基于计算机模拟的煤层气开采方法及增产对策分析

煤层气开采是煤炭资源合理利用的有效方式。文章以不同渗透率煤层气开采为研究对象,利用计算机仿真技术模拟了直井压裂、洞穴完井和水平完井3种开采方式,将煤层按渗透率分为低渗透煤层、中渗透煤层和高渗透煤层。根据每种渗透煤层的不同,制定了符合实际情况的开采方式。该研究为我国煤层气开采工艺的优化提供了参考。     

煤层气井连通技术研究

由于我国煤层气储层具有渗透率低、压力低的特点,直井煤层控制面积小,产量低,钻单支水平井不利于后期的排水降压作业,所以现在煤层气开发多采用羽状水平井,羽状水平井需要工艺井与排采井之间的连通。两井连通需要对两井距离、方位偏差、新的靶点坐标、南北坐标、东西坐标等进行精确测量,找出新的靶点,然后对定向井进行定向指导,确保成功连通。     

应用U型井开采倾斜构造煤层气的钻采技术研究

倾斜高陡构造煤层气钻井的共性是井斜难以控制,而且这类储层分布较广,潜力巨大。根据霍林河煤层气构造地质条件,地层倾角较大,主力煤层厚度大,渗透率较高,又属于典型的低煤阶煤层气,易于实施U型斜井钻采工艺。U型斜井钻采工艺特殊,利用定向斜井与其远端的直井在井下连通,建立煤层流体循环系统。为了保护煤层,煤层钻进过程中要采用环空充气欠平衡钻井工艺。采气时要选用排量范围广、成本低、耐砂能力强的螺杆泵,提高排采效率;U型斜井能够充分发挥倾斜地层流体势能和各井的优势,能够提高排水和采气效率。结合霍林河煤层气钻采,探讨了U型煤层气井钻完井工艺及采气工艺。     

樊庄区块煤层气井产能差异的关键地质影响因素及其控制机理

以樊庄区块16口煤层气井地质资料、排采资料为依据,分析了该区块煤层气井之间产水量和产气量差异的地质影响因素,并进一步探讨了这种差异的地质控制机理。研究结果表明：产水阶段,地下水流体势通过影响煤层水的流向和煤储层含水量控制煤层气井产水量,渗透率通过影响煤层水在储层中的流动能力控制煤层气井的产水量,煤储层渗透率与地下水流体势的负相关性促进了煤层气井之间产水量的差异;产气阶段,排水降压效果通过影响煤层气的解吸量及气、水两相的饱和度和相对渗透率控制煤层气井之间的产水量和产气量差异;另外,煤层气井连通后出现的气水分异现象,进一步促进了煤层气井之间产水量、产气量的差异。     

考虑应力敏感性的煤层气井产能模型及应用分析

煤储层应力敏感性是影响煤层气井产能的地质因素,在煤层气井排采过程中如何降低或避免煤储层应力敏感性对煤层气井产量的影响是值得考虑的问题。在对煤储层应力敏感性分析的基础上,推导了考虑应力敏感性的煤层气气井产能模型,提出了用产量降低幅度值(β)描述应力敏感性对煤层气井产量的影响程度,揭示了有效应力对煤储层渗透性和煤层气井产能的影响规律。研究结果表明:煤储层渗透率随有效应力的增加按负指数函数规律降低,在煤层气开发中煤储层表现出明显的应力敏感性。考虑煤储层应力敏感性后,煤层气井的产量低于不考虑应力敏感性的气井产量;随生产压差的增大,煤层气井的产量增加幅度较小,并逐渐趋向稳定,且煤层气井产量下降幅度β值增大;煤层气井的产量降低幅度β值随应力敏感系数的增大整体呈增高趋势。随着生产压差的增加,煤层气井的产量增加幅度较小,并逐渐趋向稳定,说明放大生产压差并不能获得最大产量,煤层气开发需要制定合理的生产压差和严格控制排采强度。     

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。     

沁水煤层气田开发直井全生命周期产量预测方法

以沁水煤层气田开发实践为基础,建立煤层气压裂直井理想产量模型和全生命周期产量预测模型,通过Eclipse软件数值模拟分析煤层气井压降模型,结合实际生产规律统计,分析不同开发地质条件煤层气井全生命周期内产量与生产时间的关系,确定稳产气量、递减率及各阶段资源采出程度等气田开发关键指标。     

低煤阶煤层气可采性主控因素及定量评价

针对低煤阶煤层的煤层气抽采不均衡、可采性不明导致的选区难问题,为了实现快速、定量化煤层气开发选区,以彬长大佛寺井田为例,采用正交法,结合数值模拟技术,对影响低煤阶煤层气产能的地质因素进行了敏感性分析,最终筛选得到裂隙渗透率、煤层厚度、含气量是影响大佛寺井田煤层气产能的三大主控因素.进而以24口排采直井的实际产气效果为基...     

煤层气井储层气水产出互补性及提产措施探讨

为提高煤层气井的产气量,需尽量扩大煤储层的有效压降半径。通过分析煤层气井排采过程中产水产气的互补性变化规律,以贵州多煤层开发井组和山西单一煤层开发区块为例,分析产水对产气的影响,提出煤层气井提产增效的对策。结果表明:煤层气井见套压前后气水产出比发生变化,具有明显的互补性变化规律;单一煤层及多煤层开发的煤层气井均发现压裂液返排率越高,总产气量和平均产气量越高;受地层能量和渗透率的影响,煤层气井压裂液返排率随埋深的变化出现转折,转折深度为该井区煤层气井合适的压裂深度;为尽量扩大煤层气井的有效压降半径,应尽量减小排采过程中的渗透率伤害,避免煤粉颗粒对孔裂隙通道的堵塞。     

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。     

我国煤层气产业现状及开发模式探讨

本文在综述国内外煤层气产业发展现状的基础上,重点探讨了几种不同的煤层气（煤矿气）藏的特点及其开发模式。指出目前我国煤层气的开发方式主要有原始储层煤层气的开发和煤矿区煤层气的开发两种。其中,原始煤储层煤层气的开发按大类可分为直井开发和水平井开发两大类;煤矿区煤层气的开发模式又可分为井下瓦斯抽放、煤矿区地面预抽和采煤采气一体化开发等模式。     

单层井壁竖直附加力变化规律的数值分析

深厚表土疏排水沉降地层条件下的井壁处于复杂的动态受力状态,井壁的受力变化主要与底部含水层的渗透系数、含水层固结沉降量、井壁与国土的耦合作用有关.为探讨井壁竖直附加力大小的变化规律,运用数值模拟方法对单层混凝土井壁进行了分析研究,得出:井壁的竖直附加力与底部含水层渗透系数成正比对数关系,与井壁混凝土的弹性模量成正比线性关系;同时发现复合载荷作用下井壁的应力应变关系是动态变化的,井壁的塑性区是多种载荷耦合作用的结果.因此,减小底部含水层的渗透系数、井壁混凝土的弹性模量,有利于减小井壁的竖直附加力,可提高井壁的可靠性.     

顶板含水层对煤层气井网产能的影响

根据煤体的岩石力学性质和弹性本构关系推导出了考虑基质收缩效应的煤裂隙渗透率模型,并在此基础上建立了三维煤层气垂直井网的非平衡吸附拟稳态条件下的气-水两相流动数学模型.编制程序并利用沁水盆地南部某区的资料对五点式煤层气井网开采进行了模拟预测,结果表明：石炭系K₂灰岩层局部富水性较强,在煤层气开发实践中,尤其在压裂增产改造过程中可能对煤层气的开采造成直接不利影响,同时基质收缩对裂隙渗透率的影响也不容忽视.     

不同煤阶煤储层应力敏感性差异及其对煤层气产出的影响

通过开展鄂尔多斯盆地东缘高中低煤阶不同含水饱和度煤储层应力敏感性实验,研究了煤储层渗透率动态变化规律及其对煤层气产出的影响。实验结果证实:不同煤阶煤储层渗透率随有效应力的增加均呈现负指数函数降低的规律。在有效应力小于5 MPa时,煤储层渗透率随有效应力增加快速下降73%~95%,平均87%,煤储层应力敏感性最强;有效应力在5~10 MPa时,渗透率随有效应力增加而较快下降5%~18%,平均10.4%,煤储层应力敏感性较强;而当有效应力大于10 MPa后,渗透率随有效应力的增加下降速度减缓,应力敏感性减弱。实验结果表明中高煤阶煤储层应力敏感性随有效应力增加要弱于低煤阶。随着煤样含水饱和度的增加,煤储层应力敏感性也逐渐增强。根据煤储层渗透率动态变化规律提出了煤层气井排采过程中应遵循缓慢—保压—持续的排采工作制度,才能获得煤层气最大产出量。     

煤层气渗流特征实验研究

采用实验方法,研究煤层气的渗流特征,包括有效覆压、气体压力、气体性质、温度等因素对煤层气渗透能力的影响,比较了甲烷在煤层试样、砂岩试样和煤粉试样中渗流性能的差异。研究表明,煤层试样的渗透率受有效覆压的影响很大,其应力敏感性程度超过砂岩岩样。模拟实验表明在煤层气开采过程中,试样渗透率能保持在原始渗透率的70％以上;温度升高,渗透能力提高。     

沁水煤田东北部15号煤储层物性及特征研究

基于沁水煤田东北部煤层气开发资料,采用煤层气地质理论和数理统计方法,对研究区15号煤储层物性及特征进行了分析。结果表明,煤层的稳定可采性,为煤层气开发的提供了良好储层条件。煤的高变质及差异,使得煤岩类型及组分有所不同|煤层高含气量,为煤层气开发提供了良好气源条件。欠压煤储层,使得煤层气的压力吸附正效应、驱动煤层气产出的动能均较弱且煤层含气饱和度较低,不利于煤层气井的高产、稳产和采收率的提高|煤中孔裂隙较发育,但连通性差。过渡孔高度发育,为煤层气储集提供了有利空间。小-微型裂隙发育,但充填较严重,煤层渗透率较低|吸附时间较长,不利于煤层气井高产和缩短煤层气开发周期。     

复杂地质条件下高突煤层群立井揭煤技术

针对渝阳煤矿水井湾回风立井揭煤面积大、地质条件复杂、透气性低、高突煤层群连续揭露的特点，采用优化抽采钻孔设计、穿层钻孔联合抽采、抽采数据监控抽采过程、水力压裂增透等联合防突措施，实现对立井揭煤区域突出危险性有效防控。同时，采用“五步法”预测揭煤对各煤层进行渐进式检验，确保井筒8层煤其中5层煤为突出煤层的安全、高效揭煤。为复杂地质条件下高突煤层群揭煤工作起到良好的示范作用。     

煤层气井产气通道内煤粉运动特征分析

基于脱落煤粉滚动启动条件和运移,建立了煤粉脱落、运移和堵塞的孔隙度和渗透率模型;分析了煤粉排出量对煤层孔隙度和渗透率的影响。依据该渗透率模型,研究煤粉适度排出理论,建立煤粉适度排出模型和携煤粉地层液速度窗口模型,使脱落的煤粉适度排出,疏通渗流通道,增加渗透率提高单井产气量。结果表明：煤粉的脱落增加了煤层的孔隙度和渗透率,而煤粉的沉积堵塞减少了煤层的孔隙度和渗透率;渗透率随煤粉的排出量的增加呈二次关系增大,煤层排出脱落煤粉可在一定程度上改善储层物性,提高煤储层的孔隙度和渗透率;采取压裂增产的煤层气井支撑剂粒径为20/40目正排列时,通过的最大煤粉粒径为0.16 mm,排液量大于13.53 m 3/d有利于粒径小于0.1 mm脱落的煤粉排出,最大限度地提高煤层渗透率,增加煤层气单井产气量。     

煤的方向渗透率的实验测定方法研究

为了搞清煤层气储层中煤的方向渗透率，针对煤的方向渗透率进行了理论和实验研究。首先采用瞬态法对多个煤样进行了测量，证实了方向渗透率的存在|其次实验结果表明不同的煤样在相同的有效应力条件下测得的方向渗透率差异较大，该研究表明方向渗透率是有效应力的函数。为准确评价煤层气储层，必须确定主渗透率的方位和大小。通过理论和实验两个方面给出了主渗透率的确定方法。在确定了最大和最小主渗透率之后，其随有效应力的变化也唯一确定|另外，主渗透率方位和主地应力方向密切相关，研究提供的主渗透率方位的确定方法也为主地应力的方位确定提供了理论和实验依据。     

基于Klinkenberg效应影响的煤体瓦斯渗流规律及其渗透率计算方法

针对气体渗流存在的Klinkenberg效应,利用自主研发的三轴瓦斯渗流实验系统,对煤层瓦斯的渗流特性进行了研究。通过实验数据分析和理论推导,提出了一种综合气体动力黏度和压缩因子影响及克氏效应的煤层瓦斯渗透率计算方法。通过比较传统的拟压力法计算结果,考虑克氏效应方法在理论上和数据处理结果上更合理、更准确。研究结果表明:1克氏效应对煤层瓦斯渗流影响明显,利用考虑克氏效应方法评估的渗透率结果正确,能充分反映出气体渗流的真实状态。2吸附解吸作用对煤层瓦斯渗透性有一定的影响,其影响结果是导致煤层绝对渗透率的降低。3处于标准状况附近的气体,可以忽略动力黏度和压缩因子对其渗透性的影响,离开标准状况较远的气体,需要考虑动力黏度和压缩因子对其渗透性的影响。研究结果对正确认识克氏效应和选择更精确的含瓦斯煤渗透率计算方法具有一定的指导价值。