樊庄区块煤层气羽状水平井钻井实践

山西沁水盆地樊庄区块的煤层具有埋深适中、厚度大、分布稳定、保存条件好、煤储层物性较好和含气量高等特点，如果利用常规直井开发，从提高裂缝导流能力、减少对煤层的伤害和降低单井钻井成本、扩大单井控制面积、提高单井产量等方面都达不到理想的效果。因此，采用羽状水平井开发是有必要的。通过对山西沁水樊庄区块地质特征的研究，得出了该区块满足羽状水平井钻井技术开发的结论，结合樊庄区块煤层气羽状水平井晋平井组钻井的现场实践研究，提出了煤层气羽状水平井的关键技术（井眼轨道控制技术、洞穴井交汇技术和沿煤层钻井井眼稳定性技术），并对其进行了相应的分析研究，研究成果对利用羽状水平井钻井技术开发煤层气具有一定的实际应用价值。     

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文章在地温梯度、埋藏史研究的基础上，探讨沁水盆地煤层的热演化过程及其对煤层气地球化学特征的控制作用。通过对沁水盆地南部阳城地区和西部霍州地区的煤层热演化史和煤层气地化特征的对比研究表明，演化程度最高的地质时期决定了煤层气的组份和组份碳同位素特征，即是决定煤层气地球化学特征的关键地质时期，如沁水南部晋城地区的3#煤层在早白垩世末的R_o值达到2.4%～4.2%的最大值，从而形成甲烷碳同位素分布为-29.9‰～-36.7‰的煤层气；三叠系末期，霍州地区2#煤层处于成熟阶段（R_o=0.8%～1.2%），决定了该地区煤层气甲烷碳同位素分布为-47.6‰～-51.7‰。反之，煤层气的组份和组份碳同位素特征也反映了煤层所经历的热演化过程。     

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以沁水盆地等煤样品煤孔隙分析和等温吸附试验研究为基础,通过煤吸附气体动力学过程和吸附理论模型分析,从物理化学层面对煤吸附气体的固气作用机理进行了深入探讨。认为：煤吸附气体动力学过程包括渗流阶段、表面扩散阶段、体扩散阶段和吸着阶段;煤—煤层气吸附体系的吸附力和吸附能决定了不同煤级煤对不同气体吸附量的大小;扩散对煤吸附气体的动力学过程有重要控制作用;煤—甲烷吸附体系应存在多元化的吸附模型,当压力8~10 MPa以上时,Langmuir单分子层吸附模型的适应性受到限制,凝聚—吸附孔隙发育和气体凝聚是制约Langmuir单分子层吸附模型的主要原因。     

沁水盆地煤岩储层特征及有利区预测

沁水盆地是世界上储量较大的高煤阶煤层气田之一，由于该区煤岩储层的研究仍相对薄弱，煤层气的商业性开发至今未取得实质性的突破。重点描述了该区煤岩储层的宏观煤岩类型、显微组分含量、割理发育特征、孔隙结构类型、物性特征、吸附与解吸性能等，分析了对煤层气井产能的主要影响因素。采用模糊物元分析方法，对沁水盆地煤层气高产富集区进行了预测，优选出阳泉-寿阳、长子-屯留、沁水北-安泽和阳城北4个最具潜力的高产有利区，为沁水盆地煤层气后续大规模的开发指明了方向。     

煤层气藏顶板水平井排水采气数值模拟

为解决沁水盆地15号煤层气开采排水周期长,产气效果差的问题,避免顶板K2灰岩层对煤层气开发的影响,对煤层气藏顶板地层水采用水平井排水采气工艺提高煤层气开采效率,通过数值模拟方法建立流动机理模型,研究排水采气对15号煤层和顶板K2灰岩层合层开采的效果及其影响因素。结果表明:水平井排水采气可明显缩短排水降压时间,增加累积产气量。产气量与水平井在顶板中的位置、水平井与直井压裂缝的角度、水平段长度等有关;见气时间与水平井排采强度有关。水平段越长,产气量越高;水平井位于K2灰岩层中部时产气效果好于位于K2灰岩层底部;当水平井与直井压裂缝呈45°夹角时,产气效果最好。水平井排水强度对见气时间影响较大,对累积产气量影响较小。     

煤层气定向羽状水平井数值模拟技术应用

定向羽状水平井技术是近几年兴起的一项煤层气的增产技术。目前，在煤层气数值模拟的研究方面国内外已经作了大量的工作，但数学模型多为直井压裂井，没有专门描述煤层气定向羽状水平井开采特征的数学模型。对渗流所编制的定向羽状水平井开采煤层气数值模拟软件做了进一步的改进，首先介绍了定向羽状水平井数值模拟软件的数学模型，然后利用该软件对大宁DNP02井进行了产能预测，并计算得出最佳的排采压力。分析预测结果证明，该软件用于煤层气产能预测是可靠的。通过产能预测量化了该地区煤层气勘探开发的前景，最佳井底压力的确定可以对煤层气开发方案设计提供参考，实现了煤层气数值模拟的目的。软件的应用对这一项新技术在我国的推广应用和煤层气的大规模开采能够起到重要的指导作用，并取得较好的经济效益。     

煤层气与常规天然气地球化学控制因素比较

山西沁水盆地南部晋城地区和西部霍州地区的煤层热演化史和煤层气地球化学特征的对比研究表明，演化程度最高的地质时期决定了煤层气的组分和组分碳同位素组成特征，煤层气的组分和组分碳同位素组成特征也反映了煤层所经历的热演化过程。由于煤层气储集于其源岩煤层中，因此热演化过程对其地化特征的控制作用既不同于常规气藏的阶段聚气过程，也不同于常规气藏的连续聚气过程。由于储气方式的差异，次生作用对煤层气和常规天然气地球化学特征的影响方式和效果也不同。图2表2参23     

中国高煤阶地区的煤层气勘探理论与实践

通过对中美两国煤层气生成地质条件的对比,认为中国煤层气形成和富集有着不同于美国的特征。我国华南和华北地区广泛分布高煤阶煤层,煤层气资源丰富。在成煤后期多个方向和期次的构造运动改造下,部分高煤阶煤层的渗透性有可能得到改善。通过地质研究,可以在高煤阶地区找到高产富集区。在这种思路指导下,在我国沁水含煤盆地南部无烟煤地区发现了大型高煤阶煤层气田——沁水煤层气田。这不仅丰富了煤层气富集成藏理论,对于拓展煤层气勘探领域也具有重要意义。     

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煤层气主要以吸附状态赋存在煤岩基质中，只有当储层压力降低后才可以从基质中解吸出来，煤岩裂隙或割理中多被水充满，而裂隙与割理是煤层中的主要运移通道，煤层气需要通过排水（裂隙或割理）降压（煤岩储层）方式才得以采出，故煤层气的产量受煤岩性质、压力水平和两相渗流特征等多种因素的影响。文章分析认为，影响煤层气井单井产量的主要因素包括煤岩渗透率、孔隙度、吸附能力、含气量、临界解吸压力、相对渗透率等；为提高煤层气井单井产量，必须通过洞穴完井、压裂改造或水平井等方式，改善井底渗流条件，有效地降低井底流压，扩大压力波及范围，增加有效解吸区，扩展两相渗流区范围。为实现煤层气的规模开发，必须深化认识储层特征，结合地质实际，选择合适的开发技术。     

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中国的煤层大多具有致密、低渗透率特性，煤层气解吸、渗流困难，影响煤层气产量的因素较多且复杂。文章系统地分析和总结了煤层介质的低渗透率特性、煤层气的解吸扩散渗流特性、煤层与围岩的组合方式、含气饱和度对煤层气产量的影响，并用R/S分析方法研究了煤层气不稳定渗流产量的变化趋势，在此基础上，用灰色GM(1，1)模型预测了煤层气产量的变化规律，进行了实例分析。结果表明：煤层渗透率中等、含气饱和度在78%以上、压裂等措施是获得高产量煤层气的关键因素；R/S分析方法和GM(1，1)模型相结合是预测煤层气不稳定渗流产量变化的有效方法；根据上述关键因素和分析及预测的方法，科学预测煤层气不稳定渗流产量变化规律，有利于合理开发煤层气资源，提供洁净的能源，有效地保护大气环境，并从根本上改善煤矿安全生产条件，减少瓦斯爆炸事故。     

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文章回顾了“七五”以来四川石油管理局在定向井、水平井方面取得的技术进步及“八五”以来在几个方面应用和试验研究取得的成果。根据四川石油管理局该项技术的现状提出了在四川进一步发展定向井、水平井技术应解决的问题和进一步应用的范围。文章对四川石油管理局进一步利用定向井、水平进技术实现挖潜增产具有一定的指导意义。     

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从煤储层特性分析入手，讨论了现有煤层气井增产技术的不足，阐述了用特殊的羽状水平井来提高煤层气单井产量的有利条件。并通过室内实验和研究，介绍了煤层气定向羽状水平井的设计方案、钻井关键技术和主要工具结构原理，提出了在国内现有技术与装备条件下相应的实施方案和建议。所述技术对中国煤层气的开发具有实际应用价值。     

同层分支水平气井不稳定产能分析

多分支水平井能够数倍地增加储集层泄油气面积,有效提高气井产量。基于气体不稳定渗流理论,应用Newman 乘积原理和Green 函数,得到与x 轴平行的水平气井的压降解析解,结合坐标旋转,推导出与x 轴成α 角的水平气井不稳定产能方程,进而运用压降叠加原理,导出分支水平气井不稳定产能预测模型。分析结果表明:(1)气藏中分支水平井产量随分支数的增加而增加,但随着分支数的增加各分支间干扰作用加强,产量增加幅度减少,分支数存在一个最优值;(2)根据最优分支数,得到其产量随时间的增加而不断减小,后趋于一定值,流动达到拟稳态。     

金坛盐穴储气库定向井固井技术

金坛储气库二期二阶段为了提高盐岩资源利用率,实现达容达产,改变以往直井钻井方式,采用了丛式定向钻井建库模式,容易导致井径不规则,套管居中度也很难保证。另外,盐层埋深较浅,低温盐水水泥浆稳定性差、失水量不易控制、抗压强度发展慢;二开井段易发生漏失,水泥不能返至地面,给固井质量带来不利影响。笔者结合盐穴储气库对固井的要求,开展了低温高强盐水水泥浆、增黏盐水隔离液及配套固井技术研究。研究结果表明,低温高强度盐水水泥浆浆体稳定性好,抗压强度发展快,后期强度高,满足了盐穴储气库定向井水泥浆体系的需求;增黏盐水隔离液,配合定向井套管居中等技术措施,提高了在"大肚子"及不规则井段的顶替效率,预防固井施工憋堵;采用低排量顶替技术保证了水泥浆返至地面,盐层段有效封固。该盐穴储气库定向井固井技术在金坛储气库二期二阶段现场应用11井次,固井质量显著提升,为其他盐穴储气库固井提供了借鉴。     

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我国存在大量的水驱气藏,其压力及产量动态特征不同于气驱气藏,这已经被气藏开发的实践证实。目前对于水驱气藏气井产量递减分析理论与方法的研究,都是基于复合油藏中单相油流动时的产量递减分析理论与方法,没有涉及到水驱气藏中气井的产量递减分析问题。文章针对水驱气藏中气井的产量递减分析问题,在建立递减分析数学模型并采用拉普拉斯变换方法获得解的基础上,利用数值反演方法计算了气井产量递减分析的典型曲线,从理论上分析了气井产量递减主要受到内外区半径、气水传导系数比及气水流度比的影响,获得了产量递减的三个阶段,即第一阶段为压力波只在气区中传播的产量递减特征;第二段为压力波传播到气区边界时的产量递减特征;第三段为压力波传到水区的产量递减特征,同时用实例验证了该理论与方法的正确性。文章所研究的内容为水驱气藏气井的产量递减分析提供了理论基础。     

涪陵页岩气水平井产出剖面测试技术分析与应用

产出剖面测试技术在涪陵地区页岩气井的应用还不成熟,面临着诸多技术难点和挑战。在分析各种技术难点的基础上,有针对性地提出了解决涪陵地区页岩气井产出剖面测试技术难题的技术思路和方法。分别论述了仪器输送方式的选取、井控设备的优选、测试仪器的优选、测试制度的制定和资料解释方法。通过1口页岩气水平井产出剖面测试的现场试验和资料解释,表明了测试工艺的可行性和资料解释方法的可靠性。     

东濮凹陷煤成气成藏机理及成藏模式研究

通过对文留气田天然气气源对比追踪,确定了该气田天然气充注点和充注方向;通过源岩主排烃期及流体包裹体研究,综合判断出文留气田充注成藏的时间和期次;采用流体包裹体GOI技术,恢复了气藏的古气水界面,通过研究古今气水界面的关系,综合分析了气藏演化历史和保存情况。在解剖文留气田的基础上,对东濮凹陷煤成气成藏机理进行综合分析,建立了东濮凹陷煤成气成藏模式,为东濮凹陷近期寻找煤成气藏提供了依据。     

山西沁南煤层气井试气工艺分析

对山西沁南地区三口煤层气井试气施工工艺进行总结分析，改进了注入压降测试管柱，采用电潜泵法对煤层排采测气。对今后煤层气井的施工具有一定的指导意义。     

不共面裂缝气藏水平井产能预测模型

考虑到实际压裂水平井得到的裂缝左右两翼并不完全在同一个平面上,为使产能方程预测结果能更切合实际的产量,重点研究气藏压裂水平井裂缝左右两翼与水平井筒形成不同夹角时的产能方程。根据点源累加求和的思想将裂缝的左右翼分成n等份,求出地层中任意点的压降模型,进而推导出裂缝左右两翼与水平井筒成不同夹角时的产能方程,并利用该产能方程分析了左右两翼形成的不同角度组合对产能的影响。结果表明:裂缝与水平井筒所形成的夹角越小,其压裂增产效果越差;当裂缝左右两翼都垂直或接近于垂直于水平井筒时,其压裂增产效果最好。因此,建议在气藏水平井压裂过程中,应在工艺许可范围内尽量压出与水平井筒垂直的裂缝。      

页岩气水平井完井压裂技术综述

页岩气藏是一种超低渗透非常规储藏,水平井完井和压裂技术是页岩气获得工业性开发的关键。综述了几种页岩气水平井的完井方式,包括笼统压裂完井、限流压裂完井、套管固井多级压裂和裸眼多级压裂完井,揭示了裸眼井多级压裂具有更优的增产特性,介绍了减阻水压裂相关的液体体系、支撑剂和施工工艺,指出我国在今后的页岩气开发中应加强水平井裸眼多级压裂技术的研发。