典型排采曲线.     

矿井规划与煤层气井建设协调发展决策系统

针对不同矿区煤矿生产特点,结合煤层气吸附/解吸特征,得出3种开采方式和掘进工作面上煤矿安全生产的最高允许含气量模型,并编制了相关程序;应用Comet软件对不同井网下垂直井的产气量进行预测,获取安全临界值下的控制面积、生产年限;通过不同井网直接经济效益和间接经济效益的求算,结合矿井、煤层气井建设特点,最后提出矿井和煤层气井的开发规划方案.实例表明：该系统可较好地协调煤层气与煤矿之间的矿权纷争,达到双赢的目的.     

煤层气水平井连通井组轨道设计与控制方法

煤层气水平井组由一口或几口水平井与一口洞穴直井连通,共同利用该直井进行采气作业,因此煤层气水平井需进行两井连通作业。依据煤层气水平井组的特点,建立了以煤层气水平井为基准的坐标体系,并推出了两井坐标体系的转换公式;考虑到连通井段短和轨道控制要求高的特点,优选出增-增-稳设计剖面,并建立了分段轨道优化设计方法;以逐步缩小洞穴井与水平井相对位置的不确定性椭圆范围为目标,提出了煤层气水平井轨道测量的方法及稳斜扭方位的轨道控制模型。通过以上的基础研究,形成了较系统的水平井连通井组轨道设计与控制方法,并结合现场应用进行了连通轨道控制的分析。     

柳林煤层气区块不同井型产能分析研究

对鄂尔多斯盆地柳林煤层气区块压裂直井与多分支水平井的生产状况进行了分析。多年的排采生产历史表明,该区块内大多数压裂直井的产量低于预期,特别是生产1~2 a后的产量,只有预期的30%左右;而投产的多口多分支水平井的产气量较高和稳定,与预期的结果相当。根据柳林区块的地质特征、生产历史和煤层气开采的数值模拟模型,对不同井产能进行了分析,并与现场生产数据进行对比,研究不同井型的产气机理、产能大小及其影响因素。研究结果表明,压裂裂缝的支撑效果差及裂缝的先期闭合是导致压裂直井后期生产效果差的主要原因,而该区块的综合地质特征更适合于采用多分支水平井技术。结合数模,分析了水平井的排采控制范围以及煤层厚度、储层系数、分支水平井结构参数等对煤层气产能的影响。     

煤层气井井筒酸洗工艺研究与应用

针对煤层气井在排采过程中产出大量的煤泥导致卡泵、泵漏失、筛管堵塞等井下故障频繁发生,引起修井作业,导致煤层气井排采不连续,储层渗透率降低,产气量下降无法恢复等严重问题,通过煤泥组分分析、酸液配方研究、工艺设计优化形成了解决煤层气井井筒卡堵的酸洗工艺技术。该工艺实现了在不间断正常生产的情况下,通过从油套环空注入酸液,抽油机抽排油管返出的洗井方式,解除井下煤泥堵塞故障,最大限度延长生产时间,减少修井作业。现场应用实践表明,该酸洗工艺技术在煤层气井上应用效果良好,措施有效率达90.5%。     

煤层瓦斯流固耦合渗流的数值模拟

将渗流力学与弹塑性力学相结合,考虑煤层瓦斯和煤体骨架之间的相互作用,建立了煤层瓦斯运移的数学模型,并给出其数值解。对煤层瓦斯渗流方程和煤体变形场方程分别进行离散,得到其相应的泛函方程。根据有限元法原理推出其耦合求解方法,最后进行了实例计算,证明所建立了理论是正确的。     

Numerical simulation of coal-bed methane transfer with finite element method

The mathematical model and the numerical simulation for the transfer of coal-bed methane were established based on the combination of the porous flow theory and elastic-plastic mechanics theory and the numerical solution was given, together with the consideration of the fluid-solid interaction between the coal-bed gas and coal framework. Then the dispersion for the equation of gas porous flow and coal seam distortion was carded out and the functional analysis equation was obtained. Finally, the coupling solution was educed and calculated by finite element method (FEM) on a model example.     

800m以深直井煤储层压裂特征分析

以沁水盆地800 m以深煤层气井为例,统计归纳了深部煤层地质特征,分析了与之对应的压裂难点;通过统计10口采用活性水压裂技术且产气效果显著提升的深煤层气井的压裂数据,总结了现有技术体系下深煤层直井压裂施工参数特征,分析了导致深部煤层气藏压裂施工中压力异常偏高的因素,提出了深部煤层气藏开发对策。结果表明:深部煤层气藏的高温、高压、高地应力的地质环境、较差的储层物性以及较强的非均质性等特征,使得现有压裂技术体系在适用性和有效性上面临严峻挑战;增产效果较好的深部煤层气直井,普遍采用大液量注入,同时控制砂比在15%左右;压裂时压力异常偏高是受到压裂液性能、地层微裂缝、储层岩性、钻井液污染及煤粉堵塞等因素的影响;未来应对深部煤层气藏的开发,除了要对活性水压裂技术进行优化,还有赖于压裂理论的发展和新型压裂材料的研制。     

沁南煤层气井产能影响因素分析及开发建议

通过比较山西沁水盆地南部57口煤层气井在1.5 a时间内的产气产水特征,分析了影响该区煤层气井产能变化的地质及工程特征因素,并提出相应的开发建议。结果显示:煤层埋深及地下水动力条件、含气量以及气井所处的构造部位是影响沁南煤层气井产能的主控地质因素;开发前的煤储层压裂改造规模、井底流压下降速度以及排采速度是重要工程因素。同时,提出了相应的参数指标:500~700 m的埋深,大于15 m3/t的含气量;早期排水期,采取比较大的降压幅度和比较大的排采冲次,分别为0.022 MPa/d和3.0次/min;出现产气高峰后,开始缓慢降压和降低冲次,分别为0.002 MPa/d和0.4次/min。