沁水盆地柿庄区块煤层气井排采动态影响因素分析及开发对策研究

柿庄煤层气区块呈现"见气井数量少,单井产量低"的开发现状。为研究该区块煤层气井排采动态的影响因素,提出有效的煤层气开发对策,通过提取柿庄区块59口煤层气井排采动态典型指标,分析该区块煤层气井排采动态特征,同时研究断裂构造、压裂缝类型和煤层顶底板岩性组合对煤层气井排采动态的影响,并据此提出了合理的开发对策。研究表明:柿庄区块部分煤层气井产水过高对产气效果起抑制作用,过高的产水量主要是由外源水补给造成的。断裂构造易沟通煤层顶底板含水层,导致煤层气井高产水难产气或不见气;煤层发育的压裂缝中,水平压裂缝提高单井产气量效果差,而直立压裂缝在顶底板岩性组合有利时能有效提高单井产气量,反之则易沟通含水层导致产水量增加。柿庄区块煤层气开发在井位优选时,应重点选择在远离断裂构造、发育直立压裂缝且顶底板岩性组合好的煤层气富集区内部署井位;在多煤层合采时,应注意避免排采潜在的高产水煤层,保证煤层气有效产出。     

煤层气井组产能差异的排采控制效应

通过研究沁水盆地南部某典型煤层气井组排采表征参数的差异性及其对产能变化的控制作用,采用灰色关联分析定量评价各排采表征参数对产能控制的重要性。结果表明:平均产水量、初见气时间、初见气累计产水量与气井产能具有很好的负相关性,而初见气井底流压则表现为正相关;初见气井底流压对气井产能的影响最大,其值反映井控煤层气资源条件,是指示气井产能的重要排采表征参数;而外来水体补给煤层是造成井组内部分气井初见气时间长、平均产水量大、初见气累计产水量大以及产能低的根本原因。     

沁水盆地寿阳区块煤层气井产水差异性原因分析及有利区预测

沁水盆地寿阳区块多数煤层气井在排采过程中呈现出"高产水、低产气"的特点,较高的产水量严重制约了煤层气单井产能。为此,基于该区64口煤层气井的排采动态资料和相关的地质、钻井及压裂资料,从断裂构造、压裂缝类型和煤层顶底板岩性组合三方面综合分析了煤层气井产水差异性的原因,并据此提出了"避水采气"层次分析方法,预测了该区"避水采气"的有利区。研究认为,该区煤层气井产水差异性主要存在两大原因:(1)部分煤层气井位于断层附近,断层沟通了煤层顶底板的砂岩含水层,导致单井产水量较高;(2)区域地应力类型决定了该区煤层在压裂过程中会产生垂直压裂缝,其压穿岩性组合类型较差的煤层顶底板,从而沟通含水层导致单井产水量较高。结论认为:(1)煤层气生产过程中应进行"避水采气"有利区预测,其层次分析步骤为"一看断裂构造,二看应力类型,三看岩性组合";(2)该区块西部、东北部和中北部为煤层气开发的"避水采气"有利区。     

沁水盆地寿阳区块煤层气排采动态成因机理及排采对策

以寿阳区块的静态地质资料和动态排采资料为基础,分析了寿阳区块的排采动态特征并从系统分析观和地质因素2个方面解释了排采动态的成因机理,提出了寿阳区块的排采对策。研究表明:寿阳区块排采动态呈现出单井产水量高,产气量低或不见气的特点,合层排采井的典型日产水量大于单采井产水量之和,表现出“1+12”的现象;典型日产气量与典型日产水量呈现负向包络关系,高产水对产气有抑制作用;造成寿阳区块煤层气井高产水的原因有2个,一是寿阳井筒—排采煤层系统为开放系统,断裂或压裂缝沟通煤层上下的含水层,造成煤层气井低效降压;二是寿阳区块煤系地层中分支河道砂体发育,且因该区发育的断裂多为高倾角断裂,当多层合层排采时,断裂沟通含水层的概率大大上升。因此,在培育高产气井时,首先要避开断层开放型系统,远离断层,其次是避开垂直压裂缝压穿型系统,因寿阳区块煤层更易压裂,故压裂时要适当降低前期采用的压裂规模,针对具体井层,需根据顶底板隔水层的厚度,保证在不压穿顶底板隔水层的前提下,优化压裂规模,以实现在规避围岩含水层不利影响的条件下最大程度地改善煤储层的渗透率。     

中高阶煤试验区煤层气井排采技术

煤层气井排采是煤层气田勘探开发的关键环节。通过对和顺等3个试验区40口煤层气井排采工作的摸索和试验,总结出"五段制"排采工作制度,优化了排采设备、筛管深度、捞砂、捞煤粉等工艺技术。这些技术为煤层气井的现场排采提供了技术保障。截至2011年6月,和顺等3个试验区块均获得煤层气工业气流的突破,延川南煤层气田已进入产能建设阶段。     

上部含水层对煤层气开发效果影响的数值模拟研究

煤层气气井通常需要通过水力压裂才能实现建产。沁水盆地M区块一些煤层气气井产水量明显高于周围其他气井,存在不产气或低产气的特殊情况。由于水力压裂缝在煤层纵向上的穿透距离具有一定的不确定性,压裂过程中易将顶板砂岩水层压窜,导致气井生产动态与周围正常状态下的煤层气井差异大。为了解决这个问题,在研究工区煤层地质特征和区块顶部砂岩含水层的地质特征基础上,建立了煤层+顶部含水层的三维地质模型,应用数值模拟技术量化分析了顶板含水层对煤层气井生产状况的影响程度。综合结果表明：1)M区块15^#煤层顶板以上0～20 m距离发育的含水砂岩可能是一些煤层气井产水量异常大的主要来源。如果该砂层平均孔隙度大于5%,距离煤层10 m附近有较大产水异常风险。2)排采情况及数值模拟结果表明,15^#煤层顶板含水层对煤层压裂改造及降压解吸影响较大,对于煤层顶板距离含水层较近的井,可考虑进行工艺改进,释放15^#煤层气产能。3)考虑了顶板含水层影响的煤层气数值模拟模型,可模拟部分气井压窜上部含水层的异常生产情况,显著提高研究区块数值模拟的历史拟合精度,提高剩余气...     

沁南潘河煤层气田生产特征及其控制因素

沁水盆地南部潘河煤层气田具有煤级高、产水量少、煤粉多、产气量高等特征,研究其排采规律,建立适合该气田特征的排采理论,已成为当务之急。遵循吸附解吸渗流、排水降压产气的煤层气基本理论,以潘河先导性试验井的排采数据为基础,对不同生产阶段的生产动态参数进行统计分析,全面研究该煤层气田煤层气井产水量、产气量、压力变化特征及其控制因素。结果表明：潘河煤层气田单井产气量高,多数井的产水量几乎为零,气井保持较高的井底流动压力,煤层气井具有良好的持续稳定的产气能力;在原煤层气生产划分的单相流、非饱和单相流动和两相流动３个阶段之后增加了饱和气体单相流阶段;达到单相饱和气体产出阶段时间（只产气不产水）一般需1～2年,开始进入产气高峰需要2～3年;向斜部位煤层气气井不仅产气量偏高,同时也大量产水,这对井网整体降压具有显著的贡献作用;煤层气井的钻井完井、增产压裂技术和排采技术对煤层气生产也有影响,氮气泡沫压裂井返排时间短,压后快速产气并能保持稳定高产。     

鄂尔多斯盆地保德区块煤层气富集区高产水井排采效果剖析

鄂尔多斯盆地东缘保德区块煤层气富集区高产水井的产气效果差异大,为了提高煤层气的产气效果,有必要确定产出水来源,划分高产水井类型、明确有助于产气的高产水井特征。通过分析保德区块煤层气富集区内500余口煤层气井,首先确定该区煤层气富集区高产水井的分布特点及产出水来源,划分出富集区两类高产水井,其中第一类高产水井为有效贡献井;然后利用生产数据分析、测井模型计算及煤层气数值模拟等方法,剖析富集区第一类高产水井案例,明确了采出水不仅来自其煤层及顶底板水,同时还有邻井的煤层及顶底板水汇聚,验证了低构造部位高产水井的长期排采,有利于周边相对高构造部位井的排采降压。结论认为,富集区第一类高产水井产水来源仅来自煤层及顶底板,埋深小于1 000 m、远离供水区、位于构造相对低势点,虽然产水量大,但对于相邻井的排水、缩短见气时间、提高面积降压效果、形成井间干扰及扩大解吸范围发挥了重要的积极作用。该研究成果可为煤层气井高产水原因分析、优化井位部署以及关于高产水井停止或继续排采等生产决策提供参考。     

煤层气井产水影响因素及类型研究——以沁冰盆地柿庄南区块为例

为了探讨煤层气井产水的来源,以柿庄南区块为研究对象,重点分析了煤层气井产水影响因素,通过提取典型日产水量与日产气量的指标,分析柿庄南区块X-1井区的产水特征。研究表明:(1)外源水是造成煤层气井高产水的主要原因,含煤岩系中的孔—裂隙系统、断层及压裂缝为水源提供了运移通道;(2)柿庄南区块X-1井区煤层气井典型日产水量与典型日产气量具有明显的负相关关系,排采煤层内源水的煤层气井典型日产水量主要为2~7m~3/d,而排采外源水的煤层气井典型日产水量7m~3/d以上,其中43.8%高产水井典型日产水量大于14m~3/d,难以有效降低煤储层压力,制约煤层气井的产气潜力;(3)基于对煤层气井产水来源和补给通道的分析,提出了构造低幅汇水型、天然裂隙(断层)导通型、自然天窗渗透型、岩溶陷落柱导水型和压裂造缝沟通型等5种产水类型,指明了各种产水类型的识别和预测方法,为煤层气井产水量的预测和高效排采制度的制定提供依据。     

延川南煤层气田高产水煤层气井排采设备选型方法研究

为了深入研究延川南煤层气田高产水煤层气井排采设备选型方法,提高排采设备适用性,降低成本,提升产气水平,首先研究了高产水井分布规律及其成因,然后以达西定律为理论基础,提出了高产水煤层气井排采设备选型方法。经现场验证,该方法准确性及实用性高,再经合理的排采控制,高产水煤层气井能够获得较好的产气效果。     

潘河煤层气试验区产能影响因素分析

煤层气生产过程中，为了掌握其生产动态，提高煤层气井的产能，有必要对煤层气产出特征进行综合分析，总结其变化规律，确定影响产能的主要因素。以潘河煤层气生产试验区的实际排采资料为基础，从煤层气的运移机理以及产出特征出发，利用对比、统计方法，综合分析了生产各阶段气、水产量变化趋势及其主要控制因素，把区内煤层气产出曲线划分为3种特征类型：高产-低产-高产、中高产-高产、高产-低产，其中高产-低产-高产曲线类型为主要特征类型。研究结果表明：煤层含气量、构造、煤层埋深、储层裂隙发育特征等是影响煤层气产能的重要因素，含气量、煤层埋深则影响生产曲线的阶段特征，裂隙发育的地区往往是高产井分布区，向斜部位的井对于井网的整体排水降压具有重要的意义。     

延川南地区2号和10号煤层分压合采的可行性研究

鄂尔多斯延川南地区发育低渗、多层煤层气藏,主力煤层为2号和10号煤层,分层压裂合排采气（以下简称分压合采）是制定开发规划时的首选方案之一。基于延川南地区煤层气井的实际生产资料,并结合煤层气井的产气特点,论述了延川南地区2号和10号煤层分压合采的影响因素及可行性,研究认为,煤层压力与压力梯度、解吸能力、层间距、上下围岩岩石性质、水文地质条件、原始渗透率及压裂后渗透率等是分压合采提高煤层气井产能的控制条件。最终,提出了该地区2号和10号煤层分压合采适合基本地质条件,优选了有利区域。     

沁水盆地成庄区块煤层气成藏优势及富集高产主控地质因素

成庄区块是沁水盆地煤层气开发最为成功的区块之一。为了指导相似地质条件的煤层气区块的勘探开发,基于大量的勘探开发实践数据,利用数理统计、室内实验、测井解释、构造解析、数值模拟及递减分析等方法,系统开展了该区块煤层气成因、成藏条件及产气规律等方面的研究。研究表明：该区具备构造简单、煤层展布稳定、埋藏深度浅、有机热成因气、含气量高、渗透率高等优越的成藏条件;该区高产井比例高（占总井数47%）,具有单井平均产量高（介于4 000~7 000 m³/d）、采收率高（预计采收率为55.1%）等产气特征。进一步分析了富集、高产主控因素的控气作用机理,结果认为：构造热事件提高生气能力,改善了物性,封盖条件与水动力优势配置,利于煤层气富集;张性水平应力分布区及煤矿卸压应力释放区的煤储层渗透率高,利于储层高产。     

煤层气排采局部水动力场模式及其意义——以鄂尔多斯盆地东南缘为例

煤层气排采形成的局部水动力场是对原始水动力场扰动的结果,开展局部水动力场模式及其对排采效果影响的研究对于指导煤层气排采井层的优选具有重要意义。鄂尔多斯盆地东南缘某煤层气田煤层气井排采动态表现差异很大,考虑不同排采井所处构造位置和原始水动力场背景,识别出了煤层气排采引起的3种局部水动力场模式,即有效扰动型局部水动力场、含水层入侵型局部水动力场和淡水补给型局部水动力场。在有效扰动型局部水动力场中,排出水为煤层水,煤层气井表现出见气快、产气量高等特点;在含水层入侵型局部水动力场和淡水补给型局部水动力场中,排出水有部分甚至大部分来自于邻近含水层或近地表的淡水,属无效排水,煤层气井表现出见气晚、产气量低等特点。在局部水动力场模式的指导下,对断层附近的排采井要避免射开邻近强含水层的煤层,同时,排采井的井位应避开近地表淡水补给区。     

煤层气井合理放气套压的确定及其应用

煤层气井提产阶段和稳产阶段需要确定合理放气套压,才能够获得稳定的气流补给。根据煤储层启动压力梯度、渗流理论和煤层气开发地质理论,构建了煤层气井憋压阶段套压变化的数学模型;利用沁水盆地大宁区块的煤层气勘探开发资料验证了该模型的准确性,并分析了放气套压差值对平均日产气量的影响规律。模型计算结果与现场数据吻合较好时,煤层气井的产气量较高;当计算出的放气套压与实际放气套压的差值小于等于0.15 MPa时,煤层气井稳产期的产气量能达到1 000 m3/d以上;大于0.15 MPa时,需要降低产气量来维持其稳定性。研究结果表明,日产气量随实际放气套压与计算值之间差值的增大呈幂函数减小,建立的煤层气井憋压阶段合理放气套压数学模型可为现场排采控制提供理论依据。      

“双环三控法”在煤层气井智能排采中的应用

目前煤层气井的排采主要依靠人工调节控制来完成,这使得在产水、产气初期很容易对气井控制不及时,造成应力闭合、煤粉堵塞、地层气锁等伤害,从而影响气井产量。为此,针对煤层气井排水采气周期长、临界解吸压力不易控制、液面波动对气量影响大等排采难点,提出了"双环三控法"排采控制策略。该控制策略以控制动液面为核心,通过对套管压力、流动压力的双闭环控制以及控降液、控流压及控套压等3种控制策略,实现了煤层气井从降液、解吸至产气等不同阶段的智能排采控制。进而基于经典的"双环三控法"控制原理(以变频控制技术为主),采用现代ARM控制技术,研发了一套煤层气井智能排采控制装置,实现了对煤层气井井底流压和井口套压的双闭环控制。在中国石油华北油田公司2×10~8 m~3煤层气产能建设中的应用效果表明,运用该控制系统,排采设备能够在不同的排采阶段自动实现智能调整参数和安全生产,节约了劳动力资源,降低了煤层气井排采成本,使煤层气勘探开发更加智能化、精细化和安全化,具有良好的推广应用价值。     

高煤阶煤层气井单相流段流压精细控制方法——以沁水盆地樊庄—郑庄区块为例

目前已有的煤层气井排采控制技术未考虑煤层供水量变化的影响,抽油机冲次调节有效性差,调节频繁且容易造成流压波动,使储层受到伤害。为此,针对沁水盆地樊庄—郑庄区块下二叠统山西组3号煤层,基于煤层产水规律的井底流压控制方法理论推导,通过研究煤层气井处于单相流段时煤层的产水规律,以及煤层气井抽油机系统的排水规律,确定了井底流压的精细控制方法,并进行了现场试验。结果表明:(1)煤层气井在单相流段,随着井底流压的降低,日产水量呈线性增加,其斜率由于储层物性存在差异而有所不同;(2)研究区新投产井抽油机系统理论排水量与实际排水量呈线性关系,排量系数为0.888,单相流段煤层气井日产水量与抽油机冲次呈正比;(3)通过现场试验确定合理的日降压幅度下抽油机冲次与累积生产时间趋势线的斜率和截距,在气井排采时只要确保抽油机冲次随着累积生产时间的增加严格按该斜率线性增加,就可以保证实际日降压幅度等于合理的日降压幅度。结论认为,该方法实现了煤层气井处于单相流段时对井底流压的精细控制,对于煤层气井实现高产具有指导作用。     

保德区块煤层气勘探历程与启示

主要根据地质认识转变、技术发展、钻井数量、勘探成果与产气量,将保德区块煤层气勘探历程划分为4个阶段。对外合作勘探评价阶段,水平井型排采8+9#煤层,产水量大、排液降压困难;井组试采评价阶段,丛式井组合层排采4+5#煤层和8+9#煤层,排水采气效果显现;勘探开发一体化先导试验阶段,优选富集区井网面积降压试采,获得高产突破;大规模开发与滚动扩边评价阶段,有利区规模建产及复杂区滚动扩边勘探,实现年产气量5×10⁸ m³。以地质认识进展和勘探成果为依据,总结了保德区块低阶煤层气气源成因、成藏模式与“甜点”评价对于勘探开发的启示,提出低阶煤层气“热成因气为主、生物成因气补充”、“水动力控气、单斜缓坡成藏”理论,建立低阶煤层气富集“甜点”评价指标体系。以期对低阶煤层气勘探工作具有启迪意义。