山西沁水盆地南部太原组煤储层产出水氢氧同位素特征

为了研究沁水盆地南部太原组15号煤储层及其顶板灰岩的含水特征及水动力条件,从沁水盆地南部柿庄地区采集了煤层气井排出水、矿井下的煤层水与煤层顶板灰岩水、地表水共51个水样进行氢氧同位素及主要离子浓度测定。结果表明：目前排采15号煤的煤层气井排出水是煤层水和煤层顶板灰岩水的混合水。15号煤储层和顶板灰岩裂隙含水层之间存在较强的水力联系,煤层在排水过程中接受灰岩水的大量补给。煤层顶板灰岩裂隙含水层封闭性较差,水在灰岩裂隙中径流速度较快。煤层顶板灰岩水表现出 18O漂移的特点,排采15号煤的煤层气井排出水既表现出 18O漂移特点,也表现出D漂移特点,而排采3号煤的煤层气井排出水则主要表现出D漂移特点。煤层气井排出水的δD和δ18O值都与矿化度TDS呈现出一定的正相关性,δD和δ18O值也可以作为判断煤层水径流条件的参考因素。     

赵庄区块地下水特征对煤层气开发的影响分析

为查明赵庄区块地下水运移、补给特征及其对煤层气开发的影响,采用地质分析与试验测试相结合的手段,对该区块地下水运移规律和煤层气井3号煤排采水来源进行了深入分析与研究,同时,结合区块内煤层气井生产实际,进一步分析了地下水对煤层气井产能的影响。结果表明:赵庄区块存在一条显著的地下水分水岭,分水岭北部地下水由南西向北东方向径流,南侧地下水由北向南方向径流,煤层气井3号煤排采水补给源主要为其顶板山西组砂岩裂隙含水层,排采水主要类型为Na-HCO_3型。3号煤层顶板以上的基岩中,砂岩比例高的区域,煤层气井产水量大,排采难度高;泥岩比例高的区域,气井产水量低,产气潜力高。研究结果利于该区块煤层气井排采和开发方案的制定与调整。     

马兰井田异常煤层气井的成因分析

通常煤层的含气量越高,对应的煤层气井开发潜力越大,然而受地质、工程、排采因素影响,高含气煤层气井也时有低产或不产气的状况发生,导致煤层气开发出现严重亏损。通过分析马兰井田内异常井(高含气不产气)的地质、压裂、排采特征,得出了其成因机理及提出了相应的改造措施:异常井具有高含气不产气、压裂曲线异常、异常高产水、水化学异常的特点,各异常特征存在因果联系;导致异常井高含气却不产气的直接原因是长期高产水,而根本原因钻井过程中造成了2号煤层与含水层的连通;针对异常井的成因,建议通过封堵2号煤层处的射孔,仅对8号煤层进行采气。     

山西兴县某区煤层气赋存与排采特征

根据兴县某区煤层气勘探井的钻探资料,对研究区煤层气的赋存特征进行了分析,认为山西组4+5号煤层、太原组8+9号煤层的厚度大、埋藏适中,含气量较高,成熟度属于中阶煤范围,构造位置以及水文地质条件有利于煤层气的勘探和开发。对6口勘探井的排采特征进行研究,结果表明研究区8+9号煤层具有较大的开采价值;断层对排水降压具有较大的影响。     

煤层气井排水采气理论与技术研究

排水采气是煤层气开发技术的重要流程,直接关系到煤层气井投资的成败。本文根据煤层气井排采原理,分析了煤层气的产出过程,介绍了煤层气单井排采和井网排采的原理,并根据排采过程中产能变化,将排采划分为排水降压阶段、产量稳定阶段、产量衰减阶段等三个阶段。影响煤层气井产能的主要因素有煤储层压力、煤层厚度以及煤储层渗透率等。通过煤层气井产能的数值模拟,可以对煤层气井进行产能预测研究。     

柿庄北区块深部煤层气产能特征及影响因素分析

为了解决沁水盆地南部1 000 m以深的煤层气产量普遍较低的问题,以柿庄北区块为研究重点,采用对生产数据综合分析的方法,对深部煤层产气特征、排采变化规律、不同产量的典型井生产动态进行了研究,提出了深部煤层气产能的关键影响因素。研究结果表明:深部煤层气日产气量多小于500 m3,见气时间为16~178 d,单排3号煤层的井动液面较低,合排3号煤和15号煤的动液面较高,井底流压1.70~2.59 MPa;影响产能的因素包括地质、工程技术以及排采3个方面,地质因素主要为煤储层渗透率较低、3号煤与15号煤合采或部分井距断层较近导致产水量较大,工程因素主要是部分井压裂未形成有效通道导致甲烷气体无法渗流,排采因素主要是指排采过程中停机频繁等导致排采不连续影响产气量。     

和顺区块煤层气井排采影响因素分析

结合和顺区块煤层气投产井地质条件、压裂效果及排采控制等特征,分析了影响该区煤层气排采的因素。结果表明构造复杂易造成压裂裂缝与断层沟通,干扰排采;生产煤层渗透率低、解吸压力低是该区煤层气排采的不利条件;15#煤层埋深较浅,产液量低影响煤层排水降压;压裂施工应控制裂缝形态,提高压裂效果,避开区域灰岩含水层对煤层越流补给;合理控制套压,缓慢控制流压,对扩大煤层气解吸范围,提高产气量十分重要。     

构造煤矿区煤层气井产气特征分析

为探讨构造煤矿区煤层气井产气效果不佳的原因,以平顶山矿区首山一矿煤层气井的地质资料和排采数据为基础,通过分析煤层气井排采曲线形态特征,并结合构造煤特点,探讨了构造煤矿区煤层气井的产气特征。结果表明:平顶山矿区首山一矿5口地面煤层气井整体产气效果不佳,其排采曲线具有明显的规律性,产气曲线和产水曲线具有"单峰"特征;构造煤煤体裂隙发育、强度低、渗透率低、应力敏感性强的特点是产气效果不佳的内因。排采过程中煤层暴露使产气通道渗透性迅速变差,最终造成5口井产气效果不佳。综合考虑上述因素,对构造煤矿区煤层气井排采提出相应的对策建议。     

寿阳区块煤层气井排采影响因素分析

通过对寿阳区块煤储层地质条件、煤层气井钻完井工艺参数及排采控制特征的分析,认为影响该区块煤层气排采的主要因素有:生产煤层渗透率低、临界解吸压力低、含气饱和度低;本区块主力煤层15号煤的顶板以灰岩为主,含有不规则的裂隙水,导致部分井产水异常;构造复杂易造成直井压裂裂缝或水平井水平段与断层发生沟通,导致煤层与外部水层发生连通而干扰煤层的排水降压;水平井钻井过程中使用的泥浆体系对煤储层造成一定伤害,部分直井压裂后未及时返排并长时间未投入排采,压裂液长期浸泡煤层;因各种原因造成频繁的排采中断。针对这些主要影响因素,提出了针对性建议。     

晋城成庄井田煤层气直井开发后煤层底板突水危险性评价

以晋城矿区成庄井田为依托,分析煤层气开发后煤层底板岩石破裂压力、地应力、煤层底板含水层水压和隔水层有效厚度等条件,建立了煤层气开发后煤层底板突水危险性评价理论与方法,揭示煤层气直井开发对煤炭开采底板突水影响机制。研究结果表明:煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压使煤层底板隔水层形成贯通的破裂,如果隔水层中的最小水平主应力大于承压水的水压,从应力方面,就不会发生突水,如果相反,就会发生突水;煤层气井煤层底板完井深度和采动矿压与承压水的水压未能使底板隔水层形成贯通的破裂,开采煤层承受的水压与煤层到主要含水层间有效隔水层厚度之比,决定了煤层底板突水危险性。根据煤层底板隔水层岩石破裂压力、水压和水压与隔水层厚度比值等关键参数,将煤层底板突水危险性划分为安全(Ⅰ)、中等安全(II)、安全性差或有危险(III)和安全性极差或极有危险(Ⅳ)4类。成庄井田太原组15号煤层距奥灰含水层间距小,且变化大,煤层气垂直井开发后煤炭开采受奥灰水威胁。如果9号煤层气完井深度与煤炭开采底板破坏深度15 m相同计算,煤层底板突水危险性主要为中等安全,仅在深部存在突水危险性;煤层气开发后3号煤层开采过程中不会发生底板突水。     

沁水盆地南部柿庄地区煤层气U型水平井低产原因分析

本文基于柿庄地区煤层气水平井资料,从地质、工程、排采三个方面系统分析水平井低产原因,认为断层沟通含水层、煤体结构破碎,邻井压裂沟通含水层、井眼轨迹上倾、排采速度过快、排采时效低为区内煤层气水平井主要低产原因。通过水平井低产原因分析,为该区煤层气勘探开发提供依据。     

基于随机森林算法的煤层气直井产气量模型

煤层气产量评价和预测是煤层气开发工程决策的关键基础。随机森林算法具有计算量小、精确度高的优点。影响煤层气井产能的参数包含地质参数、工程措施和排采工艺参数。煤储层地质参数分为动态参数和静态参数两个部分。静态地质参数由煤层的本质属性决定,如:煤层埋深、煤层厚度、地应力等;动态地质参数在排采过程中发生动态变化,如储层压力、渗透率等。排采工艺参数多为动态参数,主要受人为调控,如井底流压、套压、动液面深度、冲次、冲程等。当煤层气井完成选址、钻井、水力压裂等条件进入生产阶段,排采工艺参数对其产量影响至关重要。基于随机森林算法,分析了沁水盆地郑村区块15号煤层8口煤层气井的地质参数和排采工艺参数对产气量的影响,计算得到了排采工艺参数对煤层气井产气量影响的重要性指标排序,即流压套压动液面冲次冲程埋深。将煤层气井最近60 d的生产数据作为产气量预测的测试样本,其余历史生产数据作为学习样本。学习样本经过缺失值处理、异常数据处理后,输入至R语言中,利用随机森林算法对历史产气量进行拟合分析。综合考虑排采工艺参数和历史产气量的动态变化对煤层气井后续日产气量的影响,建立了煤层气井的产量模型。依据随机森林算法的分枝优度准则,预测了不同排采方案下的煤层气井日产气量,将预测值与测试样本进行对比分析。结果显示,日产气量预测值中95%以上的数据与实际产量数据(测试样本)的误差小于5%,这说明基于随机森林算法的煤层气直井产量模型具有较高的拟合及预测精度,为煤层气井产能评价和预测提供了借鉴。     

三交区块水文地质条件对煤层气富集高产控制作用

为了研究水文地质条件与煤层含气性及煤层气产能之间的关系,基于三交区块煤层气井产能在水平上和垂向上存在显著差异,通过对该区水文地质特征进行深入剖析,探讨了其对煤层含气性及气井产能的影响,揭示了水文地质条件对煤层气富集高产的控制作用。研究结果表明:区域上,研究区中南部碛口一带地下水活动弱、矿化度高,为煤层气富集高产的优势区域,具有高含气量、高产气量、低产水量、短排水期的特点;垂向上,山西组地层水较太原组矿化度高,水动力弱,更有利于煤层气富集高产,导致3+4+5号煤层较8+9号煤层含气饱和度高、产气量高、产水量低、排水期短,此外,8+9号煤层顶部灰岩含水层与断层相互作用,不利于煤层气的富集和高产。     

沁水盆地寿阳勘探区煤层气井排采水源层判识

煤层气井水源层判识,对于单井排采动态诊断、优选作业井层和制定科学的压裂方案均具有重要意义。针对寿阳勘探区煤层气井高产水问题,开展了区域水动力场和能量场、煤系砂岩和灰岩含水性、目标煤层围岩岩性连井对比、井筒与煤层围岩含水层连通关系以及典型煤层气井水源层剖析等方面的研究。研究表明,区域水动力场和煤层渗透率是煤层气井平均产水水平的决定因素,而煤层气井产水量的井间差异主要受控于单井波及范围内局部地质工程因素(断裂、压裂缝类型和高度及岩性组合),水力压裂缝是除断裂外煤层与围岩含水层沟通的一种方式。通过综合分析,本文取得的结论是,煤系砂岩是寿阳勘探区煤层气井的主要水源层,太原组灰岩对排采的影响有限。建议在煤层气开发井层优选和压裂方案设计时,重点考虑目标煤层与砂岩含水层的垂向组合关系。     

屯留井田煤层气井排采主控因素研究

为提高煤层气井的产能,分析煤层气排采机理和排采阶段,并从地质构造、顶底板岩性、压裂液及井网部署等方面,探讨影响屯留井田煤层气井排采的主要因素。研究认为褶皱对煤层气井的排采效果影响较大,裂隙和顶底板也对煤层气排采有一定影响;采用压裂工艺对煤储层强化改造中,活性水+氮气压裂液体系助排效果优于活性水压裂,而清洁压裂液助排效果最差;研究区煤储层特征决定了屯留井田煤层气井难以获得高产量,但可能产气时间较长。同时研究认为,研究区煤层气井井网宜采用排间距200 m×250 m的小井网结构,且井位布置应与主裂缝延伸方向(东北方向)平行。     

煤层气排采井的生产管理

本文在阜新刘家煤矿L1～L3等8口煤层气井的射孔工作和这些煤层气排采井的生产管理的基础上，结合煤层气开采现场的实际运作过程以及石油开采行业的管理经验，主要介绍了煤层气排采井设备配置、生产管理内容、部分安全知识等。     

寺河井田穿煤柱下组煤煤层气水平井钻井技术研究

下组煤煤层气超前预抽已成为煤矿区煤与煤层气共采的重要任务。以寺河井田为例，通过分析3号煤层采动卸压后下伏岩层应力分布、裂隙演化及渗透率变化规律，研究了通过地面抽采下煤组煤层气降低瓦斯含量的可行性，开展了下组煤地面煤层气抽采井位部署方法、钻井技术工艺及关键排采技术等研究。结果表明：下组煤15号煤层渗透率增加约2.20倍，有利于15号煤层进行地面煤层气预抽；根据煤层气开发工程要求，按照地面井下综合分析的方法，优化部署了穿煤柱下组煤水平井煤层气抽采井位，设计了三开钻井井身结构，优化了井眼轨迹设计及钻井轨迹控制技术，研究了不同钻井层段的钻井液体系、裂隙发育段堵漏及分级固井工艺等钻井技术；为有效减少L型水平井排采中管柱磨阻，采用“大井扶斜正+双保接箍防偏磨+导向器降扭矩”工艺。所实施的穿煤柱下组煤水平井，最高日产气量9522 m³,14个月内累计产气量220万m³,产气效果理想，证明了技术工艺的可行性。     

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。     

煤层气赋存特征及其参数井与排采井设计

以勘查区地质特征为基础,分析了煤层埋深、煤层厚度、煤层含气量、甲烷风化带、渗透率、煤体结构等煤层气赋存特征,为参数井与排采井设计提供了设计依据,根据井位部署原则,对参数+排采试验井进行了选位及选型,然后设计了钻井工程,煤层气抽采试验井采用大位移定向套管射孔完井,先进行直井钻井,一开下套管固井、二开钻穿煤层,然后三开进行定向井施工,钻穿煤层30 m完钻,下套管固井,水泥返至地面。并分析了井身结构、井身质量要求、钻井主要设备及钻具组合、钻井液方案及井控技术与煤储层保护要求。研究为煤层气区块的定量化排采提供技术支持。     

柿庄南区块煤层气高产潜力井低产因素分析

为了研究柿庄南区块部分煤层气高产潜力井产气效果不佳的原因,通过分析煤层煤体结构和顶底板特征,结合水力压裂效果分析,并与高产井排采制度对比,分析总结了典型井低产原因。结果表明:水力压裂效果直接影响煤层气井产能,在改善煤储层渗透性的同时也可能沟通含水层造成煤层气井低产;在排采初期的单相排水阶段和两相流产气上升阶段,排采制度的不合理也是造成高产潜力井低产的重要原因,这2个阶段排采制度的合理控制会对未来整个产气过程产生影响;控制裂缝高度和压裂规模以避免穿透隔水层,最大限度使裂缝在煤层中深远扩展,同时合理制定排采制度,是煤层气增产潜力井二次压裂改造后长期高效开发的关键。