地面定向井+水力割缝卸压方法高效开发深部煤层气探讨

为了提高深部煤层气储层压降效果,针对深部煤层储层压力大,地应力高,渗透率低等特点,基于切割卸压提高储层渗透率原理,综合矿井下瓦斯抽采实践及地面开发非常规天然气技术方式,提出了地面定向井+水力割缝卸压方法高效开发深部煤层气的方法。地面定向井+水力割缝卸压方法主要包括地面定向钻井和分段水力割缝2个过程。该方法增渗增产原理为:定向井眼和水力缝槽沟通天然裂缝系统,高压水力切割过程中诱导煤层产生裂隙,增加导流通道数量与连通性;水力切割产生的多组缝槽形成卸压空间,利用地应力变化增加裂隙张开度,促进储层压力释放。相比常规水力压裂而言,该方法更有利于形成网格化流体运移通道,扩大煤层卸压范围和卸压程度,强化煤层气解吸扩散。而且,能够避免水力压裂过程中地应力向煤层深部传递以及压裂液注入造成的储层伤害,因而适用深部煤层气储层复杂地质条件下的增产改造。鉴于地面工况条件与矿井下工况条件的差异,提出了地面定向井+水力割缝卸压方法开发深部煤层气需要解决的关键技术问题,包括水力缝槽参数控制,固相颗粒的返排,定向井完井与水力割缝匹配性,以及高压流体传输动力损失。地面定向井+水力割缝卸压方法在非常规天然气开发以及深部煤炭...     

准噶尔盆地煤层气勘探开发与地质研究进展

准噶尔盆地煤层气资源极为丰富,已开展近30个煤层气勘查项目,施工煤层气井270余口,建成白杨河、四工河、乌鲁木齐河东煤层气开发先导试验区,正在着力推进煤层气规模化开发利用,多个区块呈现出煤层气单井高产势头,针对多、厚、大倾角煤层顺煤层钻井、储层改造、优化排采技术不断推广应用,带动了新疆煤层气产业起步发展。系统总结准噶尔盆地煤层气成藏特殊地质条件,科学分析前期煤层气勘探开发的现状与趋势,全面梳理煤层气勘探开发所面临的地质难题,以期为新疆地区乃至中国中低煤阶煤层气的高效开发提供借鉴。盆地周缘构造隆升、水力逸散、煤层气风氧化带深延是制约煤层气资源分布和勘探开发潜力的不可忽略的地质因素,盆地腹地包括煤层气在内的深部煤系气资源潜力巨大,开展煤系油气地质综合研究、拓展煤系气勘探开发领域势在必行。盆地边缘多个区块煤层气富含CO₂且呈现随煤层埋深增大CO₂体积分数增高的异常现象,拟以水动力场和水化学场耦合作用为主线,气体差异构成与禀赋为线索,鉴别多源多阶气体来源、混合度及成藏贡献,揭示CO₂异常富集成因,探索流体场主导作用下的煤层气多源...     

碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展

我国碎软低渗煤储层分布广泛,然而由于其煤体松软、破碎、渗透性差,常规的直井/水平井煤储层直接压裂技术应用于碎软低渗煤储层强化及其煤层气地面开发的效果并不理想,碎软低渗煤储层煤层气的高效开发是制约我国煤层气产业大规模发展以及煤矿瓦斯高效治理的重要技术瓶颈。在系统分析我国碎软低渗煤储层特征及煤层气地面开发中存在的问题基础上,以水平井为基础井型,围绕间接压裂、应力释放和先固结后压裂3种不同的技术方向,梳理了目前碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展。归纳评述了以顶板间接压裂、夹矸层间接压裂以及硬煤分层间接压裂为内涵的间接压裂煤层气开发技术,以水力喷射造穴、气体动力造穴、扩孔+水力喷射+流体加卸载诱导失稳造穴、水力割缝为不同应力释放方式的应力释放煤层气开发技术,以及先微生物诱导碳酸钙固结碎软煤储层再进行水力压裂的先固结后压裂煤层气开发技术。间接压裂技术的工程实践探索已有较多积累,在地质条件适宜地区对碎软低渗煤储层强化取得了较好效果,而以应力释放为代表的碎软低渗煤储层强化新技术探索已取得重大进展,并进入工程试验和验证阶段。水平井应力释放技术针对碎软低渗煤储层特性和新的开发原理,其对储层改造潜...     

变压吸附法提纯驱替煤层气中甲烷的实验研究

通过采用二氧化碳驱替煤层气的甲烷可为二氧化碳的封存提供经济价值,但二氧化碳的混入易降低煤层气的利用价值,因而需通过气体分离的方法对甲烷进行提纯后再进入管网并输送至下游用户使用。为了进一步实现CO₂的捕集与煤层气的提纯利用,使用自制吸附剂进行CH₄/CO₂变压吸附分离中试实验研究,即利用变压吸附中试实验装置以探索不同工艺参数对产品气体积分数和吸附剂处理量的影响,并通过连续性变压吸附实验,形成完整的CO₂/CH₄分离提纯工艺。实验结果表明,通过两级变压吸附工艺提纯后,CH₄体积分数可由原料气中的80%提升至99.21%,回收率达94.93%,CO₂体积分数由20%降低至1%以下。使用变压吸附法能够提纯CO₂驱替煤层气中的甲烷,从而降低CO₂驱替煤层气工艺对煤层气浓度的影响。通过两级变压吸附提浓甲烷实验,已形成产出气压缩、脱水除油除尘净化、两级变压吸附CO₂/CH_4...     

以煤系天然气开发促进中国煤层气发展的对策分析

为了提高中国煤层气勘探开发程度,促进煤层气产业发展,分析了中国煤层气勘探开发现状与面临的问题,提出1 200 m以深煤层蕴藏十分丰富的煤层气资源,且多与致密砂岩气叠合共生,展现了煤系天然气广阔的勘探开发前景。根据煤层气及煤系砂岩气开发特点,对煤层气及煤系砂岩气划分为自生自储型、内生外储型2类气藏模式,提出将煤系的煤层与砂岩互层段,统一作为目的层进行综合评价,在垂向上拓展勘探开发空间,显著增加资源丰度,同时煤层与砂岩立体压裂改造也比单一煤层压裂更能提高储层改造效果,并提出煤系天然气综合勘探开发工作建议。     

低效煤层气井多次压裂增效开发技术研究

延川南煤层气田经过6年多开发实践,认识到储层改造体积小导致的缝控储量规模不足是煤层气井低产主因之一。气田呈现出低效井井数占比高、贡献产量小的生产特征。为改善气田开发形势,急需开展低效井增效开发技术攻关。理论研究表明,水平应力差异系数(K)越小,水力压裂越易形成复杂缝网;压裂施工产生的诱导应力能够改变储层应力状态,降低K值;多次压裂施工能够多次诱导储层主应力重定向,有助于低渗煤层形成复杂缝网系统。以鄂尔多斯盆地东南缘延川南煤层气田稳产期短、剩余储量丰富的低产气井为研究对象,开展以梯次提高排量、逐渐增大前置液量、组合加入支撑剂为主要特征的多次压裂增效开发技术现场试验。应用后,监测的裂缝缝长是单次施工产生的缝长3倍以上,裂缝形态由单一裂缝转向复杂缝网,有效扩大储层改造体积;通过多次组合加砂实现缝网有效支撑,在深部煤储层建立高效导流通道。复产后,试验井气液平均日产出量分别提高5倍、7倍,评估最终可采储量增加5倍左右,提高煤层气单井产量和最终采收率,实现低效煤层气井高效治理,增产效果显著。在随后推广应用的22口煤层气井中,实现单日平均产量和最终累计产量的双突破,证实多次压裂增效开发技术能够提高深...     

沁水盆地北部古交区块煤层气压裂工程属性评价

地面煤层气的开发过程非常复杂,除了受地质条件影响外,钻井、完井工程属性以及排采制度很大程度上影响气井的产量。已有的开发实践证实,煤储层水力压裂改造是煤层气增产的主要手段之一。通过分析已有煤层气的压裂工程属性特征,揭示压裂效果对煤层气产能的影响关系,对下步制定煤层气开发方案或低产低效井治理具有重要的指导意义。     

中国南海北部枯竭气田CO2封存潜力展望：以崖城13-1气田和东方1-1气田为例

碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage,CCS)技术作为缓解全球气候变暖、减少CO₂排放的有效路径之一，其潜力评估至关重要。目前CCS技术主要包括枯竭油气藏封存技术、CO₂强化石油(天然气)开采封存技术、CO₂驱替煤层气封存技术以及咸水层CO₂封存技术。枯竭的油气藏具有良好的圈闭构造，地质条件十分适合CO₂封存。南海北部油气勘探开发历经半个世纪，已建成荔湾气区、东方气区、乐东气区、崖城气区和陵水中央峡谷带气区等五大气区，“南海万亿方大气区”建设稳步推进。同时，部分气田的开发生产进入了末期(枯竭期)，且该类气田CO₂含量较高，在对该类气田地质特征描述的基础上，依据已知的天然气产出量，对其CO₂的有效封存量进行了计算。根据初步的定量计算结果，优选的崖城13-1气田和东方1-1气田的CO₂有效封存量分别为1.2×10⁸ t和2.3×10⁸ t，显示...     

井下高压液态CO2压裂增透煤岩成套装备研制与应用

我国煤层渗透率低、瓦斯压力高、含量大,原始煤层瓦斯抽采困难。为提高煤层瓦斯抽采率、缩短预抽时间,必须实施人工增透。而众多压裂增透技术中,液态CO₂压裂兼具压裂增透和驱替置换的双重瓦斯强化抽采作用,是当前低渗透煤层压裂改造方法的一个研究热点。为探索液态CO₂(L-CO₂)压裂增透技术在高瓦斯低透气性煤层中的应用及效果,类比水力压裂施工工艺,提出了井下高压(30 MPa)液态CO₂压裂增透煤岩成套装备系统架构,确定了决定装备性能的5个关键参数。基于弹性力学理论、相似模拟实验和装备自身结构特点,综合考虑L-CO₂低黏强渗透性和其相变特征,建立了L-CO₂压裂煤岩起裂压力计算模型,推导了水和L-CO₂压裂注液量的量化表征关系,得到了关键参数的科学确定方法。采用该方法,针对淮南潘三矿C_13-1煤层地质赋存条件,研发了国内首套井下高压(30 MPa)L-CO₂压裂增透煤岩成套装备,进行了井下上向穿层钻孔...     

不同排采程度煤储层注CO2驱煤层气模拟评价

在“双碳”战略背景下,开展煤中封存CO₂和提高煤层气采收率（CO₂-ECBM）研究有重要现实意义,我国也已开展多方位的先导性试验和工程示范。已有的工程实验表明,煤储层的排采程度对CO₂注入的难易程度有重要影响,然而还缺少定量数据的支撑以及对CO₂注入及驱煤层气的效果的评价。借助数值模拟手段,以沁水盆地柿庄北区块SX018-5H井煤层气地质和工程条件为基础,构建了含1口水平井和2口直井的3号煤层CO₂-ECBM工区,设计了水平井排采0,1,2,3和4 a后,在1 a内连续注入万吨CO₂,以及排采4 a后持续注入CO₂共计6个注入驱替方案,对比了10 a模拟时间内注入CO₂各方案及不注入CO₂方案的气井产出和储层动态变化情况。研究结果表明,在沁水盆地南部柿庄北区块3号煤层地质条件下,水平井具有较高的CO₂注气效率,3号煤层具有较大的封存潜力,注入万吨CO₂     

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。     

阳泉寺家庄井田81号煤底板黏土组分及压裂工艺

阳泉矿区寺家庄井田8₁号煤段底板中含有大量的煤系气，但目前仍没有获得理想的煤层气增产效果。通过对目标层段岩石进行黏土组分分析，结果显示该段岩石黏土矿物主要为高岭石和伊利石，且含量相近。针对高岭石的速敏效应和伊利石的水敏效应，采用氮气爆破压裂造缝效果明显。压裂初期东西两翼裂缝扩展不均衡，西翼较长，东翼略短。压裂完成后东西两翼裂缝缝长变化相近，裂缝总长276 m。压裂后排采数据显示:气产量维持在790 m³/d左右，且能保持稳产。相比普通水力压裂，优化后压裂施工效果显著。     

双碳战略中煤气共采技术发展路径的思考

自提出“双碳”目标以来,我国生态文明建设已进入以降碳为重点战略方向的关键时期。煤炭作为兜底能源的地位短期内不会改变,能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变的核心即为CH₄-CO₂协同减排。在精准分析碳达峰、碳中和阶段煤矿CH₄-CO₂双重碳减排面临挑战的基础上,明确了双碳战略中煤气共采技术发展需结合现状需求-技术攻关-政策驱动的核心原则,制定了双碳战略中煤气共采技术的发展路径,论述了其中的关键技术问题。碳达峰阶段,CH₄减排以排放源管控为基础视角,核心为瓦斯抽采-利用全周期碳减排关键技术,包含瓦斯富集区靶向精准抽采技术、低渗煤层增透及注气驱替增流抽采技术、关闭矿井瓦斯逃逸通道封堵减碳技术、瓦斯富集-提浓-利用一体化技术,目的是大幅提升高浓度瓦斯抽采-利用效率,减少低浓度及通风瓦斯碳排放;CO₂减排以“CCUS+生态碳汇”全域负碳排放技术为核心,包含煤层CO₂封存、工业固废采空区充填协同CO₂地质封存、煤矿碳封...     

高阶煤水力压裂负效应分析及改造方法优化

水力压裂是煤层气直井储层改造的主要方式,但在改善储层渗透性的同时会对煤层气开发产生一定的副作用。基于对沁水盆地南部煤层气水力压裂生产实践研究,总结了压裂带来的增大煤岩应力、水锁伤害及激动煤粉源3个方面负效应;针对水力压裂负效应并兼顾工程技术对地质特征的适应性,提出了针对煤层中下部软煤带造穴,并在煤层顶板附近进行水力压裂的储层改造方法,该方法包括造穴层位选择、在造穴液中加入合适比例空气和煤粉分散剂以及采用脉冲式造穴方式的喷射造穴工艺优化以及水力压裂层位选择优化。研究表明,该方法达到了泄压、造缝、增透的目的,又减少了改造对储层造成的负效应影响,起到了很好的储层增产改造效果。     

双碳目标下煤气同采技术体系构想及内涵

“双碳”的确定对煤气同采发展理念提出了绿色低碳的新要求。立足我国以煤为主的能源禀赋特点,针对煤矿CH₄-CO₂双重碳减排技术难题,通过探究煤矿瓦斯高效精准抽采、煤矿瓦斯全浓度梯级利用及煤层CO₂捕获-封存-利用等关键技术问题,提出了以煤矿CH₄-CO₂近零碳排放为核心的全生命周期煤气同采技术体系构想,从低碳融合技术与负碳技术两方面阐述了该构想体系,并简化分析了相应的碳源汇机制。煤矿瓦斯高效精准抽采涵盖瓦斯含量精准原位测定、瓦斯涌出量精准预测、瓦斯高效抽采区域精准辨识、瓦斯抽采精准施工设计、瓦斯抽采精准增透及瓦斯抽采精准调控;在瓦斯全浓度梯级利用方面,提出了高浓度瓦斯直接利用、乏风瓦斯及低浓度瓦斯提浓增效技术为主的阶梯式综合利用体系;煤层CO₂封存作为典型负碳排放技术已处于商业运行阶段,笔者及其团队则聚焦煤矿CH₄-CO₂近零碳排放核心,提出了CO₂煤矿采空区吸储与植被固碳理念。最后阐述了双碳...     

黔西松河井田龙潭煤系煤层气-致密气成藏特征及共探共采技术

基于煤系气共探共采示范工程,分析了黔西松河井田龙潭煤系煤层气-致密气赋存特征及开发条件,探讨了煤系气共探共采的适配性技术工艺。研究表明:井田煤系气主要赋存于龙潭煤系多个煤层及临近细砂岩、粉砂岩中,具备多煤层共采、煤系气共采的资源及开发条件。煤储层具有高温、超压、高含气量、含气高-过饱和的特点,适宜进行煤层气地面开发;但在区域高地应力背景下,裂隙闭合、矿物充填等原因导致储层原始渗透性差,煤系气地面开发需进行储层改造。气测录井、裸眼综合测井及含气层综合评价是井田煤系气共探共采中发现、认识、评价含气层及产气层段优选的关键技术,可为煤系气共探共采方案制定提供依据。在丛式井组开发模式下,"小层射孔、组段压裂、合层排采"系列工艺与井田地形地质条件相匹配,可显著提高多煤层共采、煤系气共探共采的工程效果。     

煤层CO2安全封存研究进展与展望

以CO₂地质封存为代表的负碳排放技术是实现我国碳达峰、碳中和战略目标的重要途径。煤层CO₂封存成本低,同时可实现煤层气高效采收,符合国家绿色发展理念。尽早布局煤层CO₂封存安全研究是保障我国碳达峰、碳中和目标的战略要求。对煤层CO₂封存技术发展现状和安全问题进行了梳理和分析,当前煤层CO₂封存仍处于示范阶段,规模化推广应用尚未实现。煤层CO₂封存安全性主要受封存地质体结构、地质灾害、工程扰动等因素影响,现有安全监测方法多以CO₂泄漏产生的某些环境效应为监测对象,缺乏对封存地质体自身安全性的监测。煤层碳封存全生命周期安全性存在诸多研究空白,严重制约着我国煤层CO₂封存技术的发展。针对现存问题,总结提出了应对煤层CO₂封存安全的4项关键技术,即煤层安全储碳机理与主控因素、煤层碳封存风险探测与安全评价方法、煤层碳封存全生命周期安全监测预警技术以及煤层碳封存风险应对与应急处置规范。通过上述4个方面的...     

高能气体压裂技术在云南恩洪盆地煤层气开发中的试验应用

恩洪盆地煤层气资源丰富,但煤储层渗透率低、水敏性强,开发难度大。采用水力加砂压裂技术对煤层气井进行增产改造效果不理想,因此提出并开展了高能气体压裂技术在煤层气开发中的试验应用,以期在煤储层中产生和形成多裂缝体系,同时产生较强的脉冲震荡作用于地层,改善和提高煤层导流能力。本文介绍了高能气体压裂技术在B井煤储层改造上的试验应用,分析了作用机理、工艺设计等,并提出了今后的研究方向,对探索我国煤层气有效开发的新途径具有重要的意义。     

超临界CO_2压裂煤岩储层增产煤层气应用发展前景

超临界CO_2压裂作为新兴渗透率强化技术以其对煤岩储层独特的物理化学力学特性改造,以及对储层近乎零损伤的特点受到了研究者的广泛关注。本文通过分析对比不同压裂介质作用下煤岩体的起裂压力与时间、裂缝扩展规律及渗透率变化,结果发现,水力压裂的裂缝扩展形式单一;液态CO_2压裂的衍生裂隙发育程度不高;超临界CO_2压裂形成的层理裂隙与衍生裂隙复杂程度高。特别地,超临界CO_2压裂煤体起裂压力比水力压裂低约39.48%,起裂时间是水力压裂的1.2倍以上,渗透率变化量是水力压裂的3倍左右。总体而言,超临界CO_2对煤储层的物理化学及力学特性的改造,为煤储层致裂增渗、增产煤层气理论与技术取得突破性进展提供了新思路与方法。     

我国次生生物成因煤层气研究进展

为总结我国次生生物成因煤层气理论研究和工程实践发展现状,全面收集了我国煤层次生生物气比较丰富地区的煤层水和产气的地球化学数据,归纳总结前人研究结果,从形成机理、形成环境、产气特征和煤层气生物工程多角度进行探讨。结果表明：次生生物气在我国低煤级、中煤级以及高煤级含煤储层和煤矿区中均有存在,总体富含次生生物气地区中的地下水动力条件不强,普遍处于弱径流的水动力环境中,且水型多为Na-HCO₃型和Na-Cl·HCO₃型;此外,煤层中次生生物气与热成因气往往混合存在,同时部分存在热成因气的生物再改造迹象,且产气途径多以CO₂还原为主,气体组分较干;目前,我国人工煤炭次生生物气数量尚达不到工业规模,煤层气生物工程还处于早期试验阶段,这主要受限于煤炭生物转化效率低和规模性生物气化技术不成熟;发现和培育高效产甲烷菌,将煤层气生物工程与采煤采气一体化技术相结合,实现规模性生物降解产气,是微生物增产煤层气工程可持续发展的必要之路。