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。     

贵州复杂地层应力扰动压裂技术研究及应用

贵州含煤地层煤层多、煤层薄、夹矸多，岩性变化快，其复杂地层特点增加了煤层气井压裂施工难度。以金佳煤矿煤层气井为例，研究复杂地层压裂改造风险及压裂工艺技术，探索应力扰动下二次停泵压裂工艺技术适应性。工程实践表明：金佳煤矿煤系地层岩性变化复杂，地层岩性可划分为5种组合模式；多煤层及多分层煤层采取“避射、扩射、选射、连射、定向射孔”等方式，可降低压裂施工难度；多煤层合层压裂及多分层煤层压裂改造，采取二次停泵压裂工艺，促进地层应力重新分布及压裂裂缝转向，提高了储层压裂改造效果；研究区2口煤层气井实施二次停泵压裂工艺，其压裂施工曲线、停泵后压力变化及产气效果均显示该压裂工艺对储层改造效果较好。     

沁水盆地柿庄区块煤层气井排采动态诊断方法

受多因素影响,煤层气井的排采动态具有复杂多变的特点,对煤层气井的排采动态进行诊断,有助于煤层气开发井层优选和压裂方案制定。以均匀分布在柿庄区块的单采3号煤层的30口煤层气井的静态地质资料和排采动态资料为基础,通过单井典型日产水量和典型日产气量指标提取和气水产出关系分析,从井筒和压裂煤层系统封闭性的角度,讨论高产水的外源成因,进而提出单井排采动态层次诊断方法,并通过实例分析进行验证。研究表明,柿庄区块煤层气井产气与产水之间存在负向包络而非简单的相关关系,高产水对产气有明显的抑制作用;断裂和压裂缝沟通含水层是造成柿庄区块部分煤层气井高产水及井间排采动态差异的重要原因;"一看断裂,二看压裂缝类型,三看岩性组合"的单井排采动态层次诊断方法,在柿庄区块单井实例分析中得到验证,该方法具有一定的普适性,可推广应用到其他煤层气区块的单井排采动态诊断分析中。     

新疆大倾角煤层多缝和有效支撑压裂技术研究

新疆阜康白杨河矿区煤层具有大倾角、多煤层、大厚度的地质特点,煤层压裂裂缝扩展规律、裂缝形态等与其他地区有较大差异,影响单井产量的因素及规律也不明确,导致在沁水盆地南部及鄂尔多斯盆地东缘成功应用的“套管完井、清水加砂压裂”等改造技术适应性不强,后期部分井压裂后产量较低。因此,攻关低煤阶大倾角厚煤层增产改造优化技术,探索大倾角、多煤层、大厚度煤层气压裂裂缝扩展规律,提高区块煤层气产量,对国内类似特征煤层气增产改造具有重大意义。开展了大尺寸真三轴压裂物理模拟实验,得到了最大主应力沿地层走向方向、地层倾向方向2种地应力条件下的压裂裂缝扩展结果,总结了2种地应力下裂缝沟通规律。研究为国内类似特征煤层气提供了相应的钻井轨迹设计参考。     

临兴地区深部煤层气及致密砂岩气资源潜力评价

针对鄂尔多斯盆地东缘临兴地区主煤层埋深较深、致密砂岩产气层数较多的特点,分析了区内煤储层特征,评价了深部煤层气及致密砂岩气的资源潜力。研究表明,区内构造简单,以单斜构造为主,东中部局部地区发育断裂,煤储层相对稳定,储层压力呈欠压-常压状态,有利于煤层气的富集;深部5号和9号煤层以半亮型的肥煤到焦煤为主,储层物性较好,且9号煤层资源潜力较大,是深部煤层气勘探的主要煤层;致密砂岩展布主要受控于煤系地层沉积特征,在北部地区相对发育。研究认为,该区有利于深部煤系煤层气与致密砂岩气多层共采,而中南部地区为煤层气单采有利区。     

沁水盆地柿庄南区块地质因素对煤层气井压裂效果的影响

在煤层气开发过程中,地质条件不仅是煤层气开采的先决条件和地质保障,也直接影响了水力压裂施工,从而影响煤层气井的产能。以沁水盆地柿庄南区块施工参数相近的34口煤层气井为例,从地应力条件、煤体结构和煤层顶底板岩性组合3个方面具体分析了地质因素对煤层气井水力压裂效果的影响,进而对研究区压裂效果进行评价。结果表明:三向地应力的大小关系控制裂缝的延伸方向和缝长,煤体结构类型决定能否形成有效裂缝,煤层顶底板砂岩、泥岩厚度及比例影响裂缝能否穿透隔水层。应力比越小、水平主应力差系数越大、煤层中原生结构煤比例越高、煤层顶底板的泥岩隔水层厚度及比例越大,水力压裂效果越好,煤层气井的平均日产气量也越高。综合上述3方面地质因素,研究区中部地区具有易发育垂直裂缝的地应力特征,且煤层的原生结构煤比例和顶底板泥岩比例高,最有利于水力压裂裂缝的形成与延伸,该区域为水力压裂的优选区域。其次为南部及西南部地区,地应力和顶底板条件较好,但煤体结构破坏程度相对较大。研究区北部、东北部及东南部区域由于煤体结构破坏程度大、顶底板封闭性差等因素,在进行水力压裂时应尽量规避。建议在对煤层气井进行水力压裂时应根据煤层气井的地质条件进行压裂方案设计。     

煤层气井高产水对排采产气的影响及预防措施(增刊)

L区块位于鄂尔多斯盆地东南缘,目前处于大井组试采评价阶段,有排采井100余口,其中部分煤层气井排采产水量高,造成液面下降困难、修井作业频繁,导致了排采产气效果不理想。本文深入分析了影响煤层产水的主要因素,5#煤层及顶底板含水性弱,产水量低, 8#煤层顶板存在局部高含水灰岩,通过压裂进一步沟通后是形成高产水井的主要原因。在对8#煤层顶底板含水性识别分析的基础上,采取了差异性的地质选层和压裂工艺等措施。这些认识和措施应用在试采井组生产中,排采实践证实高产水井的数量得到了有效控制,单井平均产水量大幅降低,取到了较好的效果。     

昔阳井田煤层气井产气量控制因素及增产措施

昔阳区块位于沁水盆地东部边缘中北部,太行山隆起的西翼,其基本构造形态为向西倾斜的单斜构造。煤系地层与上下围岩的厚度大体稳定。该区块作为阳泉蓝焰煤层气公司的主力生产区块,可采量相对较大,但区内构造比较复杂,开采难度大,抽采效率低,因此,有必要加强该区块煤层气排采规律的研究。通过对排采强度、煤粉及压裂砂的吐出、一级增压设备的影响、抽油机设备故障及气候条件变化等主要因素动态数据的分析,提出提高排采效率及煤层气井产气量,并优化本区块排采工作制度。     

煤层气井高产水对排采产气的影响及预防措施

L区块位于鄂尔多斯盆地东南缘,目前处于大井组试采评价阶段,有排采井100余口,其中部分煤层气井排采产水量高,造成液面下降困难、修井作业频繁,导致了排采产气效果不理想。本文深入分析了影响煤层产水的主要因素,5#煤层及顶底板含水性弱,产水量低,8~#煤层顶板存在局部高含水灰岩,通过压裂进一步沟通后是形成高产水井的主要原因。在对8~#煤层顶底板含水性识别分析的基础上,采取了差异性的地质选层和压裂工艺等措施。这些认识和措施应用在试采井组生产中,排采实践证实高产水井的数量得到了有效控制,单井平均产水量大幅降低,取到了较好的效果。     

焦作煤田煤层气赋存地质特征与有利区块分析

根据煤田地质勘查和煤层气参数井资料,对焦作煤田煤层气赋存的地质条件和煤层气储层特征进行分析,认为煤田内主要储层为山西组二1煤,煤层的含气量与煤层厚度、煤层的上覆有效地层厚度、煤层割理的发育程度、顶、底板围岩的性质有关,受断裂构造的控制将煤田分成了南、中、北三个构造断块、其中南部和中部断块气含量高,应用层次分析法经计算得到该煤田的综合评价,且优选出恩村井田、古汉山-位村井田、九里山为有利区块,其成藏条件优越,通过试井得出破裂压力与闭合压力差值小,且不利于通过压裂产生有效延伸长度和导流能力的裂缝,故应采用多级脉冲加载压裂技术,以保证压裂改造效果,达到改善储层导流能力的目的。     

煤层群条件下合层多段压裂技术研究

贵州地区普遍发育薄—中厚煤层群,煤层气开发地质条件复杂特殊,需要与之相匹配的工艺技术。在具体分析贵州地区煤层群发育特点的基础上,提出煤层气合层多段压裂技术。合层多段压裂是从煤层群的角度出发,从同一口井中优选多个压裂段,每个压裂段包含相邻的多个煤层及煤层之间的夹层;通过小层射孔,投球封堵,填砂封隔,可降低施工难度,提高合层多段压裂施工效果。合层多段压裂技术已在盘江矿区松河矿煤层气地面开发示范工程中应用实施并取得一定成效。     

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。     

水力喷砂射孔拖动压裂在煤层气开发中的应用

针对多煤层、薄煤层的煤层气井,压裂工作量较大,开展了水力喷砂射孔拖动压裂技术的实践应用。从工艺流程及原理、工具组合、具体施工步骤等方面论述了水力喷砂射孔拖动压裂技术的具体应用方式,认为该技术在压裂过程中都是通过压裂层段下封封隔器与下面已压裂完成的煤层分隔,可以实现压裂施工互不影响的目的,并选取左权ZYHY-07煤层气井进行实践验证。结果表明,喷砂射孔拖动压裂技术在多煤层、薄煤层的煤层气井有很强的适用性,可以大大提高工作效率并降低施工成本。     

煤层气储层压裂负效应作用机理

储层压裂是煤层气工程中提高采收率的主要措施之一,但同时受压裂液侵入和煤粉的影响会对储层造成伤害,从而抑制了煤岩储层渗透率的有效提高。基于孔隙压力变化对煤岩应力状态改变的力学分析,研究分析了压裂过程中压裂液对裂隙面附近煤岩的作用机理;通过煤岩应力状态变化的研究,确定了煤层气压裂过程引起裂隙面附近煤岩发生不同破坏特征的破坏模式;并根据压裂对煤层气工程产生的负效应,进一步给出了煤层气排采过程中的降压速率上限值确定方法。研究分析表明,压裂对煤层气储层改造具有明显的两面性,对煤层气的长期高效排采具有很大的局限性,必须严格控制压裂施工工艺及排采降压规律,才能达到有效提高排采效率的目的。     

煤层气开发解吸系统及其开采特征

煤层气开发靠排水降压采气,解吸系统的划分有利于提高煤层气田整体开发效果。笔者根据我国复杂断块气田地质特征为主的煤层气开发现状分析,针对不同气藏地质条件和由开采工艺造成的不同开采效果,将纵向上开采中能形成相互干扰的一套煤层或多套煤层,平面上一个断块或多个小断块、小圈闭,通过断层、陷落柱、煤矿采空、采动区应力释放或通过煤层压裂、煤层钻水平井等将煤层沟通,形成开采中井间干扰的地区划分为同一个解吸系统。通过典型解吸系统开采特征分析,认为以解吸系统为开发单元：有利于在煤层气开发中合理划分开发层系和开发单元;有效整体控制各井降液速率,实现构造高部位井以产气为主,低部位井以排水降压为主;有利于进行开发动态分析与开发方案调整;有利于优化井位部署,提高煤层气采收率和开发效果。     

沁水盆地南部地应力场特征及其研究意义

采用水压致裂测量地应力方法,测得了沁水盆地南部45口煤层气井主采煤层地应力分布,通过统计分析,建立了主采煤层地应力与煤层埋藏深度之间的相关关系和模型,分析了地应力在煤储层渗透性及压裂研究中的意义。研究结果表明：沁水盆地南部最大水平主应力为642~4186 MPa,平均为1721 MPa;最大水平主应力梯度为117~479 MPa/100 m,平均为264 MPa/100 m;最小水平主应力330~2640 MPa,平均为11391 MPa;最小水平主应力梯度为099~285 MPa/100 m,平均为177 MPa/100 m。主应力均随着煤层埋藏深度的增大而增高,呈线性关系。在650 m以浅煤储层地应力状态主要表现为σv＞σhmax ＞σhmin,最小水平主应力小于12 MPa,现今地应力状态处于伸张带;在650~1 000 m煤储层地应力状态转化为σhmax ≈σv≈σhmin,最小水平主应力为12~20 MPa,现今地应力状态由伸张带转化为压缩带的过渡;在1 000~1 500 m煤储层地应力状态为σhmax ≈σv≈σhmin,最小水平主应力大于20 MPa,现今地应力状态转化为压缩带。在地应力的作用下,裂缝逐渐趋于闭合,煤储层渗透率急剧下降。同时,地应力对煤储层水力压裂裂缝扩展产生重要影响,水力压裂裂缝均沿着最大主应力方向扩展。     

地面定向井+水力割缝卸压方法高效开发深部煤层气探讨

为了提高深部煤层气储层压降效果,针对深部煤层储层压力大,地应力高,渗透率低等特点,基于切割卸压提高储层渗透率原理,综合矿井下瓦斯抽采实践及地面开发非常规天然气技术方式,提出了地面定向井+水力割缝卸压方法高效开发深部煤层气的方法。地面定向井+水力割缝卸压方法主要包括地面定向钻井和分段水力割缝2个过程。该方法增渗增产原理为:定向井眼和水力缝槽沟通天然裂缝系统,高压水力切割过程中诱导煤层产生裂隙,增加导流通道数量与连通性;水力切割产生的多组缝槽形成卸压空间,利用地应力变化增加裂隙张开度,促进储层压力释放。相比常规水力压裂而言,该方法更有利于形成网格化流体运移通道,扩大煤层卸压范围和卸压程度,强化煤层气解吸扩散。而且,能够避免水力压裂过程中地应力向煤层深部传递以及压裂液注入造成的储层伤害,因而适用深部煤层气储层复杂地质条件下的增产改造。鉴于地面工况条件与矿井下工况条件的差异,提出了地面定向井+水力割缝卸压方法开发深部煤层气需要解决的关键技术问题,包括水力缝槽参数控制,固相颗粒的返排,定向井完井与水力割缝匹配性,以及高压流体传输动力损失。地面定向井+水力割缝卸压方法在非常规天然气开发以及深部煤炭强矿压与瓦斯灾害防治等方面具有应用前景。     

软硬煤复合的煤层气水平井分段压裂技术及应用

针对软硬煤复合煤层的煤层气抽采效率低、煤层纵向剖面上抽采不均衡等问题,为了实现大面积快速、整体高效抽采煤层气,以沁水盆地赵庄井田3号煤层为例,对软硬煤分层特征进行精细评价,优化了软硬煤复合煤层中的局部硬煤段,研究了硬煤层中不固井水平井分段压裂开发煤层气技术方法,在对水平井压裂裂缝扩展规律研究的基础上,研究了分段压裂水平井开发煤层气技术对策。研究结果表明:3号煤层软硬煤结构分层明显,软硬煤存在明显的自然伽马和电阻率测井响应特征;硬煤层中水平井压裂能形成一条复杂不规则的垂直裂缝,裂缝易于沿脆性较强的顶板岩层扩展延伸,裂缝能够扩展延伸进入软煤层,提高软硬煤的压裂增产效果;硬煤层中水平井位置和压裂施工排量是影响裂缝扩展效果的两个因素,压裂施工排量影响程度较大、水平井位置影响程度较小。针对这一特点,进一步研究了硬煤层中不固井水平井分段压裂开发煤层气4个关键技术:①水平井射孔、压裂段优选工艺技术;②油管拖动大排量水力喷射防窜流工艺技术;③"大排量、大规模、中砂比"的段塞式清水携砂压裂工艺技术;④气/水分井同步生产精细化排水采气技术。工程试验证明,该技术能大幅度提高煤层气水平井单井产量,突破了软硬煤复合煤层低产技术瓶颈,为软硬煤复合煤层的煤矿区煤层气抽采和瓦斯灾害治理提供了技术途径。     

800m以深直井煤储层压裂特征分析

以沁水盆地800 m以深煤层气井为例,统计归纳了深部煤层地质特征,分析了与之对应的压裂难点;通过统计10口采用活性水压裂技术且产气效果显著提升的深煤层气井的压裂数据,总结了现有技术体系下深煤层直井压裂施工参数特征,分析了导致深部煤层气藏压裂施工中压力异常偏高的因素,提出了深部煤层气藏开发对策。结果表明:深部煤层气藏的高温、高压、高地应力的地质环境、较差的储层物性以及较强的非均质性等特征,使得现有压裂技术体系在适用性和有效性上面临严峻挑战;增产效果较好的深部煤层气直井,普遍采用大液量注入,同时控制砂比在15%左右;压裂时压力异常偏高是受到压裂液性能、地层微裂缝、储层岩性、钻井液污染及煤粉堵塞等因素的影响;未来应对深部煤层气藏的开发,除了要对活性水压裂技术进行优化,还有赖于压裂理论的发展和新型压裂材料的研制。