煤粉悬浮剂性能评价及现场实施方案设计与应用

在煤层气钻井及煤层压裂改造过程中会产生大量煤粉,煤粉沉降会堵塞煤岩地层裂缝和割理,严重影响煤层气井的产能。为了解决此难题,针对韩城区块研发了煤粉悬浮剂FYXF-3,并对其进行了室内评价和现场煤层气压裂方案设计。实验结果表明,浓度不小于0.3%的煤粉悬浮剂溶液可以稳定悬浮裂缝和井筒中的煤粉,使煤粉随排采液一同流出到地面;同时可以降低液体表面张力,增加液体排采效率,使其对地层的伤害程度小于常规活性水压裂液。在此基础上,根据韩城区块煤岩特性,设计了现场煤层气压裂改造实施方案,并进行了现场应用,取得了预期效果。     

煤层气井井底流压计算方法

煤层气井的井底流压对于煤层气井的排采方案设计与管理具有重要的意义。借鉴常规气井井底流压的计算方法,结合煤层气井的排采方式和生产特点,采用不同的方法组合计算了煤层气井的井底流压,编制了煤层气井井底流压计算软件,并将计算结果与现场实测结果进行对比。利用现场煤层气排采数据分析了煤层气排采不同阶段井底流压与煤层气产量的关系。结果表明:对于纯气段压力的计算,平均温度 -平均偏差系数法的计算值比 Cullender-Smith法高;对于气液混合段压力的计算,Podio修正“ S”曲线法计算出的结果比陈家琅 -岳湘安法和 Hasan-Kabir解析方法略高;在煤层供气充足的条件下,井底流压与产气量呈负相关关系,产气量随井底流压的降低而增加;在煤层气井排采的不同阶段,井底流压随产气量呈现不同的变化规律。     

延川南煤层气田万宝山构造带煤层气排采工艺及效果分析

通过总结归纳延川南煤层气田万宝山构造带煤层气井的检泵作业原因,分析其主要影响因素,并立足于实际生产需求,有针对性地提出了利用撬装式回流洗井方式进行煤粉治理、利用阴极保护器进行防腐及利用内衬油管进行防偏磨的工艺技术。现场实际应用表明,上述排采工艺措施均能有效延长排采井的免修期,为煤层气井的稳定、连续生产提供了有力保障。     

煤层气井排采工艺研究

排采是煤层气井开发的关键技术之一。通过分析煤层气井的排采影响因素和现场排采的试验研究,介绍了如何进行煤层气井的排采,给出了排采原则、各排采阶段过程控制的方法,并结合实例进行了说明。在煤层气探井排采中,取得了煤层气井产量的突破,日产量达到了2500m3。     

煤层气井煤粉特征及成因研究

通过井下煤储层观察查明了井下原生煤粉主要呈构造煤集合体状态赋存,根据其赋存特征分为断层煤粉源与顺层煤粉源,将井下原生煤粉与煤层气井产出的煤粉进行煤粉成分与微观特征的对比研究,发现煤层气井产出煤粉的煤粉成分与微观特征都与顺层煤粉特征一致,说明煤层气井的煤粉来源主要为顺层煤粉源。查明煤层气井煤粉的特征与来源为控制煤粉产出奠定了科学基础。     

中高阶煤试验区煤层气井排采技术

煤层气井排采是煤层气田勘探开发的关键环节。通过对和顺等3个试验区40口煤层气井排采工作的摸索和试验,总结出"五段制"排采工作制度,优化了排采设备、筛管深度、捞砂、捞煤粉等工艺技术。这些技术为煤层气井的现场排采提供了技术保障。截至2011年6月,和顺等3个试验区块均获得煤层气工业气流的突破,延川南煤层气田已进入产能建设阶段。     

煤层气排采远程自动控制平台的建立与应用

数据的远程监测已在煤层气井排采中得以应用,尽早实现煤层气井排采制度的远程调节和自动控制,对有效降低生产成本和提高煤层气井的精细化排采水平都具有重要意义。根据煤层气井生产动态特征,对排采远程控制技术进行了整体设计,结合自动化监控仪器仪表的特点,将煤层气井自动化排采分为见套压前、憋套压、初始产气和产气4个阶段,对煤层气井排采各阶段自动控制逻辑和方法进行了研究,开发了自控程序并将其嵌入现场控制终端,首次实现了对煤层气井产气量和产水量的自动精确调节,并率先采用了产气量和产水量联动控制的煤层气自动排采方式。结合生产网络和远程平台系统,通过远程制定下发排采指令,控制终端执行并反馈,实现了煤层气井排采远程自动控制。在陕西韩城地区的现场实践结果表明,自动控制平台的建立与应用有助于提高煤层气井精细化排采水平,从而实现煤层气井的连续、稳定排采。     

基于氢、氧同位素的煤层气合排井产出水源判识——以黔西地区比德—三塘盆地上二叠统为例

有效的排采水源识别是煤层气多层合排诊断的重要举措,而水中稳定同位素是水源信息的指示计。黔西上二叠统发育多煤层,煤层气开发以直井多层合排为主,不同产层组合下产能效果差异显著,产出水来源得不到有效判识。为此,基于黔西比德—三塘盆地11口煤层气井产出水样品的定期采集,对产出水样、矿井水样和地表水样共计38个样品开展同位素地球化学测试,结合煤层气井生产数据,揭示了研究区产出水氢、氧同位素组成特征及其排采水源判识意义:基于研究区大气降水线方程,煤层气井产出水氢、氧同位素组成普遍显现D漂移特点,封闭型水中氢、氧同位素偏重,水-岩作用反应强烈;区分了典型高产井和典型低产井,低产井受制于表层水干扰,产出水表现为氢、氧同位素组成较轻且D漂移不明显,而高产井产出水以同位素组成较重、D漂移明显为特点。建立了反映产出水D漂移程度的参数,其数值与平均日产气量正相关而与平均日产水量负相关。结合Cl~-、Na~+离子浓度,建立了基于产出水地球化学特征的排采水源判识模板,区分出表层水、煤层水和压裂水3类水源,气井只有产出煤层水才能获得较高的产能。黔西地区比德—三塘盆地上二叠统上部含气系统由于容易受表层水干扰,排采条件欠佳且与中、下部含气系统兼容性差,建议优先开发中部和下部含气系统。     

气井排液携砂量动态监测系统的研制

气井排液过程中携砂量的有效监测,可为气井出砂情况和压裂施工效果评价提供可靠的依据。为实现其有效监测,基于无源传感器出砂信号检测技术,研制了一种传感器和相关的出砂监测系统。同时,通过开展全面的室内和现场试验,验证了系统对流速适应性、对粒径的检测灵敏度、砂含量的不确定度、管径适应性以及出砂分辨率等性能参数,最终实现了气井排液过程中砂粒碰撞管壁产生的声学信号的有效拾取、分析、处理及出砂量的准确计算,并确定了关键参数。该监测系统的研制为气井排液携砂量的动态实时监测提供了切实可行的方法。     

非常规排液技术在长庆气田的应用

长庆气田具有典型的低压、低渗、低产特征。气井实施压裂、酸化等储层改造措施后,依靠产出气携持作用和地层能量进行排液很难达到预期效果。排液时间长且不彻底,容易引起储层二次伤害和影响正常试气生产,必须采取有效的排液技术排出积液,以提高气井产量和确保稳产。基于现场试验,提出了几种非常规排液技术的现场应用,分析了各项技术的可行性,同时开展了现场制氮气举排液试验,并评价了其应用效果;试验表明,油管注气憋压排液和套放排液法适于套压较低的气井;油套连通排液适于部分油放不通而套压较高的气井;现场制氮排液相对成本低,效果明显,值得现场进一步推广。通过试验研究,为同类气藏现场排液技术的应用和决策提供了一定的参考。     

煤层气的开采机理研究

煤层气为自生自储型非常规天然气资源。为了更好地开发煤层气,需要深入研究煤层气的开采机理。煤层气赋存于煤岩层的割理和基质孔隙中,以吸附状态为主,且与地层水共存。煤层气从孔隙壁面上解吸下来之后,才能被开采。开采地层水导致地层压力下降,进而导致煤层气解吸成为自由气,解吸后的煤层气沿割理渗流至井底后被采出地面。煤层气的开采过程包括脱气、解吸和渗流3个阶段。扩散不是煤层气的开采机理。     

微生物提高煤层气井单井产量技术研究与实践

为评价微生物提高煤层气井产量技术,向厌氧瓶中添加一定量的煤和利用煤层产出液配置的营养液,开展了煤层微生物降解煤产气实验研究。与煤层产出液相比较有益菌群浓度增加3~6 个数量级,每毫升营养液产气量为2.84 mL,煤层微生物经过营养剂激活后,反应早期产生气体主要为N2、H2 和CO2,CH4 含量较低,随着反应时间延长CH4 气体含量逐渐增加,X 射线衍射表明煤微晶结构发生变化。说明通过微生物与煤相互作用产生生物气体、降解煤组分,能增加煤层通透率促进甲烷气体的解吸,从而提高煤层气单井产量。在室内研究的基础上开展现场先导试验1 井次,现场共注入微生物工作液230 m3,措施前该井平均日产气量16.81 m3,平均套压为0.09 MPa,措施后该井日产气75.13 m3,平均套压0.35 MPa,截至2015 年底累计产气14 100 m3,目前正在持续稳产,达到了注微生物提高煤层气井单井产量的目的。     

六盘水煤田盘关向斜煤层气开发地质评价

开发地质条件研究将为贵州六盘水煤田盘关向斜煤层气勘探开发提供科学依据。为此，以煤田地质勘探和矿井瓦斯资料为基础，结合井下煤层割理裂隙观测和室内等温吸附实验等方法手段，总结了煤层气地质背景，揭示了煤储层特征和含气性特征，估算了理论采收率和煤层气资源量。研究结果表明：盘关向斜为水压向斜煤层甲烷气气藏，2000 m以浅煤层气资源量达1778×108m3；该区煤层气资源量丰富、埋深和煤级适中、含气量较高、渗透性较好，具备煤层气开发的基本条件；盘关向斜煤层主要属勉强可以抽放煤层和易于抽放煤层，部分为较难抽放煤层，煤系下部煤层透气性较上部煤层为好；煤层气利用方式则可选择发展以甲烷为原料的化工工业。     

沁水盆地煤层气田试采动态特征与开发技术对策

沁水盆地煤层气资源丰富,中国石油天然气集团公司于1994年起在该盆地内开展了大规模的勘探、试采和正式开发准备工作。从气田动态分析入手,系统研究了该煤层气田的开采特征。结果认为：压裂增产、多分支井是开发该煤层气田的有效手段;3#煤产气量高低与其地质因素关系密切;在煤层气排采过程中应保持动液面稳定下降。结合煤层气开采动态特征,提出了沁水盆地煤层气田合理的开发技术对策：①采用地面垂直井和多分支水平井相结合的方式开发该地区的煤层气资源,在此基础上优化合理的井网部署方式和增产方式;②3#、15#煤层的地质条件差异较大,建议优先考虑开采3＃煤层,15＃煤层在3＃煤层产量下降时可视储层发育情况择时投产;③在排水采气初期,应建立合理的排采工作制度,避免储层渗透率的急剧下降。     

高变质煤区的煤层气可采性

高变质煤中煤层气的勘探开发是一个极具探索性的新领域。重新认识和正确评论伉变质煤煤怪气的可采性是突破这一领域的关键。对美国执安盆地安特里姆页岩气的地质背景，成因，赋存和产出机理，气产能地质控制因素及其成功开发经验进行的全面分析表明，以吸会状态存在于地钠生殖隙储层层中的天然气，能够仅赁贷密度较高，延伸较长，走向多变且开启性较好的外生裂隙而大量产出。     

水饱和煤岩储层甲烷运移动态特征

为了获取低渗煤层两相流动参数,系统分析了水饱和煤层甲烷运移动态特征。通过水饱和煤样气体运移实验明确了两相流体流动行为,获取了气相渗透率、排驱压力和吸附速率等参数。结果表明:水饱和煤岩中甲烷运移需克服毛细管排驱压力,渗透率越小其值越大;基于压差与排驱压力的大小关系,水饱和煤层中甲烷运移可分为毛细管力控制和扩散控制两个阶段;气体存在损失现象,毛细管力控制阶段甲烷滞留于煤岩孔隙,扩散控制阶段甲烷吸附于煤岩表面;水相降低了气体扩散能力,渗透率越高吸附速率越小。研究成果有助于原地条件下低渗水饱和煤层两相流动参数测试方法的改进,有利于水饱和煤层气藏排采制度优化。     

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研究了煤层气储量计算方法，研究表明，煤层气储量计算中最重要的参数是含气量。影响含气量的主要因素包括盖层分布、地层压力及水动力条件等，含气量的分布随上述条件的变化而有所不同。煤层气的储量计算要考虑到煤层气的特殊性，同时参照流体矿藏（天然气）和固体矿藏（煤炭）储量计算方法。煤层气藏的储量计算不同于常规天然气，其含气边界的确定是以煤层含气量等值线确定的。圈定含气面积的最低含气量值根据煤层气藏地质条件、采用煤层储量历史模拟软件进行模拟确定，并参考国外煤层气开发选区的含气量标准煤层气储量计算方法有体积法和数值模拟法。数值模拟方法适合开发中期或者是生产试采资料很丰富的情况下使用。通过沁水煤层气田储量的计算验证了计算方法的可行性。     

煤层气排采中的“灰堵”问题应对技术——以沁水盆地多分支水平井为例

煤层的性质决定了煤层气在排水采气过程中"出灰"(产出煤粉)是一种必然现象,在煤层气低能量开采及关井后再次开井条件下,煤粉的产出对产能的负面影响是不可逆转的。为此,通过分析山西沁水盆地煤层气排采特征以及该区多分支水平井实钻井眼轨迹特征,找出了多分支水平井产气量达不到预期目标,以及关井实施维护性作业后难以恢复到关井前产量的2个原因:煤粉沉积堵塞了储层的运移通道,水平井段的波谷处形成的地层水和煤粉沉积加大了气体流向井底的阻力。进而提出了应对"灰堵"问题的关键技术:①煤层气水平井的井眼轨迹应在保证一定煤层钻遇率的前提下,以井眼光滑、总体上倾为原则,避免出现"波浪状"井眼;②排采井洞穴具有"沉沙"功能,便于气、液、固三相分离,是煤层气多分支水平井不可或缺的重要组成部分;③主支在稳定的煤层顶板或底板的仿树形水平井为疏灰提供了稳定的洗井通道。该研究成果为解决煤层气排水采气过程中的排灰问题提供了有益的尝试。     

煤层气其实是吸附气

煤层气开发正迅速发展,但学术界对煤层气的赋存状态问题仍存有争议。针对此问题,主要从煤层气的赋存机理和开采机理进行了研究。结果表明：①泥岩烃源岩的有机质含量低,吸附的甲烷数量少,基本上不具有开采价值;煤岩的有机质含量高,有机质吸附的甲烷数量多,具有开采价值。②煤岩的有机质极性弱,易于吸附极性弱的甲烷分子,而极性较强的矿物质则倾向于吸附水分子。③煤岩由基质岩块和裂缝组成,是裂缝性泥岩,由煤岩基质生成的甲烷自由气都运移到裂缝并散失掉了,只有吸附气保存了下来。④煤层气需要排水降压,使地层水脱气、吸附气解吸并形成自由气后运移至裂缝中才能被开采出来。⑤煤层气开采存在临界产气压力,并且在开采过程中不存在扩散现象。     

煤层气成藏条件及开采特征

根据煤层气的存储状态及煤层所处的构造位置,将煤层气划分为自生自储吸附型、自生自储游离型和内生外储型3种成藏模式,不同成藏模式的富集高产机制不同。基于沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘、阜新及铁法盆地不同层位煤层气甲烷含量及甲烷碳同位素分布研究,煤层气成藏期可划分为早期成藏、后期构造改造成藏和开采中二次成藏3个时期,特别指出了开采中窜位和窜层引发二次成藏的条件。利用沉积相分析厚煤层的层内微旋回,细划分出优质煤层富含气段;进一步利用沉积相探索成煤母质类型及其对煤层气高产富集的控制作用,阐述了构造应力场及水动力对煤层气成藏的作用机理。最后,总结了煤层气的开采特征,指出煤层气井开采中包含阻碍、畅通和欠饱和3个开采阶段,欠饱和阶段可划分为多个阶梯状递减阶段;并认为由构造部位和层内非均质性的差异形成了自给型、外输型和输入型3类开采特征。