煤层顶板糟砂岩含水层特征及对建井影响

介绍了单放井井筒附近７号煤层顶板糟砂岩含水层的水文地质特征，指出了该含水层对井筒开凿及建井过程中的影响，并提出了解决此问题的措施及建议。     

松河井田煤层气井产能数值模拟

为研究煤储层压力特性对煤层气井排采及产能的影响,针对松河井田煤层气GP井组,采用COMET3数值模拟软件进行产能模拟及预测,在此基础上分析煤储层压力特性。结果表明:孔隙度和渗透率对产气量的参数敏感性较强,对产能影响较大,应注重储层改造工作。     

基于数值模拟预测工作面顶板太灰含水层疏降水量

通过分析万峰矿地质及水文地质资料,研究万峰矿井太原组灰岩含水层水文地质特征,应用Visual MODFLOW软件,建立太灰含水层地下水数值模型,通过模型计算模拟太灰水流场动态特征,预测当回采工作面太灰水位疏降至含水层底板+160 m时,太灰含水层趋于疏干,工作面顶板太灰水的疏降水量为750 m³/h,为工作面安全回采及矿井排水设施的建立提供依据。     

基于CBM-SIM的煤层气井网优化设计

为了在煤矿准备区、规划区形成相应的井网布置方案,以实现煤与煤层气协同共采,选取梨树煤矿煤层气开发试验井,利用CBM-SIM煤层气数值模拟软件对生产井排采历史进行拟合,并对储层参数进行优化校正,实现了储层的精确表征。同时以直井、矩形井网为背景,在综合考虑压裂规模、生产需要的基础上,设定7种井间距,并借助CBM-SIM软件模拟不同井组抽采15年的产气量,以及抽采5年的瓦斯含量动态变化值,最终针对煤矿不同区域分别确定最佳井间距。研究表明,准备区、规划区的最优井间距分别为200 m×250 m、300 m×300 m,研究成果为梨树煤矿及东北深部薄煤层区地面煤层气开发技术提供了借鉴。     

考虑基质收缩效应的矩形煤层气藏有限导流裂缝井产能评价

为了弥补煤层气藏产能评价模型的不足,提出针对基质收缩特性的产能评价模型。阐述了基质收缩效应在煤层气藏产能评价中的影响,通过结合稳态扩散定律、达西渗流定律、Duhamel褶积以及裂缝导流能力转换因子,引入新的拟时间函数,实现了在煤层气藏产能评价中考虑基质收缩效应、有限导流裂缝以及矩形边界,研究了准确高效计算产能评价模型的方法,通过对算法的优化和验证,表明评价方法达到了商业软件化的强度。拟合结果表明,新的评价模型能够较好的拟合现场生产数据,评价结果符合储层及气藏基本认识,误差较小。     

煤层气完井方式和增产措施的优选分析

在借鉴国外煤层气开发的经验及分析国外工程技术特点的基础上,利用数值模拟方法,建立了基于渗透率量化分级的完井和增产措施优选准则。通过对数值模拟计算的累积产气量分析,将煤层分为低渗、中渗以及高渗3个类别,并依此选择相应最合适的完井增产方法。低渗煤层（＜0.5×10-15 m2）适合选用水平井或者多分支水平井完井;中渗煤层（0.5×10-15～10×10-15 m2）适合选用直井压裂的方式;高渗煤层（＞10×10-15 m2）适合选用洞穴和扩孔等完井方式。     

煤粉产出对高煤阶煤层气井产能的影响及其控制

从实际资料入手,应用扫描电镜,测井解释等方法,系统研究了煤粉产出的机理,分析了煤粉产出对煤层气井产能的影响,并积极探索控制煤粉产出的方法.研究认为:煤粉产生的主要原因包括地应力变化导致煤岩基质破裂、钻井工具研磨及压裂支撑剂的打磨,并与煤岩性质密切相关;软煤层是煤粉的主要来源,其黏土矿物成分高达16.75%~22.53%,电阻率比原生结构煤低一个数量级,基本在1 kΩ·m以下,而自然伽马、声波时差明显偏高;水平钻井和压裂射孔避开软煤层段施工与使用高圆度压裂支撑剂等是降低煤粉产出的有效方法,应用防砂泵以及科学的排采技术可以有效降低煤粉产出对煤层气产能的负面影响.     

煤基质扩散系数对煤层气开采影响的数值分析

针对煤层的双重孔隙特性,采用考虑了Fick第一扩散定律和考虑有效应力的渗透率模型对煤层气的开采过程进行研究,探讨了扩散系数对煤层气开采的影响作用。采用不同的扩散系数值(1.2×10-10 m2/s与1.2×10-13 m2/s),通过数值计算,对煤层气的产量演化过程进行分析。计算结果表明:扩散作用主导的煤层气生产过程要远远长于自由相气体主导的煤层气生产过程,具体来说,基质气体压力演化过程的时间尺度(109s)比裂隙气体压力演化的时间尺度(107s)要高两个数量级;在煤层气解吸过程初期,不同的基质扩散系数对产量的影响不明显;在解吸过程后期,两种情况下单位时间内的煤层气产量相差很大,最终可达到三个数量级。     

潘庄区块煤层气井网优化设计与产能预测

为科学地布置煤层气井,保证煤层气资源得到合理、充分的开发,在综合分析潘庄区块煤储层地质条件的基础上,选择该西部QN-3井为中心的1 000 m×1 000 m正方形区段作为模拟区域,模拟目的层为3号煤,运用COMET3软件,通过历史拟合校正了基础数据,基于不同井数（4～6口）设计了4种井网方案,并对各方案进行了产能数值模拟和预测。结果表明,该区最优井间距为500 m左右,最佳布井方案为正方形加心和正五边形加心,中心井可以大幅提高产量。     

沁水盆地产层组合对煤层气井产能的影响

借鉴现有模型并结合沁水盆地现场实际，建立了煤储层双重孔隙多孔介质三维气、水两相耦合流动数学模型，研究了模型的全隐式解法，根据沁水盆地煤层和含水层的不同组合方式以及流体流动方式编制了7种组合方案，并利用自行编制的数值模拟程序对7种组合方案进行了单井产能数值模拟，最终确定将3号和15号煤层、K₂灰岩层联合作为产层是最优的组合方案.     

铁法DT3井与沁南TL007井煤层气产能对比研究

基于我国目前煤层气产能最高的DT3井和TL007井所处的地质构造背景、煤层气排采历史和排采参数的对比分析，结合煤储层物性实验成果，发现理论计算的饱和度和临界解吸压力与实际排采不一致，指出了控制煤层气产能最关键的参数是煤储层的相对渗透率和井底压力，提出了平衡开发是煤层气产能稳定、持续的重要保证。     

煤层气地质演化史数值模拟

建立了定量表述煤层气地质演化过程的动态平衡动力学模型，研究了沁水盆地南部边缘已知区山西组主煤层煤层气地质演化史特征，并用拟合方法获得部分模拟参数、对盆地深部未知区进行模拟计算，查明了未知区山西组主煤层煤层气地质演化史特征．利用模拟结果，定量预测了未知区山西组主煤层含气性和储层压力等参数的数值范围和空间变化特征．进一步通过最佳组合分析，预测未知区内山西组主煤层煤层气有利开发区分别位于沁水、郑庄东北部和沁源西南部一带、     

煤层气井排采速率与产能的关系

通过分析煤储层压裂裂缝受力状态的动态变化,详细探讨了排采对煤层气井产量的影响.指出排采的速率过大会使裂缝所受有效应力快速增加,进而快速闭合,大大降低渗透率,压降不能传递得更远,煤层气井控制半径变小;流体携带大量的煤粉和支撑剂堆积在临井地带堵塞裂缝,发生速敏效应;间歇式排采更加剧了速敏效应的发生.由此可见,煤层气井的排采必须以合理的、缓慢的速率进行,否则将造成储层的严重伤害.焦作矿区X-1井因排采速率过快,造成10 d内将液面降低了782 m,达到了煤层底板,从而出现了水产量低、基本不产气的结果.数值模拟结果表明,在达到临界解吸压力之前液面下降速率以5~10 m/d为最佳;达到临界解吸压力时应维持液面不变一段时间,然后以2 m/d的速率下降.     

负压对瓦斯抽采的作用机制及在瓦斯资源化利用中的应用

由于对负压在瓦斯抽采过程中作用机制认识不清,煤矿往往采用恒定的抽采负压,导致抽采的瓦斯浓度低、利用难度大,不利于瓦斯的资源化抽采与利用。建立了考虑基质瓦斯拟稳态扩散、裂隙瓦斯渗流、渗透率演化及煤体变形的瓦斯运移气固耦合模型,并采用Comsol Multiphysics对模型进行数值解算。分析了扩散及渗流过程对瓦斯运移的影响,研究了负压在瓦斯抽采过程中的作用机制。考虑抽采负压作用的变化,结合抽采瓦斯及漏风并联关系,获得了不同抽采负压下瓦斯浓度变化。结果表明随抽采时间增加,负压的作用逐渐减弱,降低抽采负压能够有效提高抽采瓦斯浓度。针对当前煤矿抽采瓦斯浓度低的现状,提出了抽采钻孔"分组并联"降低抽采负压、提高瓦斯资源化利用的技术措施。     

煤层气直井井筒环空压力模型

为实现煤层气直井排采各阶段井筒环空压力分布的计算,为煤层气井的控压排采提供指导。结合国内煤层气井的生产实际,研究了以油管排水、环空产气为生产方式的煤层气直井,在排采各阶段的井筒内流体分布状态。提出了环空内的纯液流仅出现于煤层气解吸产出前;气液两相流阶段的环空内仅产生泡状流与段塞流;环空内气体上升不携液。基于此,采用水动力学方法,建立了3个井筒环空压力模型,分别为环空液体单相压力模型、环空气液两相压力模型以及环空气体单相压力模型,并给出了模型间的过渡条件及模型求解步骤,从而实现煤层气直井排采各阶段的环空压力分布计算。经41口井、共71组实测数据验证,所建立的3个环空压力模型,其计算结果与实测值的平均误差依次为:2. 70%,7. 96%及3. 80%,对煤层气直井井筒环空压力的计算具有一定准确性与实用性。     

基于随机森林算法的煤层气产能模式识别模型北大核心

为探究煤层气井的排采产能特征,合理分配开发顺序,根据沁水盆地柿庄南地区煤层气生产井实际生产资料分析,提取出排采曲线4类特征值:平均日产气量、峰值日产气量、见气到峰值的时间以及生产时间;结合排采曲线形态和4个特征值建立了3种产能模式,分析了3种产能模式的生产特征;利用随机森林算法建立3种产能模式与对应3号煤层的地球物理测井资料之间的非线性关系,通过网格搜索结合交叉验证的方式确定了随机森林模型超参数,建立了以测井曲线为特征向量的产能模式分类预测模型。将预测类别与实际类别对比分析,预测正确率达到91.7%,说明基于随机森林算法的煤层气产能模式识别具有较高的预测精度。     

煤层气开发过程中渗透率动态变化规律及对产能的影响

依据弹性形变理论,建立了开发过程中煤储层渗透率应力敏感模型。根据兰格缪尔方程,建立了煤基质在解吸过程中渗透率反弹模型。综合渗透应力敏感和基质解吸渗透率反弹的研究成果,建立了开发过程中渗透率随地层压力变化的动态综合模型。研究结果显示:早期,渗透率以应力敏感为主,随着储层压力的降低渗透率降低;后期,渗透率反弹占主导地位,随着甲烷解吸和排出量的增加,渗透逐渐增大。根据对大量实际生产资料的分析,应力敏感在排水期、稳产期表现强烈;渗透率反弹主要发生在递减期,并且具有阶段性和多周期性。     

纳米陶瓷电絮凝技术处理煤层气排水的实验研究

煤层气是一种重要的能源资源,但在开采过程中会产生大量的煤层气排水。为了有效处理煤层气排水中的大量有机物和无机盐等污染物,解决煤层气排水难以有效处理的问题,本研究提出了纳米陶瓷电絮凝技术深度处理煤层气排水的方法。试验结果表明:当电解时间60min,极板间距12mm,电流密度9mA/cm~2,极板对数2对和抽吸泵出口压力为0.08MPa时,该工艺处理后的COD、SS、全盐量、Fe和石油类等污染物指标均可满足《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中Ⅴ类水体标准。     

煤层气井排采过程中储层压力传播规律研究

 煤储层压力是影响煤层气产出的关键因素，查明煤储层压力在煤层气井排采过程中的传播规律对于煤层气的开发具有重要的指导意义。为此，本文在分析煤层气井排采机理的基础上，重点研究了煤储层压力在不同的煤储层边界条件和排采制度下的传播规律。研究表明：在不同的煤储层边界条件和排采制度下，储层压力传播形成的压降曲线各异；煤储层压力的传播过程可分为两个阶段，即压力传播到储层边界之前为第一阶段，传到储层边界之后为第二阶段。