柿庄南区块煤层气井产能影响因索分析

通过系统分析该区构造地盾条件、水文特征、储层动态变化、钻采工艺、排采制度和生产特征,总结了影响单井产量的地质因素、工程因素和排采因素,并以此对低产井进行了分类,揭示了低产井的主控影响因素。因含气量低、发育小断层和陷落柱等地质因素导致产气量低的煤层气井占低产井的9%;因部分区域煤体结构破碎、井径扩大率超标、压裂施工困难等工程因素导致产气量低的煤层气井占低产井的4%;因排采速率过快、排水降压连续性差导致产气量低的煤层气井占低产井的87%。     

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。     

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。     

深煤层煤层气开发有效途径展望

我国深煤层煤层气资源量巨大,埋深在1000～2000m的煤层气资源量占2000m以浅资源总量的61％。由于深煤层所具有的“高温、高地应力、高孔隙压力、低渗透率”特殊的地质条件和储层物性,与浅煤层相比,深煤层储层物性特征较差,目前我国煤层气开发主要集中在浅部,随着勘探工作的不断深入,对深部的勘探已大势所趋。但仍缺乏系统的研究成果;与浅煤层相比,特殊的地质条件使得适用于浅煤层煤层气的开发技术不能直接应用于深煤层煤层气开发。鉴于深煤层储层的独特特点,注CO2提高采收率增产技术、煤层气与煤系地层砂岩气共采技术将是提高深煤层煤层气井产气能力的有效途径。     

煤层气井低产原因及二次改造技术应用分析

我国多数煤层气储层低孔低渗、构造煤发育,储层改造效果难以保障,单井产气量和采收率低。选择高效的储层改造和增产技术,提高低效井产量,是当前煤层气产业发展的关键任务。本文系统剖析“地质储层条件、工程施工改造和排采管理控制”影响的低产原因,分析煤层气井二次改造相关技术及应用效果,为不同类型低效井针对性改造提供建议。煤层气井可二次改造的低产原因主要包括压裂裂缝扩展不足、裂缝/管柱煤粉堵塞和压降面积受限等,改造中需考虑煤体结构分布、初次裂缝形态、储层渗透性、产气产水量变化、排采及控制设备适用性等因素。二次改造技术分为物理法、化学法、微生物法和其他方法,物理法中二次水力压裂、间接压裂和无水压裂技术以及化学法中酸化增透和泡沫酸洗技术运用较广泛。二次改造应根据地质条件、初次改造效果、工程排采情况选择针对性技术,避免储层再次伤害,以实现有效改造,提高煤层气单井和井网产气量。     

延川南深部煤层气富集规律及开发特征研究

为深入总结延川南深部煤层气的地质特征以及生产规律,研究了其富集规律及产气特征与浅部煤层气存在的差异,结果表明:延川南深部煤层气主要富集高产因素为沉积控煤、构造-水文联合控气及物性控产;从煤层气解吸机理出发,降低排采速率,延长见气周期,提高泄压体积的排采方式能保障深部煤层气井高产稳产;井组试采归一化结果表明,深部煤层气初期解吸效率低,但单井控制储量大,具有"见气晚、上产缓、稳产久、单产高"的特点;延川南深部煤层气的高产稳产效果证明此类气藏具备效益开发可行性,研究结果能为同类气藏的勘探开发提供借鉴。     

贵州松河井田煤层气地面抽采潜力分析

根据煤炭及煤层气勘查数据,分析了松河井田煤层气开发地质、煤储层渗透性和含气性条件,估算了煤层气资源量,并结合松6井工程开发效果,综合评价了该区煤层气地面抽采潜力。结果表明:松河井田煤层气赋存及保存条件好,薄-中厚煤层群发育,且煤层埋深、煤体结构、渗透性及含气性相对较好,埋深对煤层含气量控制作用明显,300~400 m为含气梯度转折深度,煤层气资源量达66.96×108m3;松6井采用"多段合层压裂、合层排采"工艺,实现单井单压裂段产气量长期超过1 000 m3/d的突破,但产气量波动较大,建议加强合层排采层间矛盾问题研究;鉴于该区地形、交通及地质条件的制约,建议采用"地面丛式井钻井、多段合层压裂"开发方式。     

大埋深高应力低渗透煤层气资源高效开发技术探索和实践

为实现沁水盆地大埋深、高应力、低渗透煤层气资源的高效开发,本文以郑庄-里必区块深部煤层气储层为研究对象,剖析了直井、多分支水平井和L型水平井的开发效果及适应性,确定了L型水平井连续油管拖动压裂开发工艺,考察和评价了开发效果。实践结果表明:深部高地应力及其非均质性限制了直井和多分支水平井的产能,而L型水平井连续油管拖动压裂开发工艺克服了高地应力及其各向异性,实现了应力重构,强化了水平井筒和缝网系统的有效连通,能够在埋深大于700m的储层中获得较好的产气效果,单井最高产量达到25 000m3/d,创造了大埋深、高应力、低渗透储层条件下的单井产气量记录。     

延川南深部煤层气井排采制度研究

基于延川南煤层气田多年的勘探开发成果和排采实践,探讨和研究了深部煤储层应力敏感对煤层气井产气、产液的影响以及合理的排采制度。结果表明,由于深部煤储层具有低孔、低渗、强应力敏感的特征,排采速率过快煤岩易发生显著的压敏效应,造成渗透率降低,压降漏斗无法有效扩展,从而导致煤层气井产气低效;通过针对区内不同时期气井排采制度优化过程的对比和分析,逐步形成了"平衡排采、阶梯降压"的排采制度,延缓和减弱了应力敏感对储层的伤害,实现了泄压面积的持续扩大,从而保证了气井高产稳产的开发效果,这一排采制度的科学性和适用性在延川南煤层气田得到了证实。     

煤层气低效井成因判识及治理体系构建研究

大量低产低效煤层气井的存在严重制约了煤层气产能转化率和资源动用率的提高,亟需开展低效煤层气井成因解剖和有效治理。基于沁水盆地柿庄南区块1 000余口煤层气井的钻井、测井、录井、压裂、排采和实验测试数据,开展了低效井判识、成因分析和治理体系构建。研究结果表明:基于不同排采阶段,以产气量为主要参数,结合动液面高度、井底流压和排采时限可定义低效井;钻井、压裂和排采等过程均会对煤层气井产能造成不同程度的影响;基于构造、含气量、储层压力、渗透率等关键地质参数叠加和模糊评价圈定了4类(Ⅰ～Ⅳ)可改造地质单元,产能预测表明Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类具有良好的改造潜力;通过递阶优选构建了低效井成因解剖体系,划分了3大类13小类低效井形成类型;提出了地质-工程-排采一体化的低效井综合治理体系,保证资源和储层的有效性,促进缝网-井筒的高效连通,做到科学排采和区域协同降压控制。能提高煤层气单井产气量和产能转化率义。     

沁水盆地北部古交区块煤层气压裂工程属性评价

地面煤层气的开发过程非常复杂,除了受地质条件影响外,钻井、完井工程属性以及排采制度很大程度上影响气井的产量。已有的开发实践证实,煤储层水力压裂改造是煤层气增产的主要手段之一。通过分析已有煤层气的压裂工程属性特征,揭示压裂效果对煤层气产能的影响关系,对下步制定煤层气开发方案或低产低效井治理具有重要的指导意义。     

深部煤层气勘探开发进展与研究

我国煤层气资源主要分布于深部。鄂尔多斯、准噶尔等盆地部分煤层气井勘探成功表明深部煤层气资源在含气量、含气饱和度、储层压力及临界解吸压力等关键参数方面较浅部有利,开展深部煤层气研究及勘探是重要前瞻性课题。鄂尔多斯盆地东南缘延川南煤层气田的勘探,尤其是万宝山构造带延3井组的成功开发是我国深部煤层气开发获得突破的1个典型实例。一般来说,影响深部煤层气开发的因素较复杂,是一个系统工程,通常可以将这些因素划分为资源地质条件和开采技术条件两大类。延川南煤层气田开发的经验表明,影响深部煤层气井产能的主要因素是受地质条件控制的压裂技术与排采技术,提高深部煤层气单井产量的途径是做好富集高渗区选区评价和预测,加强以压裂为核心技术的工程工艺攻关研究及做好排采管理。     

武乡南区块煤层气开发的深部地质边界研究

为了开发利用新中标的武乡南区块煤层气资源，对深部煤层气资源的开采提供理论指导，基于地质分析与实验模拟相结合的思路与方法，结合模拟煤储层条件下的等温吸附与渗流实验，预测了深部煤储层含气性与渗透性随着埋深增大的变化特征，并发现了深部不同于浅部的变化趋势，指导了后期煤层气开发的工程实践。研究结果表明:深部煤储层压力与温度共同制约含气量的大小，且深部煤储层含气量发生转折的临界深度为1 820 m，超过这一临界深度含气量逐渐降低；深部煤储层温度与地应力共同制约渗透率的大小，且深部煤储层渗透率发生转折的标志埋深是1 600 m；鉴于深部煤储层低渗的特点，有效地对深部煤储层含气量、渗透率及其可改造性进行分析与探讨，认为煤层气开发的深部地质边界为埋深1 800 m。     

临兴深部煤层气含气性及开发地质模式分析

鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带临兴中部地区煤层埋深大于1 000 m,达到了深部煤层气的研究范畴。基于实际生产资料,探讨区内深部煤层含气性,提炼了深煤层开发地质模式。研究认为:以含气量转折为深煤层临界深度的划分依据,则工区内深部煤层的临界深度在2 000 m左右;且深部中煤阶储层的吸附性对温度的敏感性要小于压力,中煤阶煤层的临界深度相对深于高煤阶;深部煤层气仍以吸附气为主,现有的等温吸附测试方法易造成深部煤层气含游离气比例换算较大的误区;深部煤层受温度影响,煤层临储比较高,受应力影响,储层物性较差,气井总体具有"见气快、排水降压难、产气量上升缓慢"的特点;研究区深部煤层气潜力巨大,现有气井经验显示,合理优化开发单元为深煤层单井突破的关键,A型"源-储"相通的富集开发地质模式是深煤层突破重点考虑的开发模式。     

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。     

郑庄区块高阶煤层气低效产能区耦合盘活技术

高阶煤层气井低产低效区的普遍存在,已成为制约我国煤层气产业发展的主要瓶颈之一。沁水盆地郑庄区块有2/3的矿井属于低效井,区块整体经济效益差,以郑庄区块为例,剖析造成高阶煤煤层气低效开发问题的影响因素,提出了低效区盘活技术策略和模型。建立了井网部署方式、储层改造适应性技术、高效排采管控方式3个方面的优化技术,形成了适用于高阶煤储层煤层气井增产的技术系列:一是基于开发动态分析和数值模拟的开发井型井网优化技术和水平井耦合降压盘活直井技术;二是基于煤储层特征及煤层气开发机理分析的高阶煤储层疏导式储层改造技术;三是基于煤储层气-水赋存机理和微裂隙气-水流动机理的高效排采管控技术。在此基础上,提出了郑庄区块低效产能带耦合盘活的工艺技术思路:以资源有效动用为核心,通过调整井网井型,采取疏导式储层改造技术和高效排采管控模式,实现低效区带整体协同降压,新井高效开发,老井稳定增产,达到区块整体盘活的效果。建立了低效区整体盘活工艺技术模型,并在郑庄区块进行了现场试验。为期3 a的现场试验取得了显著的开发效果:44口直井平均单井日产气量2 400 m~3,是周围老井峰值产气量的3.6倍;22口水平井盘活试验井产量是调整前水平井的4.2倍,耦合降压使得周围低产直井平均单井日产气量提高了435 m~3,试验区采气速度由调整前的1.8%提高为目前的7.6%,提高了区域煤层气储量动用程度和采气速度,使区块开发经济效益转亏为盈。该项技术的研发成功,为国内类似地质条件煤层气低效区盘活提供了示范和借鉴。     

准噶尔盆地白家海凸起深部含煤层气系统储层组合特征

准噶尔盆地东部白家海凸起发育较稳定的侏罗系煤层,埋深大于1 500 m。以往该区西山窑组和八道湾组煤层气试采取得了较好的效果,显示了白家海凸起深层煤层气具有较好的勘探前景。由于区内以常规油气开发为主,丰富的煤层气资源有待勘探开发。基于此,分析了区内侏罗系深部煤层赋存特征、热演化程度、煤层含气量及煤层顶底围岩等成藏地质条件,认为西山窑组煤层气为独立含煤层气系统,八道湾组煤层及其顶底砂岩组合为统一含煤层气系统。八道湾组源内型、源外型含煤层气系统成藏条件优越,煤层气及煤系砂岩气资源丰富,具有较大的共采潜力。     

空气钻井技术在柳林煤层气井的应用

空气钻井技术是煤层气高效开发的重要钻井技术,具有循环压耗低、携砂能力强、井眼净化好的特点,同时能有效防止井漏、保护储层、提高机械钻速等,但面临着井壁稳定、水动力条件等复杂的工程和地质难题,在柳林煤层气井施工中,开展了岩层特征、水文地质条件、煤层含水特性、泡沫钻井液设计等研究,针对地层特点,设计了适合空气钻井的配套工艺技术。通过柳林地区7口井的施工,钻井周期缩短50%,储层得到有效保护,直井产气量达到1000 m3/d,水平井产气量达15000 m3/d,初步取得了良好的示范效果,推广应用前景广阔。