沁南高煤阶煤层气井排采机理与生产特征

煤层气排采技术和排采工作制度的正确与否对煤层气井的产气量和服务年限有很大影响。通过对“沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程——潘河先导性试验项目”36口井排采过程的分析和跟踪研究,认为煤层气井的排采过程分为几个不同阶段,且不同阶段间的转化主要受控于含水饱和度和气-水相对渗透率的变化;煤层气井通常会有3个产气高峰,并探索了一套适合示范区煤层气井3号煤排采的工作制度。这些成果对今后示范区煤层气井以及其他同类型盆地中煤层气井的排采生产,都具有重要的示范意义。     

煤层气井排采过程中各排采参数间关系的探讨

煤层气井必须进行排水降压,才能达到产气的目的。而煤层气井的产气量又受控于储层特性并由排采时的各参数所制约,只有掌握产气量与这些参数的关系才能制定合理的开采工作制度。本文利用铁法ＤＴ３井资料研究了在供气条件具备时,排采中产气量、排水量、井口压力和液面深度间的关系,提出了井底压力的作用及估算方法,将有利于煤层气井生产过程的认识和合理开发。     

考虑应力敏感性的煤层气井排采特征

与裂缝性砂岩气藏相比,煤层气藏是一种具有阶段性应力敏感特征的特殊裂缝性气藏。在煤层气排采初期, 有效水平应力起主导作用, 随着有效应力的增大,渗透率逐渐减小;当割理内部流体压力降低到解吸压力之后, 由于基质收缩,渗透率可得到一定程度恢复。所以,提高煤层气排采效果的重要举措,是尽可能提高煤层气压降-解吸的面积。在煤层气开采初期,不合理的高排采速率将引起近井地带渗透率降低,影响压降漏斗的传播,造成增排不增产的后果。通过岩心应力敏感实验,得到了岩心渗透率随有效应力的变化规律。以煤层气开采井为例,利用ECLIPSE E300三维双重孔隙介质多组份模拟器,证明了初期排采量并非越大越好,而是存在一个合理值。该结论可用于指导煤层气井的开采。     

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。     

临汾区块煤层气井排采中产出煤粉特征

基于煤层气井产出煤粉浓度的现场连续监测,采用煤粉浓度监测仪、激光粒度测试仪、反射偏光显微镜、X射线衍射、电子扫描电镜带X射线能谱仪,研究了临汾区块煤层气井排采过程中产出煤粉的浓度、粒度、成分和表面特征,分析了煤粉特征的影响因素,探讨了煤粉产出机理。结果表明,临汾区块平均煤粉浓度随排采阶段的变化趋势是排水降压阶段<憋压排采阶段<气水合采阶段;不同开发层段产出的煤粉浓度变化趋势是单采5号煤<合采5号和8号煤<合采（4+5）号、（8+9）号煤。煤粉颗粒粒径分布范围广,为0.5~1 000 μm,多集中在100 μm以下。煤粉成分以无机矿物和镜质组为主,无机矿物以硬石膏、黄铁矿和伊利石为主。将煤粉颗粒分为光滑表面和粗糙表面两种,光滑表面的煤粉颗粒以C元素为主,粗糙表面的煤粉颗粒以Fe、S、O元素为主。煤粉产出与煤中矿物含量、镜质组含量以及构造煤发育程度和排采阶段有关。     

基于产生式系统的煤层气井排采异常识别技术

煤层气井排采过程中易出现排采异常的问题,研究煤层气井排采异常识别对煤层气高效开发具有重要意义。总结了煤层气井常见排采异常类型,并选取了压力、产量、冲次、电流4个参数作为特征参数,基于模拟人类思维方式的产生式专家系统,通过分析4个特征参数与生产状态的对应关系,构建了12个煤层气井常见的产生式规则,并采用正向推理的方式设计了推理机,实现了煤层气井常见排采异常类型的有效识别。实例表明,用产生式规则推理技术来识别煤层气井排采异常类型,具有过程简单、结论准确的优点。     

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。     

煤层气井排采动态主控地质因素分析

沁水盆地寿阳区块和柿庄区块煤层气(CBM)井的排采动态在整体上表现出明显差异,而单一区块内部煤层气井的排采动态也存在较大差异。本文就两个区块的煤系地层沉积相、煤层渗透率、断裂构造、地应力类型和构造应力强度以及顶底板岩性组合类型等因素对排采动态的影响开展对比分析。基于静态地质条件和排采动态资料的综合研究表明:煤系地层沉积相、煤层渗透率、地应力类型和构造应力强度的差异是两个区块煤层气井排采动态差异的主要原因;单一区块内煤层气井的排采动态差异受控于局部断裂构造、地应力类型以及煤层顶底板岩性组合类型等局部因素;在煤层气开发选区和开发井位部署时,应综合考虑资源量、渗透率和多种局部地质因素的共同影响。     

煤层气排采动态参数及其相互关系

排采制度是保证煤层气井生产排采成功的关键要素。以煤层气开发潘河试验区生产资料为依托,利用统计、对比的方法,对试验区排采过程中的产气量、产水量、套压和动液面等参数进行综合研究。结果表明,区内煤层气排采过程及其动态参数具有明显的阶段性特征;排采过程中,动液面深度和套压为正相关关系,二者可通过相互调整控制井底压力。根据各阶段排采动态参数的特征,提出了与各排采阶段相适应的排采制度。      

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。     

煤层气井评价指标体系及评价方法

煤层气井产量受控因素较多,经济上存在着较大的风险性。通过分析煤层气井产量的影响因素,优化出13项评价指标,把定性和定量指标进行标准化处理,建立了指标体系。合理设计递阶结构模型,采用层次分析法进行定量评价,形成了一套完善的煤层气井评价方法和体系。通过晋城、韩城矿区实际资料的应用,效果良好,为煤层气高产井的部署和实施提供了依据。     

煤层气直井开发井网适应性优选

利用直井井网开发煤层气,优选合理的井网对于煤层气藏的高效开发关系重大,因此,有必要针对不同储层条件的煤层气藏研究优化井网类型。通过数值模拟方法,针对不同渗透率、不同各向异性的煤层气藏,进行了正方形、矩形和菱形3种不同井网的数值模拟,得出适合不同井网开发的储层渗透率和各向异性的范围。模拟研究表明:正方形井网不适合煤层气的开发;矩形井网适合于中渗、低渗至特低渗煤储层;菱形井网适合于中渗至高渗煤储层。     

深部煤层气井合理排采制度优化设计研究 ——以鄂尔多斯盆地东缘神府区块为例

近几年,我国深部煤层气开发取得重大突破,初期产量平均可达万方每天,但产量递减较快,排采制度有待优化。为保障深部煤层气长期稳定生产,提高最终可采储量,亟需开展合理排采制度优化设计研究。本研究以鄂尔多斯盆地东缘神府区块深部煤层气藏为例,根据区块19口井的历史拟合与预测结果,确定了深部煤层气井产能评价指标,分析各参数与产能评价指标之间的相关性,给出产能高、中、低三类井的识别图版;提出多目标排采制度优化设计方法,制定神府区块高、中、低产井的合理排采制度模板,并将三类井排采制度模板应用于新井。研究表明：第二年平均日产气量包含了气井短期和较长一段时间内产能的变化,可作为深部煤层气井产能评价指标。煤储层厚度、煤储层温度、原始煤储层压力、临界解吸压力、Langmuir压力、煤储层渗透率、供给半径、裂缝半长、煤粉伤害临界流速9个参数与第二年平均日产气量呈正相关关系,而孔隙压缩系数、裂缝应力敏感系数和煤粉渗透率伤害率3个参数与第二年平均日产气量呈负相关关系。根据临界解吸压力与渗透率参数交汇图可有效判别高、中、低产井;高、中、低产井分别具有各自的最优排采制度,排采速度不是越快越好,尤其低产井受煤粉影响十分显著,建议缓慢排采。研究成果可为神府区块深部煤层气新井井位优选、排采制度制定提供依据,为深部煤层气长期稳定高效开发奠定基础。     

煤层气地质学新进展

自20世纪80年代以来,我国的煤层气勘探取得了突破性进展。在沁水盆地南部获得了可观的煤层气地质储量;河东煤田的煤层气勘探也取得了重大进展。煤层气地质学研究取得了明显进展:a 煤储层岩石物理研究取得重要进展;b 提出了煤层气藏的概念并依据我国的煤层气地质条件识别出几种主要煤层气藏类型;c 深化了对煤层气藏封闭保存条件的认识,充分认识到煤层气耗散对煤层气封闭保存的重要影响。d 对高煤阶煤层气藏研究有了突破性进展,突破了无烟煤勘探煤层气的禁区,获得了可观的煤层气地质储量;e 强化了低煤阶煤层气藏的研究;f深化了对煤层气藏不均一性的认识,初步揭示了煤层气藏不均一性的产生原因及其分布规律。     

煤层割理在煤层气开发中的试验研究

根据煤层割理渗透率的各向异性,采用垂直面割理和平行面割理两个方向布置钻孔抽放煤层气。测定研究表明:垂直面割理方向钻孔初始瓦斯抽放百米流量是平行面割理方向钻孔的1.2倍,衰减系数比平行面割理方向钻孔减少了53.7%。垂直面割理方向钻孔的抽放量在任何相应时期都大于平行面割理方向钻孔的抽放量。从而得出:垂直面割理方向钻孔抽放效果明显优于平行面割理方向钻孔,为探索提高煤层气抽放量找到了一条途径。     

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。     

煤层气直井氮气泡沫压裂参数分析及产能评价

压裂参数是决定压裂效果、影响裂缝特征与煤层气产能的重要参数,深入认识压裂参数对产能的影响规律,对于优化压裂工艺和提高煤层气井产能至关重要。以潞安矿区45口氮气泡沫压裂井为对象,分析压裂施工曲线的类型及其对产能的影响,探讨各阶段压裂液用量与产能之间的关系,并对比评价氮气泡沫与水力压裂井产能的差异性。结果表明：氮气泡沫压裂施工曲线可分为稳定型、波动型、上升型和下降型4类9型,下降型和稳定型压裂曲线对应的产能要高于波动型,上升型曲线对应的产能最差;总压裂液用量以800 m³为宜,前置液和顶替液用量分别为450 m³和8 m³,氮气注入量在5万m³左右最佳,而携砂液用量越大产能越高,氮气泡沫压裂液良好的携砂、造缝、沉降支撑性能是有助于提高产能的优势所在;整体上,就潞安矿区而言,氮气泡沫压裂井的产能明显高于水力压裂井,主要体现在高产井、中高产井的比例远大于水力压裂井,约61%的氮气泡沫压裂井具有较高产能,而水力压裂井为23%。氮气泡沫压裂技术在潞安矿区展示出的可观潜力,可为国内其他具有类似储层特征矿区的煤层气开发提供技术借鉴。     

基于煤层气高效开发的煤粉凝聚–沉降机制研究进展

大量低产低效井严重阻碍我国煤层气产业发展,其中,煤粉沉降导致的裂缝堵塞、管柱结块是气井稳产时间短、产气量降低甚至不产气的重要因素。系统梳理国内外煤层气井产出煤粉物质组成、生成机理、悬浮运移和产出控制等研究最新进展,总结煤粉凝聚–沉降及分散行为控制机理及关键问题,提出研究展望。煤粉问题伴随煤层气勘探开发全过程,涉及地质选区评价、工程压裂施工和排采管理控制的各个方面。煤粉包括因煤体结构破坏生成的原生煤粉和工程施工形成的次生煤粉,在气井产出中以有机碎屑和黏土矿物组成的混合物为主,部分样品黏土矿物含量高。煤粉悬浮运移受控于储层条件下煤岩结构和表面性质、nm~μm级煤粉颗粒的相互作用、有机质和黏土矿物的作用、通道内的气水流动等因素。煤粉能够适度稳定产出是排采管控的关键,涉及地层水环境对煤粉表面润湿性、表面电性和空间位阻效应的影响及作用机制,以及分散剂离子加入对煤层气的解吸和渗流能力影响等。围绕煤粉“黏附–润湿–凝聚–沉降全过程开展实验模拟”和“煤粉分散稳定性优化及流动实验”研究,以及煤粉理化性质精细表征、凝聚沉降机理分析和分散行为界定,提出适合煤粉稳定运移控制的流速,形成保持煤粉悬浮产出的基础性依据,为保障煤层气–水–煤粉稳定高效产出提供理论和技术支撑。