鄂尔多斯盆地东南缘延川南深层煤层气富集高产模式探讨

鄂东南延川南区块以上二叠统山西组2号煤层作为主力煤层建成并投入商业开发的深层煤层气田,产气效果好于预期,显示了该区深层煤层气具有较好的勘探开发潜力。通过系统分析区内主力煤层构造特征、煤储层特征及煤层气富集高产控制作用,结合气田动态生产数据,认为延川南深层煤层气为含气量-渗透率耦合控制的富集高产模式,其中埋深小于1 000 m的原生裂隙发育区为自生自储型富集高产模式,埋深大于1 000 m的次生裂隙发育区为内生外储型富集高产模式,并建立了该区深层煤层气富集高产选区评价指标体系,优选出4个富集高产有利区,为气田精细排采和上产稳产提供支持,并为其他深层煤层气区块勘探开发提供借鉴。     

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。     

深煤层CO_2泡沫压裂技术及适用性研究

由于深部煤层(埋深大于1 000 m)埋藏深、渗透率较低、温度高、地应力高、储层力学性质复杂等特点,常规煤层气水力压裂技术开发深部煤层气具有一定的局限性。鉴于CO_2泡沫压裂液在煤层中滤失量小、黏度高、储层伤害低等优点,研究了CO_2泡沫压裂技术开采深部煤层气及其适用条件分析,可为下一步深部煤层气开发提供技术支撑。     

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。     

织金区块煤层气井产气量影响因素分析

为了提高织金区块多薄煤层气井产气量,通过对区块地质条件、储层压裂改造、配套工艺和排采制度4个方面的对比分析,总结出织金区块煤层气井产气量的主要影响因素。研究表明:织金区块高产井目的层埋深主要集中在500～700 m,采用4段逐层压裂且施工加砂强度在10～15 m~3/m、加液强度大于150 m~3/m时产气量可达1 000 m~3以上;最终总结出适合织金区块的"五段三压"、"避峰求面"、"面积降压"的"阶段降压"的排采模式,提高了经济效益,为该区块后续大规模开发及类似煤层气田的勘探开发、排采制度的制定提供了借鉴。     

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。     

煤层气井高产水地质与工程因素及控水措施

为解决高产水煤层气井难以有效降低储层压力的难题,需根据煤层高产水原因采取针对性措施进行煤层控水。通过对六盘水煤田古德井区高产水煤层气井从含煤性、孔渗性、含水性、构造、钻井、压裂、排采等七方面进行地质与工程研究,查找煤层气井高产水的具体原因,采取有效控水措施,实现煤层气井排水降压、解吸产气的目的。研究表明：古德井区多煤层发育,采取多煤层组段压裂、合层排采的方式,提高煤层气资源开发效率;古德井区地层含水性较弱,煤层孔渗性较差,地层出水性较弱,但断层构造相对较发育,增加断层破碎带含水、出水风险;煤层气井直接钻遇断层的概率较小,但压裂施工影响半径一般在100 m以上,易沟通井筒附近的断层破碎带,煤层气井高产水风险增加;古德井区煤层气井压裂施工沟通上部压裂段的断层破碎带导致高产水,可采取注水泥封堵的措施进行控水,控水作业后煤层气井产水量显著下降,产水降幅超过80%,储层实现有效降压。     

沁水盆地深部软煤煤层气开发实践

我国煤层气开发主要集中在煤层深度小于1 200 m的区域,埋深大于1 500 m的深部煤层气开发未取得实质性突破。针对深部软煤井壁稳定差、压裂改造难的问题,对沁水盆地深部软煤煤层气的开发开展了一系列技术攻关。研究结果表明：钻井过程中使用“氯化钾聚合物+井眼强化剂”钻井液体系,可有效控制煤层相对井径扩大率。使用16～18 m³/min超大排量、高液量、高砂量光套管压裂工艺,配合降阻剂来降低施工摩擦阻力,细砂、中砂、粗砂占总砂量体积比分别为15%、70%、15%,加砂量占总携砂液体积比自3%开始每次提高1%,可实现对深部软煤的充分改造,裂缝动态半长最大达到322.51 m,大幅提高了单井控制面积,排采产气效果良好。     

单一煤层重复水力压裂综合选井研究

为减少盲目改造煤层气低产井、有效提高其产气量,从开发单一煤层的煤层气资源条件、煤储层物性及围岩特征、一次压裂效果和排采工作制度等4个方面较系统的分析了重复水力压裂效果的主要影响因素,构建了其一级评价指标和二级评价指标。根据多层次模糊综合评价原理结合煤层气井产气特点,得出了不同级别评价指标的隶属度。以山西柿庄南区块部分煤层气井的勘探开发资料为例进行了重复水力压裂综合选井评价。结果表明:日产气量超过1 000 m3的井目前不需要重复压裂;平均日产气量小于300 m3的井,重复水力压裂需慎重;平均日产气量300~1 000 m3的井是重复压裂改造的首选,但需进一步优化泵注参数。     

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。     

煤层气物性参数随埋深变化规律研究

针对深部煤层煤层气的"高地应力、低渗透性"特性导致开发难度大的问题,分析了沁水盆地南部煤层气井岩心试验数据和测井、试井、压裂、生产等实际资料,研究了主要储层物性参数与埋深的关系。研究结果表明:不同储层物性随埋深变化规律各不同,具有跃变式变化特征;拐点变化值并不是一个确定埋深。利用BP神经网络模拟物性参数变化拐点的结果表明:选取的关键参数不同,得到的物性随埋深变化拐点值是不一致的。以力学参数为关键参数的深部煤层埋深拐点为1 043 m;侧重物性参数的埋深拐点为659~950 m;以产能因素为关键参数的埋深拐点为927~1 171 m。     

深部煤层气异常地质特征及开发技术探讨

针对沁水盆地深部煤层气地质与储层认识不足、开发措施还在探索阶段等现状，以寿阳区块15煤为研究对象，探讨了深部煤层气地质特殊性及开发对策。研究区15煤层发育稳定，煤层厚度基本在3m左右|煤层含气量大部分在10～12m3/t，纵向上受煤层埋深和变质程度的双重影响，含气量在埋深大约1200～1500m出现临界点后随深度增加逐渐降低。与其他深部地区“三高”特征不同，15煤深部储层表现为低压、高应力、中等地温的特征，属比较严重的低压力梯度和低地温梯度范畴。煤储层渗透性为高孔低渗分类，渗透率一般0.01～0.1mD，渗透性主要受煤层埋深、地应力、煤体结构和孔隙特征影响。根据15煤低水分含量、高孔隙度以及生产井产气特征，认为游离气含量可能具有较大的占比。最后提出，单独开发15煤层时可采用顶板岩层水平井分段压裂方式或围岩多分支水平井方式，该技术已在盆地南部15煤取得了产气突破|15煤层及9、3煤层多煤层开发时可采用围岩与煤层合压的垂直井方式，并对开发工程中的增产和排采工艺提出了相应的建议。     

晋城无烟煤CO2-ECBM数值模拟研究

基于晋城无烟煤储层地质条件下的储层和煤岩参数,结合晋城无烟煤煤层气藏直井生产必须压裂增产的实际,使用澳大利亚联邦科工组织的煤层气储层数值模拟软件（SIMED Win）模拟了不同生产井和注入井井距（116m、200m、300m）条件下的煤层气增产和二氧化碳埋存过程。研究结果表明,煤储层注CO2增产煤层甲烷效果明显;CO2-ECBM过程中煤层气生产井的气、水产量呈现联动变化;煤储层的割理孔隙度在甲烷解吸、二氧化碳吸附、煤岩有效应力改变的综合效应下呈现增高-降低-增高-降低的变化趋势。综合考虑煤层甲烷产量和CO2的封存能力,选择200m产注井距具有较好的注入增产效果。     

古交矿区太原组煤层气开发地质特征及产能优化

沁水盆地太原组深部煤层气资源丰富,勘探开发尚未系统开展。通过解剖沁水盆地西北部古交矿区煤层气钻井、压裂、排采资料和测试数据,揭示太原组煤层厚度、含气量、储层物性等地质条件和见气压力、排采规律等开发特征,结合数值模拟提出了开发井型和井网设计。研究区太原组8号和9号主力煤层分布稳定,累计厚度约5 m,埋深在500～900 m,以低灰和低硫煤为主,生气能力强,含气量约11 m³/t。煤层物性中等,含气饱和度高,临储比高,见气时间早,具有较好的开发潜力。影响煤层气开发因素包括构造运动导致地应力集中,工程改造困难;主力煤层见气压力较低,气体解吸困难;开发过程中间歇性排采,裂缝或孔喉堵塞等。基于资源丰度和见气压力对煤层气产气效果进行模拟,当储量丰度达到0.4×10⁸m³/km²,见气压力大于1.8 MPa时开发效果较好,模拟预测20 a累计产气量达到957×10⁴ m³。研究区水平井最佳开发指标为水平段长度700 m, 8段压裂、井距300 m。当定向井与水平井距离在...     

马兰井田异常煤层气井的成因分析

通常煤层的含气量越高,对应的煤层气井开发潜力越大,然而受地质、工程、排采因素影响,高含气煤层气井也时有低产或不产气的状况发生,导致煤层气开发出现严重亏损。通过分析马兰井田内异常井(高含气不产气)的地质、压裂、排采特征,得出了其成因机理及提出了相应的改造措施:异常井具有高含气不产气、压裂曲线异常、异常高产水、水化学异常的特点,各异常特征存在因果联系;导致异常井高含气却不产气的直接原因是长期高产水,而根本原因钻井过程中造成了2号煤层与含水层的连通;针对异常井的成因,建议通过封堵2号煤层处的射孔,仅对8号煤层进行采气。     

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。     

沁水盆地深煤层储层特征及压裂改造技术

大量搜集煤层气相关资料,在前人研究基础之上,分析了沁水盆地深煤层(埋深1 000 m)地应力、煤层压力、温度特征、含气特征、吸附/解吸特征、孔渗特征及岩石力学特征。结合深煤层储层特征,提出深煤层压裂过程应用泡沫压裂液;使用低密度支撑剂;采用变排量、大排量、段塞多目数加砂的压裂工艺。     

沁水盆地郑庄井田煤层气分段压裂水平井开发技术

为实现煤层气低成本、高效开发,基于郑庄井田3^#煤层和15^#煤层特征,提出了煤层中非固井L型分段压裂水平井强化开采煤层气技术方法。数值模拟结果表明：水力喷射压裂能产生1.5～2.0 MPa的环空封隔效果和3.5～4.5 MPa的孔内增压效果,可满足非固井水平井环空防窜流和定点压裂的目的。为解决非固井煤层气水平井钻完井、压裂改造和排采技术难题,研究形成了“优质、快速、安全”钻完井,带底封的连续油管快速拖动喷射-压裂联作分段压裂,“大排量、大液量、中砂比”活性水压裂增产改造和L型水平井精细化排采控制4项核心关键技术。实践证明,煤层中非固井分段压裂水平井开发煤层气技术在郑庄井田实现规模化开发应用,并取得了煤层气开发技术和高产气量的双重突破。     

大佛寺井田煤层气井产能主控因素分析

受煤层气开发时间、规模、地质条件、完井方式、排采方式与工作制度等方面的影响,煤层气井的生产效果往往会有较大的差别。彬长矿区大佛寺井田已实施的43口煤层气井中既有高产井,也有大量的低产井甚至不产气井。通过对大佛寺井田煤层气生产井资料统计对比分析,总结出影响煤层气井产气量的主要控制因素,如井型、构造、煤层含气量等,可为其他区块煤层气的开发提供借鉴。     

深部煤层气水平井水力压裂技术——以沁水盆地长治北地区为例

储层改造是获得低渗透煤层气井高产的重要手段,虽然我国深部煤层气资源丰富,但是由于煤储层渗透率低,面临着不同煤层气地质条件下的储层改造技术适应性差的困境。以沁水盆地长治北部地区为例,介绍了研究区地质概况和开发模式,分析了4种深部煤层气井水力压裂工艺技术及应用效果。结果显示以水平井为主要井型、实现压裂后井间干扰提产是规模化开发深部煤层气资源的主要途径。光套管压裂技术可实现大规模压裂,但容易造成储层污染,且可调性较差导致压裂效果偏差;连续油管压裂技术自动化程度和作业效率高,是目前的主流压裂技术,但是配套设施要求较高、成本高;常规油管压裂技术可实现射孔、压裂、封隔一体化作业,且射流效应定向性强,但是不能够带压作业,容易造成压力激动、压后堵前。为此,自主开发了常规油管带压压裂新技术。该技术以常规油管压裂技术为基础,在井口和井下油管内安装稳压装置控制压裂过程中油管内外的带压状态,配合钢丝绳打捞装置,优化上提下放程序,从而实现带压拖动压裂作业。该技术压裂施工曲线以压力平稳型为主,能够形成连续和平直的压裂裂缝通道,减少储层伤害;微地震监测显示压裂裂缝两翼长达70 m;试验井日产气量达4 000 m