延川南区块煤层气井高产水成因分析及排采对策

为了解鄂尔多斯盆地延川南区块煤层气井高产水的成因及高产水对煤层气井产能的影响,对延川南区块内煤层气的地质条件、压裂施工情况以及不同产水量煤层气井生产特征进行了分析研究,探讨了延川南区块高产水特征形成的原因,确定了高产水煤层气井的排采方法。结果表明,压裂缝的缝高过大,沟通了二叠系下统下石盒子组砂岩裂隙含水层组,是导致延川南部分煤层气井产水量过大的主要原因;高产水会造成实际见气储层压力比临界解吸压力低,降低了煤层气井产能。高产水煤层气井的排采难度大,需要选择合理的排采设备,在气井产气之前井底流压要平稳、快速下降,使煤层气井尽早见气,见气之后适当放缓排采速度。该排采方法在高产水煤层气井进行了应用,排采效果较好。      

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。     

郑3X煤层气井绒囊流体重复压裂控水增产试验

郑3X煤层气井水力裂缝沟通含水砂岩层,导致了气井高产水、低产气。为此,利用绒囊流体封堵含水砂岩层和原缝,重复压裂压开新缝,降低气井产水量,提高产气量。室内测试结果表明,绒囊流体暂堵煤岩裂缝承压能力21 MPa,降低砂岩水相渗透率52.67 %,伤害煤岩基质渗透率恢复值87 %,满足转向压裂和堵水的性能要求。现场配制密度0.85~0.95 g/cm3、表观黏度40~60 mPa·s的绒囊流体80 m3。当绒囊流体成功封堵含水砂岩层和原缝后,再利用活性水进行压裂。排采结果表明,重复压裂后排水期和产气期的产水量分别降低79%和68%,而产气量提高44%,表明绒囊流体在郑3X井控水增产试验成功。绒囊流体具有良好的封堵能力和控水性能,能够实现水侵煤层气井堵水压裂一体化作业,提高煤层气开发效果。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

煤层气井排采水源分析及出水量预测——以鄂尔多斯盆地东缘韩城矿区为例

煤层排水降压是加速煤层气解吸的关键,查明排采出水水源并对出水量进行有效预测将有助于煤层气开发方案的合理制定。为此,利用排采、测录井等资料,基于动态刻度静态、静态预测动态的思想,通过对煤层气井排采水源和出水量的综合分析,选取煤层气井与断层之间的距离、相对构造幅度、煤层及其顶底板的含水级别这4个评价指标作为煤层气井排采出水量的主要影响因素,得出煤层气井排采出水量的预测模型,并以预测结果划分出研究区煤层出水量平面分布特征。综合评价结果认为:煤层气井排采水源来自于近断裂带、构造低幅度区、顶底板砂岩及煤层自身,出水量大的井多靠近断裂带、构造低幅度区,或存在顶底板厚层砂岩含水层,而煤层自身含水量较小;研究区5号煤层南部和北部及中部韩3-2-025井区出水量较大,呈现沿断裂带、构造低幅度区及顶底板厚层砂岩区出水量增大的趋势,与实际排采产水量吻合较好。     

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。     

煤层气排采远程自动控制平台的建立与应用

数据的远程监测已在煤层气井排采中得以应用,尽早实现煤层气井排采制度的远程调节和自动控制,对有效降低生产成本和提高煤层气井的精细化排采水平都具有重要意义。根据煤层气井生产动态特征,对排采远程控制技术进行了整体设计,结合自动化监控仪器仪表的特点,将煤层气井自动化排采分为见套压前、憋套压、初始产气和产气4个阶段,对煤层气井排采各阶段自动控制逻辑和方法进行了研究,开发了自控程序并将其嵌入现场控制终端,首次实现了对煤层气井产气量和产水量的自动精确调节,并率先采用了产气量和产水量联动控制的煤层气自动排采方式。结合生产网络和远程平台系统,通过远程制定下发排采指令,控制终端执行并反馈,实现了煤层气井排采远程自动控制。在陕西韩城地区的现场实践结果表明,自动控制平台的建立与应用有助于提高煤层气井精细化排采水平,从而实现煤层气井的连续、稳定排采。     

基于氢、氧同位素的煤层气合排井产出水源判识——以黔西地区比德—三塘盆地上二叠统为例

有效的排采水源识别是煤层气多层合排诊断的重要举措,而水中稳定同位素是水源信息的指示计。黔西上二叠统发育多煤层,煤层气开发以直井多层合排为主,不同产层组合下产能效果差异显著,产出水来源得不到有效判识。为此,基于黔西比德—三塘盆地11口煤层气井产出水样品的定期采集,对产出水样、矿井水样和地表水样共计38个样品开展同位素地球化学测试,结合煤层气井生产数据,揭示了研究区产出水氢、氧同位素组成特征及其排采水源判识意义:基于研究区大气降水线方程,煤层气井产出水氢、氧同位素组成普遍显现D漂移特点,封闭型水中氢、氧同位素偏重,水-岩作用反应强烈;区分了典型高产井和典型低产井,低产井受制于表层水干扰,产出水表现为氢、氧同位素组成较轻且D漂移不明显,而高产井产出水以同位素组成较重、D漂移明显为特点。建立了反映产出水D漂移程度的参数,其数值与平均日产气量正相关而与平均日产水量负相关。结合Cl~-、Na~+离子浓度,建立了基于产出水地球化学特征的排采水源判识模板,区分出表层水、煤层水和压裂水3类水源,气井只有产出煤层水才能获得较高的产能。黔西地区比德—三塘盆地上二叠统上部含气系统由于容易受表层水干扰,排采条件欠佳且与中、下部含气系统兼容性差,建议优先开发中部和下部含气系统。     

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。     

低产液煤层气井的维护管理探讨

煤层气井排呆一段时间后,日产液量会逐渐降低,整体呈现前高后低的特点。低产液井较高产液量井,管理难度和复杂性有所增加。由于油管内液体流速较小,不能有效携带液体中的砂粒、煤粉等固体杂质,易发生出液不正常甚至躺井检泵的情况,从而中断煤层气排采的连续性。煤层气井排采连续的中断,会使煤层的流压、渗流通道等发生变化,易导致煤层产气能力下降。分析总结了低产液量煤层气井排采过程中出现的相关问题,提出了相应措施,以保持排采的连续性。     

影响煤层气井产量的关键因素分析——以沁水盆地南部樊庄区块为例

研究了沁水盆地南部樊庄区块煤层气投产井地质特征、压裂增产工艺、生产状况及排采技术等,分析了影响煤层气单井产量的关键因素,并讨论了提高煤层气井单井产量需要关注的问题。研究结果表明,煤层气高产井通常临界解吸压力与地层压力的比值较高,压裂施工时加砂量、用液量高;采用变排量施工工艺,控制裂缝形态,可提高压裂效果;特别是煤层气产出表现出“气、水差异流向”规律：构造高部位利于产气,构造低部位利于产水。在煤层气开发中,必须保证科学的排采制度,坚持“缓慢、长期、持续、稳定”的原则,排采早期保证液面稳定缓慢下降。在产气阶段,要保持合理套压,排采制度切忌变化频繁,避免由于煤层压力激动造成煤层坍塌和堵塞。     

煤层气井排采液面-套压协同管控——以沁水盆地樊庄区块为例

以樊庄区块煤层气开发直井排采管控为研究实例,以排采工程数据为主要依据,探讨各排采控制阶段流体流动形态与煤储层伤害机制,揭示排采液面-套压协同控制过程,并基于煤层气井排采曲线分析和高产气井排采参数统计,获得排采液面-套压协同控制指标。研究结果表明,樊庄区块煤层气井需经历"以液为主-气、液混合-以气为主"的排采控制过程以及排水降液面阶段、憋压阶段、产气量上升阶段、稳产阶段和产气量衰减阶段5个排采控制阶段,其中,排水降液面阶段、憋压阶段、产气量上升阶段是流体流动形态转变和储层伤害的易发阶段,也是排采管控的关键阶段。排水降液面阶段以日产水量为控制参数,以井底流压为评判指标,采取缓慢、长期的排采原则;憋压阶段以日产水量和套压为控制参数,以憋压、稳定动液面的方式实施管控;产气量上升阶段采取适当憋压、提升动液面的控制原则,保持套压高于0.2 MPa,控制日产水量缓慢降至0.2~0.5 m³,使动液面深度回升至煤层中部以上10~50 m;稳产阶段需适当憋压,稳定动液面在煤层以上,并维持排采作业稳定;产气量衰减阶段尽量避免较大幅度的排采制度调整,使产气量、产水量平稳下降。     

薄—中厚煤层群煤层气井高产的地质与工程协同控制技术——以贵州织纳煤田文家坝区块为例

中国西南地区煤层气资源量十分丰富，且主要赋存于上二叠统煤系薄—中厚煤层群中，贵州地区虽然有近10年的煤层气规模化试采与探采工程实践，但仍存在低产井、低效井比例偏高的问题。为了推进贵州地区薄—中厚煤层群煤层气高效探采工作，在系统梳理织纳煤田文家坝区块地质条件、煤储层特征、开发工艺与开发效果基础上，分析了煤层气井高产及井间产气差异的地质控制因素，探讨了地质适配性分层压裂与合层排采技术。研究结果表明：(1)薄—中厚煤层群具有埋藏浅、含气性好、渗透率较高、储层压力欠压—正常的特征；(2)煤层气井高产既受阿弓向斜轴部构造应力集中、水力封堵作用下煤层气富集影响，同时也与浅埋藏条件下煤储层原始渗透性较高有密切关系，区内断裂构造与水文地质条件共同导致了丛式井组内井间产气效果差异；(3)应根据丛式井压裂煤层靶点间距及导水断层距离合理控制水力压裂施工规模，注前置液造缝阶段快速提升注入排量并非连续段塞增大裂缝延伸长度，注携砂液支撑阶段阶梯式连续加砂有效支撑裂缝；(4)长期维持小于0.5 MPa的低套压合层排采条件，缩短憋压持续时间，延长提产持续时间以提高稳产前的压裂液返排率，保证排采过程连续性以避免储层伤害...     

沁水盆地南部高煤阶煤层气井排采工艺研究与实践

中国石油华北油田公司在沁水盆地南部进行高煤阶煤层气开发5年来,已实现年外输气量4×10⁸ m³,排采工艺和技术取得了一定成效。但是,目前还存在对该区煤储层认识不深入,没有成熟的排采技术可以借鉴,井底流压与产气量、产水量的关系认识不清,缺乏专用排采工具等问题。为此,开展了气、水、煤粉多相流动态变化对煤储层的敏感性研究,揭示出了不同开发方式下的煤层气排采规律,并制订出相应的排采技术规范--“五段三压”法（排水段、憋压段、控压段、高产稳产段和衰竭段;井底流压、解吸压力、地层压力）;研发配套的排采工具,形成了拥有自主知识产权的平稳、高效、低成本的煤层气井排采技术系列--排采设备及工艺优化技术、内置防砂管技术和煤层气井智能控制技术;深化产气规律认识,建立了半定量科学排采工作制度,从而降低了对煤储层的伤害,提高了单井产气量。该工艺为沁水盆地南部煤层气田樊庄、郑庄区块15×10⁸ m³煤层气产能建设提供了技术支撑。