压力控制下高煤阶储层煤层气井排采的流体效应

为得到高煤阶储层煤层气井排采的压力-产气-产水动态平衡关系,揭示不同压力控制下的煤储层煤层气井排采的流体效应及机制,以沁南地区X1和X2煤层气井为研究对象,在X1煤层气井排采阶段划分的基础上,分析了不同压力条件下的煤储层煤层气井排采解吸规律及流体效应;研究了不同排采阶段的套压、动液面高度、井底压力及枯竭压力与产能的关系;数值模拟了X2煤层气井在压力控制前后的产能变化特征。结果表明:煤层气井排采的流体效应取决于是否对排采见气初期套压进行控制,排水阶段结束后采用蹩压、控压的排采制度,可有效提高煤层气井的产能。     

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。     

新疆后峡盆地煤层气井产量影响因素分析

新疆后峡盆地煤层气井单井产量差异悬殊,单井产量控制因素不明确,采用统计分析、线性回归分析法和灰色关联数学分析法,对煤层气井单井产能影响因素进行了定量表征。基于后峡盆地煤层气井单井产能差异性,煤层气井主要被划分为了3种不同的类型;I类煤层气井储层特征好,采用较小的加砂强度和加液强度,结合较小的压降,排采效果好;III类煤层气井储层特征较差,尤其是含气量较低,采用同样的储层改造手段和排采制度较难获取好的排采效果。对筛选的22个影响煤层气井产能的因素进行定量评价分析,研究表明：含气量对煤层气井产能具有显著的控制作用,而储层改造程度和排采制度的合理制定,是煤层气井高效生产的关键。     

煤层气排采产气效果影响因素分析——以延川南工区谭坪构造带排采井为例

通过跟踪分析延川南煤层气田谭坪构造带内排采井的生产动态,按产能大小和排采动态曲线趋势对排采井进行了分类统计,确定了煤层气井在排采过程中对产气效果影响较大的因素是排采的不连续和不稳定,工程条件、煤层条件和地质构造条件是影响排采产气的关键因素。     

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。     

沁水盆地南部煤层气井排采伤害判别模式

为分析煤层气排采生产过程中储层伤害对煤层气井产能的影响,以沁水盆地南部成庄区块为例,对22口煤层气井排采生产特征进行了分析,划分了高、中、低产井和产水井,界定了不同产能井排采伤害发生的时间,建立了煤层气井的排采伤害判别模式。研究结果表明:成庄区块高、中、低产井和产水井排采前期易产生速敏效应,中期是地层气锁的高发期,后期会出现应力闭合伤害;3种主要排采伤害中,气锁发生的可能性比煤粉堵塞要大,速敏出现概率又比应力闭合大;高产井在生产过程中一般会发生一种类型的伤害,中产井中出现2种伤害类型的几率增大,低产井与产水井多为多种伤害类型组合甚至出现伤害的耦合效应。     

恩村井田煤层气垂直井产能地质主控因素分析

查明煤层气垂直井产能的地质主控因素是较准确产能预测、资源评价的基础。根据恩村井田勘探、试井、压裂、排采阶段的资料,对煤层气开发区块内煤储层原始渗透率、含气性、水平最小与最大主应力、煤层气井平均日产水量等进行了系统分析;利用模拟软件模拟比较了在其它地质参数不变的情况下,仅改变某一参数引起的产能差异。结果表明:在产水量相对较小的地区,水平最小主应力、原始渗透率的大小对产能影响最大;产水量相对较大地区,原始储层渗透率、排液对产能影响最大,而其他参数对产能的影响不大。目前恩村区块煤层气垂直井排采的结果充分说明上述结论的正确性。     

浅析影响煤层气井产量的几个因素

分析了影响煤层气单井产量的几个因素,如瓦斯含量、井网布置、储层保护、裂隙沟通、科学排采等。包括:瓦斯含量不同,产气量不同;煤层气井网布置需结合地质构造等因素优化布置;在钻井和固井过程中需对煤储层进行保护;煤层压裂改造,可有效将井孔与煤层天然裂隙沟通起来,增加产能,增大气体解吸率;根据生产实践,进行定压排采、定产排采。     

煤层气水平井产能控制因素分析及排采实践

为了揭示煤层气水平井产能控制因素,采用理论分析方法分析了临界解吸压力、含气饱和度及渗透率对水平井产能的控制作用。通过山西沁水盆地南部水平井排采实践,提出了三段式管理井底压力的排采方法,即将排采制度分为井底压力大于临界解吸压力阶段、介于临界解吸压力至0.5倍临界解吸压力阶段、小于0.5倍临界解吸压力阶段分别制定降压幅度。井底压力控制遵循：第1阶段落实地层供液能力,降液幅度小于3 m/d;第2阶段缓慢提产,落实煤层气井产气能力,降液幅度为1 m/d;第3阶段稳定配产,维持井底压力,产气量出现下降时缓慢降液,降液幅度为 0.5 m/d。结果表明：三段式管理井底压力的排采方法有利于区域压降扩展和充分释放煤层气井产能。     

排采连续性对煤层气产能的影响分析

根据X-1区块煤层气试采数据分析,提出了排采惯性和非连续排采影响因子的分析方法,并研究了非连续排采对产量的影响机制。研究结果表明:区块内煤层气井排采的非连续性能严重制约煤层气井的产能,非连续排采影响因子与产气量降低的百分比呈明显的正相关。     

厚层复合石灰岩顶板垮落特性试验研究

研究针对晋城矿区特殊的工作面顶板特性，通过岩石力学性质试验获得相应的力学参数，应用数值模拟和相似材料模型试验，对晋城矿区卧庄煤矿150煤厚层复合石灰岩顶板在开采过程中的垮落特性进行了综合研究，得到工作面厚层复合石灰岩顶板的初次来压步距和周期来压步距以及垮落规律．结果表明，两种不同试验模拟手段得到了相近的结果，初次来压步距20m左右，周期来压步距在10～15m之间，并且与实际工作面顶板的垮落形态相吻合．这一研究成果为解决晋城矿区厚层复合石灰岩顶板不易破断，支架承受较大压力等问题提供了理论基础．     

混合综采工作面覆岩运移规律及空间结构特征分析

基于平煤十二矿深部开采面临的排矸量大、辅助运输困难、矿区环境污染以及常规充填面产能不足工程背景,创新了矸石充填与垮落法混合综采技术并阐述了其技术内涵。采用理论分析、物理相似模拟和现场实测方法系统地研究了混合综采工作面覆岩运移规律和空间结构特征。通过理论分析得到了不同充实率状态下混合综采工作面覆岩空间结构特征;物理相似模拟结果表明,混合综采工作面充填段基本顶仅发生弯曲下沉,而垮落段直接顶垮落、基本顶断裂,垮落段基本顶平均下沉量是充填段的4.2倍,覆岩空间结构表现出明显的非对称特征。矿压实测数据显示,充填段采场无明显的来压现象,垮落段来压现象显著,初次来压步距约30 m,周期来压步距约22 m,动载系数达1.7左右;岩层钻孔窥视结果观察到充填段顶板完整,覆岩空间结构呈现“两带”发育特征;垮落段覆岩结构呈“三带”发育特征,混合综采工作面覆岩非对称性空间结构特征显著。     

采动覆岩破坏及离层发育特征的三维数值模拟

为了获得煤层采动覆岩移动及离层空间分布特征,考虑覆岩的碎胀性,根据抗弯刚度的不同在相应的界面设置接触单元,以基本顶初次跨落为时间起点,以初次跨落步距为初次开挖长度,以周期来压步距为开挖步长,以来压周期为开挖周期,应用数值模拟手段,获得了水平煤层开采时的覆岩破坏、移动与变形及离层的发展与分布的时空规律,确定了可充填离层的区域范围,为指导实施离层充填减沉技术及工程实践提供了科学依据。     

基于煤壁稳定性控制的大采高工作面支架工作阻力确定

针对大采高工作面煤壁片帮严重影响生产的实际,提出了基于煤壁稳定性控制的支架工作阻力确定方法。以8101工作面为背景,构建了"煤壁-支架-顶板"的力学模型,分析煤壁压力与支架工作阻力的关系;设计了煤壁稳定性控制实验台并进行了三维相似模拟试验,分析了不同支护强度下煤壁破坏情况;数值模拟了不同支护强度下煤壁变形破坏特征。研究结果表明:顶板压力由煤壁和支架共同承担,提高支架工作阻力,煤壁所受压力就会减小,煤壁的稳定性就会增强,支架的工作阻力确定要以煤壁稳定性控制为前提;综合理论分析、相似模拟、数值模拟,得出该工作面支架工作阻力确定为15 000 k N,工程实践表明是可行的。     

王坡矿3210孤岛工作面矿压分布规律探讨

为了得到王坡煤矿3210孤岛工作面回采过程中的矿压显现规律,通过对采场S型覆岩结构矿压规律进行分析,并建立工作面采空区顶板力学模型计算得到3210孤岛工作面回采过程中初次来压步距为32.4 m,周期来压步距为20 m。进一步使用3DEC数值模拟软件进行该孤岛工作面的回采作业分析其矿压规律,确定3210孤岛工作面回采过程中初次来压步距与周期来压步距分别为35 m、20 m,工作面煤壁前方约9~12 m范围内将出现24 MPa的峰值超前支承压力,超前支承压力的影响范围为50 m左右。研究结果可以为煤矿提前采取应对措施确保孤岛工作面的安全高效生产。     

用于甲醇与乙腈体系分离的变压间歇精馏模拟优化

为了有效降低排放废水的COD及原料成本,采用变压间歇精馏工艺以分离由甲醇和乙腈形成的最低共沸物。针对甲醇和乙腈共沸物,基于Txy相图以分析分离该共沸物系的可行性,并借助Aspen Plus和Aspen Dynamics模拟软件对工艺流程进行构建,即以年度总费用最低为目标,优化工艺的进料组成、液体分率、操作压力等参数。结果表明,当进料组成中甲醇含量为85 mol%、液体分率为0.5、低高压塔操作压力分别为1 atm和3 atm时,年度总费用(268514美元)最低。基于以上参数,分离后的甲醇-乙腈共沸物系中各组分的纯度均高于99.9 mol%;甲醇产品罐中,甲醇纯度最终达到99.96 mol%,持液量为80.15 kmol;乙腈产品罐中,乙腈纯度最终达到99.999 mol%,持液量达到15.6 kmol。     

基于FLAC3D的综放面矿压显现规律研究

为了确保矿井的安全开采,揭示某矿矿压显现规律,采用FLAC^3D数值模拟软件对工作面走向、倾向力学和位移特征以及工作面初步来压步距、周期来压步距进行了模拟分析。研究得出:在沿走向方向,工作面顶板面形成拱形分布的应力释放区,随着工作面的推进,顶板的覆岩高度和应力拱结构逐渐向上发展;在沿倾向方向,工作面顶底板的位移分布呈现非对称的特征,顶板应力轮廓向工作面倾斜上方偏移;工作面的初次来压步距为40 m,周期来压平均步距为11.8 m,为工作面的支护选择和支护方式提供理论依据,为顶板围岩控制提供了重要参数。     

千米深井工作面推进步距与采动应力分布影响规律分析

以开滦矿业集团赵各庄煤矿为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法对埋深在-1 100 m以下的2337E工作面的采动应力分布规律进行了对比研究和分析,得到了千米深井条件下采动应力变化与工作面推进步距的"有限协同效应",即随工作面推进步距的增加,超前支承压力峰值、影响范围、峰值位置距煤壁距离都会相应增加,但不会超过一个稳定值。     

大采高工作面切顶卸压沿空留墙技术可行性研究

为解决大采高工作面沿空留墙混凝土墙体承载大导致墙体大量变形的问题,针对王庄煤业沿空留墙现场条件,对沿空留墙混凝土承载结构进行了确定,计算了混凝土墙体承受载荷与其最大承载能力,提出了采用切顶卸压技术减弱墙体承受载荷。通过数值模拟分析得出采用切顶措施后,可以有效减小工作面侧向支承应力峰值,减小混凝土墙体承受的载荷,降低回采巷道煤帮侧应力集中现象,达到卸压的效果。以数值模拟结果为基础确定采用爆破切顶技术,切顶高度为15 m,并对爆破方案进行了设计。现场实践结果表明,该爆破切顶方案成功起到了卸压护巷的作用。     

深孔预裂对采空区瓦斯抽采效果的影响研究

针对大跨度工作面采空区坚硬顶板悬而不落易造成瓦斯超限的问题,以潞宁矿地质条件为工程背景,用数值模拟、现场测试方法开展了采空区瓦斯治理研究。FLAC_^3D模拟结果表明：顶板未采取任何处理措施时初次来压步距达到了60m;基于深孔爆破和采空区高位钻孔抽采原理,现场试验结果表明：采取深孔预裂后,工作面倾向来压步距不同步,初次来压步距减小为31～45m;来压后,高位钻孔最高瓦斯抽采浓度、纯流量增加了1.8倍、5.6倍;顶板来压对高位钻孔和插管抽采均具有促进作用,但对高位钻孔抽采影响程度更明显,且来压后瓦斯治理主要以抽采为主。