新疆阜康白杨河矿区煤层水特征及开发建议

通过对新疆阜康白杨河矿区急倾斜煤层岩石物理特征、储层裂隙系统特征、煤层水特征的研究,发现本区煤层水垂向分带特征明显,气水分异程度比较高。对比研究了本区和沁南盆地煤层水赋存特征和可采性,认为本区可采性优于沁南盆地。在煤层气井排采实例分析的基础上,对本区煤层气藏开发的井型、钻井、压裂和排采等工程技术给出了指导建议。     

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。     

新疆阜康白杨河矿区煤层气井排采产水特征研究

为了研究新疆白杨河矿区煤层气生产井排采产水对产气效果的影响,开展了煤层气井排采过程中的产水特征研究。分析了煤层气井在低产水和高产水两种产水模式下煤层气排采过程中的压力传播边界、及其对煤层气井产气的影响。分析结果表明:阜康白杨河矿区中、西部高产水煤层井储层压降在近井地带迅速消耗,难以形成持续有效扩展的降压漏斗,产量在达到一个高峰后快速降低,不利于高产、稳产。示范区东部低产水煤层井排采过程产气持续稳定,部分井产气量很高,说明白杨河矿区低产水有利于降压漏斗的持续扩展。     

煤层气井两相流多参数探测技术

为充分认识煤层气排采过程中井筒气水两相流参数变化特征及流动规律,研制了煤层气井流体参数监测仪。该监测仪可对煤层气垂直井下油套环形空间气水两相流体压力、温度、液位、流速、密度分布以及气泡形态进行实时监测,为预测井下流体参数变化特征,研究气藏及井筒气水两相流动规律提供实测值。从监测仪的原理与结构出发,建立了井筒两相流关键参数(密度分布、气泡形态、流速)的探测方法。基于此,煤层气井流体参数监测仪在煤层气/页岩气排采,智能调控排采工况方面具有应用前景。     

煤层气井两相流阶段排采制度实时优化

煤层气井气水两相流动阶段的合理排采制度的确定极为复杂,但对于煤层气井高效排采具有重要意义。考虑低渗透煤层的启动压力梯度和应力敏感性特征,根据煤层压裂后流体渗流规律的变化,基于气藏工程和稳定渗流理论,建立了煤层气藏垂直裂缝井气水两相产能方程,结合煤层气藏物质平衡方程及煤层气井产量数据,可得到煤层气井实时的采气指数曲线,根据最大产气指数原则即可实时确定最佳生产压差,从而建立了一套煤层气垂直压裂井气水两相流动阶段的排采制度实时优化方法。通过现场典型井的应用,验证了所建立的煤层气井排采制度实时优化方法的可靠性。     

阜康西区急倾斜煤储层排采过程中物性及井型优化

为了探究急倾斜煤储层排采过程中储层物性动态变化特征,采用Eclipse数值模拟软件对准噶尔盆地南缘阜康西区块煤层气井进行历史拟合和井型优化,分析了急倾斜储层排采过程中上倾和下倾方向储层压力和含气量的动态变化特征,对比了不同井网和不同水平井布井方式的产能差异。结果表明:上倾方向储层压力下降速率大于下倾方向储层,导致上倾方向储层含气量较下倾方向降幅大,且产能贡献主要来自上倾方向;排采范围确定后,将煤层气井布置在储层上倾方向,有利于煤层气的开发;顺煤层水平井在相同的水平井眼长度条件下产能要大于穿煤层水平井。     

基于渗流力学建立的煤层气井排水降压模型及排采规律分析

建立单井与群井储层压降漏斗计算模型,使用Matlab软件对柿庄南区块10口煤层气井4个排采时刻进行储层压降传播规律数值模拟分析,通过观察10口井排采动态图发现其形状可分为2类:一类是压降漏斗的横向扩展的速度是缓慢的,纵向扩展较快,这样的形状导致储层压降较大;另一类是压降漏斗横向传播快,纵向扩展的则较慢,煤储层压力在远离井筒地区下降不明显,近井地带则迅速增加。在群井共同排采的情况下,出现井间干扰现象可以增加煤层气总产量,使产气速度增加,同时井间干扰沿主应力方向表现出一定的方向性。     

基于LBM方法的井间干扰对煤层气排采的影响机理分析

为了探明煤层气排采井间的相互干扰机制对合理布设井网、提高煤层气采收率的影响,采用LBM数值模拟方法再现了煤层气从割理空间至排采井口的运移过程,并系统分析了不同排采参数及井间干扰对产气量的影响机理。结果表明,井间干扰导致井筒间产气量差异随井间距的变化表现出波动起伏特征;若考虑单井产气量,井间干扰对产气量具有分段效应,当井间距Ds小于382.5 lu(lu为模拟格子长度单位)时为抑制作用,反之为促进作用;过小的井间距不利于煤层气排采,井间距超过临界阈值382.5 lu时,可加快煤层气的采收速率;井口平均流速v同压力差△p满足幂率关系v≈3.2△p^0.94。     

阜康白杨河矿区合层排采影响因素分析

新疆煤储层普遍具有多煤层的地质特点,因此目前新疆的煤层气开发多采用合层排采技术,但已施工的合采井产气量高低不一。阜康白杨河矿区煤层气勘探程度高,39、41、42三套主力煤层的煤层气资源丰富且易于产出。以阜康白杨河为例,研究了储层压力、渗透率、顶底板岩石特征、临界解吸压力、储层供液能力等对合层排采的影响,分析了合层排采的可行性,以期在新疆后续的煤层气开发中起到借鉴和启示作用。     

煤层气井排采时地下水响应瞬变电磁法探测研究

为了有效地对煤层气排采期间水文地质动态变化规律进行监测,以潘庄区块为研究对象,利用瞬变电磁探测技术对3号煤层排采井PE-055附近的地下水进行探测,探讨垂直煤层气排采井地下水的运移规律。结果显示,煤层气井排采降压过程会使地下水的存储和水力联系发生动态变化,瞬变电磁探测技术能够较好监测地下水运移特征,表现为视电阻率和水力联系的同步变化具有较好的耦合性。在地下水连通性差的区域,排采后视电阻率具有升高趋势;而在地下水连通性较好区域,视电阻率明显降低;视电阻率的动态变化不仅反映储层改造前后的差异性,而且指示出煤层气井排采期间地下水的运移方向,试验结果为煤层气开发期间的地下水运移监测提供了新思路和技术。     

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。     

煤层气排采过程中井间干扰形成机制研究

煤层气单井排采时,由于压降漏斗的扩展范围有限,会导致产能低下。因此实际生产中都是以井网方式开采煤层气,通过井间干扰提高产能。通过总结国内外学者对井间干扰理论的研究成果,根据储层压力传播规律及压降漏斗形成机理,分析了不同边界条件下压降漏斗扩展情况,对比了煤层气井单井和井群压降曲线,简要阐明了井间干扰形成机制,揭示了井间干扰对煤层气产量的影响。     

水岩反应中泥质夹层生成固相微粒的实验研究

在煤储层地质条件和煤层气开发工程的双重控制下,以煤粉为主的固相微粒生成和运移对煤层气井连续稳定排采的制约作用尤为严重。为查明复杂煤层结构对煤层气开发中固相微粒生成规律的影响,以叠置发育煤层和泥质夹层的岩芯样品为研究对象,应用单相液流岩芯驱替仪,开展了水岩反应物理模拟实验,对比分析了在不同浓度的KCl溶液环境中泥质夹层与煤层生成固相微粒的数量、类型、运移特征及其对玻璃珠层导流能力的伤害程度。结果表明:在相同的物理模拟实验条件下,与煤层相比,泥质夹层在水岩反应中易于生成数量更多、粒径更小的黏土矿物型固相微粒;KCl溶液浓度影响着泥质夹层中固相微粒的产出规律,低浓度的KCl溶液与泥质夹层会发生高强度的水岩反应,从而使固相微粒的生成量和迁移率增大;固相微粒的黏滞状态会伤害玻璃珠层的导流能力,随着溶液浓度升高,固相微粒的生成强度和运移距离减小,渗透率降低幅度的波动变化持续时间相应缩短。结合渭北石炭—二叠纪煤田韩城矿区煤层气开发实践研究认为,以复杂结构煤层为煤层气井排采对象会使煤中夹矸的层数增加、厚度变大、岩性多样和矿物复杂,这将导致泥质夹层等敏感岩层的矿物组分和岩石结构稳定性因水岩反应和应力破坏的综合作用而相应降低,造成煤储层固相微粒的产出类型趋于复杂多样化,使固相微粒的生成强度升高和运移距离增大,进而引起更加严重的储层伤害和频繁发生的设备故障,直接影响着煤层气井排采效果。通过查明煤层气井开发层内夹矸的空间发育特征、敏感矿物类型及其含量,可在钻井、压裂和修井等生产环节中适当使用防膨剂和稳定剂来降低黏土矿物的膨胀分散程度、增强煤岩表面疏水性和提高煤粉在裂隙面的黏附力,以此减少固相微粒的生成量和迁移率,从而有效防治煤储层固相微粒的产出问题。     

煤层气井间干扰主控因素数值模拟

以潘庄西区3#煤层为研究对象,结合煤层气井排采资料及实验室测试资料,利用COMET3专用软件,建立了多井地质模型,设计了井间干扰模拟方案,探讨了多井开采过程中井间干扰的主要控制因素。结果表明:井间干扰大大加速了储层压力的降低,使得煤层甲烷大量解吸,有效解吸区面积增大,产气速度加快,煤层气总产气量也随之增大。井间距、渗透率、孔隙度是井间干扰的主控因素。井距越小,井间干扰越早发生,干扰越强烈;渗透率越大,储层渗流条件越好,排水降压速率越快,井间干扰越强;孔隙度在井组排采前期对井间干扰有较强影响,排采后期干扰程度降低。吸附常数对井间干扰影响不大。     

织金区块多煤层合采煤层气排采模式分析

为探索适合织金区块多煤层合采煤层气的排采规律,对单井进行排采试验,分析研究煤层气井在不同排采阶段的生产特征,认为区块多煤层具有解吸压力相近以及稳流压排采可导致压降传导中断的特点;在"五段三压"排采理念的基础上,引入"避峰求面"、"面积降压"等优化策略,最终提出了适合织金区块的阶段式降压排采模式。     

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。     

煤层气井产气机理及排采控压控粉研究

煤层气吸附/解吸特征、渗流机理和排采控制是煤层气井生产的重要因素。为此,进行了煤层气吸附解吸实验和渗流特征实验,结果表明:煤层气吸附/解吸是可逆的,存在"解吸滞后现象";煤层气渗流呈现二级渗流特征,即煤的基质孔隙内流体的渗流呈非达西渗流和天然裂隙及大孔隙内流体的渗流呈达西渗流;煤层气排采过程中,随着排水降压,规模开发可导致"气水分异",局部高点气产量高、水产量低,相对低点产水量高、产气量低。同时,煤层气井排采过快、洗井修井、停抽关井、液面低于煤层顶面等易造成污染,致使气水产量锐减,其伤害机理主要是煤粉堵塞伤害、应力敏感伤害和气锁/水锁伤害。基于伤害特点及伤害机理,结合多年的排采经验,确立了以定压排采、控制合理工作压差和控制煤粉适度产出等排采工作制度。     

煤层气井煤粉颗粒表观机械运移规律

煤粉颗粒在煤层气井的排采过程中会随着流体运移至井筒,研究煤粉颗粒在井筒中的运移规律,对于优化排采参数、避免煤粉在井筒内沉积甚至埋泵非常必要。自行设计了煤粉颗粒运移实验装置,开展了煤粉颗粒静态沉降实验和动态运移实验,得到了煤粉颗粒静态沉降末速和最小携带速度。结合球形颗粒自由沉降末速的理论计算公式,建立了煤粉颗粒实际沉降末速的计算模型,并确定了不同目数煤粉颗粒的最小携带速度与实际沉降末速间的关系,最终建立了煤层气井最小日排水量的计算公式。研究表明,对于产水量较小的井,流体携带煤粉颗粒的能力与煤粉颗粒的粒径、井筒内流体流速间的关系敏感,本文提出的最小排水量计算公式对于煤层气井的排采参数设计具有一定的指导作用。     

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。     

沿煤层硬分层水平井钻井关键技术

针对沁水盆地东南部赵庄矿区煤层地质构造特征,为解决煤层气水平井沿3~#煤层硬分层水平优快钻进、造斜段安全着陆、水平段井眼轨迹控制、煤层井壁防塌及固完井等问题,通过理论分析和实践经验,形成了以煤层气水平井二开井身结构设计、无导眼精准着陆、井眼轨迹精细控制、钻井液优化及分级箍固完井的成套技术体系。通过实钻验证,有效解决了煤层气水平井沿煤层硬分层水平钻进诸多问题,缩短了施工周期、降低了作业风险。研究成果对于开发3~#煤层软-硬分层煤层气水平井钻井提供了技术指导,对该区域煤层气的高效开发具有参考意义。