高阶煤的孔隙结构特征及其对煤层气解吸的影响

以沁水盆地高阶煤3^#煤层为研究对象,借助高压压汞实验对高阶煤的孔隙参数进行测试,研究了高阶煤的孔隙结构特征,采用解吸速率实验对高阶煤的解吸速率和解吸量进行分析,并探讨了孔隙结构对煤层气解吸产出的控制规律。结果表明:3^#煤层的孔隙半径较小,煤层孔隙结构复杂;煤层主要以气体吸附孔和气体扩散孔为主,气体渗流孔占比很少,煤层的吸附气体体积大、吸附性能强、气体的扩散、渗流条件差。3^#煤层孔隙结构分形特征曲线呈"两段型",孔径大于940.7 nm时,不具有分形特征;孔径小于940.7 nm时,分形维数介于2.67~2.76之间,具有很好的分形特征。高阶煤的煤层气解吸特征具有快速解吸和慢速解吸2个阶段,快速解吸时间短,解吸量占比低;慢速解吸时间长,解吸量占比高,煤层气解吸困难。煤层的孔隙结构对煤层气的解吸具有重要影响,高阶煤较差的孔隙结构控制着煤层气解吸速率慢、解吸量低、产出程度低,煤层气井生产实践中表现为开始阶段产气量增长快,产气高峰时间短,稳产气量低、生产时间长,煤层气开发难度大。研究结果为高阶煤的煤层气抽采效果评价提供参考依据。     

沁南潘河煤层气田生产特征及其控制因素

沁水盆地南部潘河煤层气田具有煤级高、产水量少、煤粉多、产气量高等特征,研究其排采规律,建立适合该气田特征的排采理论,已成为当务之急。遵循吸附解吸渗流、排水降压产气的煤层气基本理论,以潘河先导性试验井的排采数据为基础,对不同生产阶段的生产动态参数进行统计分析,全面研究该煤层气田煤层气井产水量、产气量、压力变化特征及其控制因素。结果表明：潘河煤层气田单井产气量高,多数井的产水量几乎为零,气井保持较高的井底流动压力,煤层气井具有良好的持续稳定的产气能力;在原煤层气生产划分的单相流、非饱和单相流动和两相流动３个阶段之后增加了饱和气体单相流阶段;达到单相饱和气体产出阶段时间（只产气不产水）一般需1～2年,开始进入产气高峰需要2～3年;向斜部位煤层气气井不仅产气量偏高,同时也大量产水,这对井网整体降压具有显著的贡献作用;煤层气井的钻井完井、增产压裂技术和排采技术对煤层气生产也有影响,氮气泡沫压裂井返排时间短,压后快速产气并能保持稳定高产。     

不同变形程度煤的吸附时间及其影响因素

基于沁水盆地南部长治和安泽区块103口煤层气井的实测资料,探讨不同变形程度煤的吸附时间及其影响因素。研究结果表明,不同变形程度煤的孔隙结构导致其解吸特征具有较大差异。随着煤变形程度的增加,吸附时间迅速减小。相对于未变形煤和弱变形煤,强变形煤由于裂隙和大、中孔隙发育较多且连通性较好,导致甲烷运移距离较短,解吸速率较大且解吸量急剧增加,吸附时间显著减小;解吸后期,强变形煤由于小孔隙和微孔隙发育,吸附能力增强且连通性较差,导致甲烷解吸和运移的难度增大,解吸速率迅速下降,而弱变形煤和未变形煤受孔隙、裂隙特征和取心煤样几何形态的共同影响,解吸速率变化较小且吸附时间较长。依据煤层气井排采数据可知,煤的变形程度差异是导致煤层气井产气量不同的主要原因,明确煤的吸附时间可以为预测煤层气井的产气量提供依据。     

沁水盆地潘河区块煤层气井负压抽采增产效果

潘河区块煤层气井经过数十年的勘探开发已进入开发后期,产量持续衰减,难以通过排水降压方式提产。因此,基于等温吸附理论,分析了不同解吸阶段煤层气解吸速率,提出采用井口安装压缩机的新型开发方式,通过负压抽采降低井筒压力扩大生产压差,提高煤层气井开发后期产量。结果表明:①通过煤层气等温吸附曲线曲率函数将煤层气的等温吸附划分为低效解吸、缓慢解吸、快速解吸和敏感解吸4个阶段,在敏感解吸阶段,煤层气井解吸效率最高,产气量上升最快;②负压抽采井需满足储层条件好、剩余资源丰富,前期排采效果好,产量衰减明显、煤层裸露等条件;③潘河区块多数煤层气井井底流压处于敏感解吸阶段,通过负压抽采方法进一步降低井底流压,产量提升明显。     

枣园区块煤层气生产阶段划分及产能模式研究

生产阶段划分与产能模式分类是研究煤层气开发动态的重要内容。针对枣园区块开采时间长,单井产能差异大且排采过程认识不足的问题,根据生产动态资料分析,总结动液面变化规律,综合现有生产阶段划分方法与单井产气情况,研究了该区块生产阶段划分,产能模式分类及其主控因素。将排采过程划分为5个生产阶段:排水降压阶段、临界产气阶段、产气上升阶段、稳定产气阶段和产气下降阶段。同时,根据生产特征将气井分为5个产能等级:低产气井,中低产气井,中产气井,中高产气井和高产气井。结合生产阶段与气井排采特征确定了3种产能模式,7个亚类。分析了造成部分产能模式的原因,认为排采阶段不恰当的生产措施导致了气井的低效。掌握气井的生产阶段和产能模式能够更好地分析煤层气井的生产动态,为排采方案和增产措施提供指导,在煤层气开发领域具有较好的应用价值。     

延川南区块煤层气井高产水成因分析及排采对策

为了解鄂尔多斯盆地延川南区块煤层气井高产水的成因及高产水对煤层气井产能的影响,对延川南区块内煤层气的地质条件、压裂施工情况以及不同产水量煤层气井生产特征进行了分析研究,探讨了延川南区块高产水特征形成的原因,确定了高产水煤层气井的排采方法。结果表明,压裂缝的缝高过大,沟通了二叠系下统下石盒子组砂岩裂隙含水层组,是导致延川南部分煤层气井产水量过大的主要原因;高产水会造成实际见气储层压力比临界解吸压力低,降低了煤层气井产能。高产水煤层气井的排采难度大,需要选择合理的排采设备,在气井产气之前井底流压要平稳、快速下降,使煤层气井尽早见气,见气之后适当放缓排采速度。该排采方法在高产水煤层气井进行了应用,排采效果较好。      

高煤阶煤层气井不同排采阶段渗透率 动态变化特征与控制机理

煤层渗透率动态变化规律是煤层气开发地质领域的研究热点之一。根据无因次产量分析方法,基于沁南地区15口高煤阶煤层气井排采数据,采用无因次产气率指标,将排采阶段定量划分为排水阶段、不稳定产气阶段、稳定产气阶段和衰减阶段;引用物质平衡方法,利用生产数据,计算并分析了各井不同排采阶段渗透率变化值。从渗透率变化趋势、主导机制、体系能量、相态构成和产能动态5个方面,阐释了高煤阶煤层气井不同排采阶段煤层渗透率动态变化特征与控制机理。研究结果表明,在高煤阶煤层气井排采过程中,煤层渗透率呈现降低—恢复—升高的特征;有效应力效应和基质收缩效应直接控制了煤层渗透率的变化特征;吸附与解吸特征从根本上控制了基质收缩效应的作用时间与强度。     

煤层气井突然产气机理分析

煤层气井开采时一般先排水后采气,且见气时的产量不是缓慢而是突然升高。为了弄清煤层气井突然产气的机理,从煤储层的结构、产气过程等方面进行了深入分析和研究。结果表明:煤岩储层微观上为双重介质,由割理(裂缝)和基质岩块2个系统组成;割理和基质孔隙中均充满了地层水,煤层气为赋存在基质中的吸附气,需排水降压解吸后才能被采出;刚解吸出的少量气体饱和程度较小,多以气泡的形式分散在基质孔隙水中,由于受到基质毛管压力的限制,这些气体无法流动;随着解吸气量增多,气泡逐渐变成连续相,气体的饱和程度增加,压力升高,流动性也有所增强,但是煤岩基质孔隙一般较小,毛管压力较高,很多气体仍被限制在基质孔隙中,只有当气体压力升高到突破毛管压力之后,大量的解吸气才会倾泻到割理中,致使煤层气井产气量突然升高。煤层气井的产气压力低于解吸压力,而煤层气的解吸压力其实就是地层水的饱和压力或泡点压力。在煤层气开采过程中,可以采取相应节流措施来控制煤层气井的产量变化,以达到稳产及保护煤层和生产管柱的效果。     

基于等温吸附曲线的煤储层产气潜力定量评价——以黔北地区长岗矿区为例

含气饱和度、临储比等指标在用于煤层气选区选层评价时,未考虑煤层气解吸能力以及解吸过程中储层压力对气体解吸的影响,因而难以全面反映煤储层的产气潜力。为此,以煤样等温吸附实验为基础,提取临储压差、临废压差、有效解吸量、解吸效率等指标,建立了煤层气产出潜力的定量评价方法,并基于黔北地区长岗矿区煤层气井排采历史进行了分析验证。研究结果表明:(1)长岗矿区7号煤层的临储压差为2.35 MPa,0.2~1.0 MPa废弃压力下的临废压差介于2.06~2.86 MPa,煤层气有效解吸量介于9.32~18.9m3/t,具备较高的产气潜力;(2)研究区煤层气解吸过程只经历敏感解吸阶段,解吸效率高,煤层吸附时间短,见气后短时间内可获得较高产的气流;(3) FX2井煤层气产出潜力定量评价及排采历史验证了该区的煤储层具有煤层气开发产气潜力。结论认为:(1)研究区煤层气井排采初期应缓慢排采,尽可能减小降压速度、扩大降压漏斗波及范围和有效解吸半径;(2)优选相对高渗区及开展高质量的压裂,以扩大有效渗流半径,充分释放煤层气产能。     

鄂尔多斯盆地保德区块煤层气富集区高产水井排采效果剖析

鄂尔多斯盆地东缘保德区块煤层气富集区高产水井的产气效果差异大,为了提高煤层气的产气效果,有必要确定产出水来源,划分高产水井类型、明确有助于产气的高产水井特征。通过分析保德区块煤层气富集区内500余口煤层气井,首先确定该区煤层气富集区高产水井的分布特点及产出水来源,划分出富集区两类高产水井,其中第一类高产水井为有效贡献井;然后利用生产数据分析、测井模型计算及煤层气数值模拟等方法,剖析富集区第一类高产水井案例,明确了采出水不仅来自其煤层及顶底板水,同时还有邻井的煤层及顶底板水汇聚,验证了低构造部位高产水井的长期排采,有利于周边相对高构造部位井的排采降压。结论认为,富集区第一类高产水井产水来源仅来自煤层及顶底板,埋深小于1 000 m、远离供水区、位于构造相对低势点,虽然产水量大,但对于相邻井的排水、缩短见气时间、提高面积降压效果、形成井间干扰及扩大解吸范围发挥了重要的积极作用。该研究成果可为煤层气井高产水原因分析、优化井位部署以及关于高产水井停止或继续排采等生产决策提供参考。     

一种煤层气井稳定产气量及稳产流压的确定方法

为寻找一种能够定量确定鄂尔多斯盆地东缘保德区块煤层气单井稳定产气量及稳产流压的方法,在对该区块某排采单元200口煤层气井排采数据进行分析的基础上,研究了排采过程中停机升压自然降产和排水降压提产2个关键阶段产量与流压的变化规律,发现停机升压自然降产阶段单位压升产气降低量呈现出先升高后逐步降低的状态,其峰值代表了地层最大恢复能力,是增产速度的极限;而排水降压提产阶段单位压降产气变化量根据排采井的不同阶段呈现出逐步上升、趋于稳定及逐步下降3种不同状态,仅当其达趋于稳定状态峰值时单井既不超过地层自然增产能力,又有利于经济效益最大化,是最佳稳产时机,因此单位压降产气变化量为单井稳产的定量判定依据,并确定出稳定产气量及稳产流压。该方法建立在中低煤阶煤层气成功开发的基础上,对保德区块其他煤层气井排采调控及相似条件的煤层气田开发具有较好的推广应用价值。     

固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响

目前针对于煤层气井近井部位固井水泥浆侵入的方式和形态规模、固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响机制及其与煤层气井开采效果的内在关联方面的研究较少。为了深化煤储层压裂裂缝延展理论并给煤层气井水力压裂施工方案优化提供支撑,选取沁水盆地煤储层中基质—裂隙发育组合迥异的区块,对部署在不同部位气井的固井水泥浆侵入方式和水泥环形态规模进行了系统刻画,分析了不同固井水泥浆侵入方式下的压裂力学判据,针对深部气井难于开挖解剖其固井水泥浆侵入特征的实际问题,提出了破裂压力当量的定义,在此基础上,对郑庄区块39口煤层气井的压裂排采数据进行了分析,总结了固井水泥浆不同侵入方式对煤层气井压裂、排采的影响。研究结果表明:①煤层气井固井水泥浆的侵入方式包含固井水泥浆正常充注型(硬煤基质)、加厚型(构造煤)及煤岩—水泥胶结界面型(硬煤裂隙带)等3种;②由破裂压力当量(pt)小于1.50 MPa,固井水泥浆均匀充注在气井井眼—套管环空,可以判断气井位于硬煤基质;由pt介于1.50～9.00 MPa,固井水泥浆沿井壁构造节理缝挤侵入储层内形成胶结滤饼,可以判断气井位于硬煤裂隙带;由pt大于9.00 MPa,固井水泥在井眼环空垮塌空间加厚形成纺锤体,可以判断气井位于构造煤;③位于硬煤基质的气井在排采期间气井产气量缓慢增加到峰值,并可在峰值部位稳产较长时间,而后产气量缓慢下降,位于构造煤的气井在排采初期很快见产,随后产气量迅速衰减,硬煤裂隙带气井在排采初期产气量快速上升并达到峰值,但稳产时间较短,而后产气量缓慢下降。     

沁水盆地柿庄区块煤层气井排采动态影响因素分析及开发对策研究

柿庄煤层气区块呈现"见气井数量少,单井产量低"的开发现状。为研究该区块煤层气井排采动态的影响因素,提出有效的煤层气开发对策,通过提取柿庄区块59口煤层气井排采动态典型指标,分析该区块煤层气井排采动态特征,同时研究断裂构造、压裂缝类型和煤层顶底板岩性组合对煤层气井排采动态的影响,并据此提出了合理的开发对策。研究表明:柿庄区块部分煤层气井产水过高对产气效果起抑制作用,过高的产水量主要是由外源水补给造成的。断裂构造易沟通煤层顶底板含水层,导致煤层气井高产水难产气或不见气;煤层发育的压裂缝中,水平压裂缝提高单井产气量效果差,而直立压裂缝在顶底板岩性组合有利时能有效提高单井产气量,反之则易沟通含水层导致产水量增加。柿庄区块煤层气开发在井位优选时,应重点选择在远离断裂构造、发育直立压裂缝且顶底板岩性组合好的煤层气富集区内部署井位;在多煤层合采时,应注意避免排采潜在的高产水煤层,保证煤层气有效产出。     

基于生产数据重整的煤层气开发动态分析

煤层气藏开发是依靠排水降压,使吸附在煤基质微孔隙中的气体解吸后产出而建立的人工气藏,排水降压的效果直接影响到气体的解吸与气井的产量,但对于排采中地层压力的变化情况与井间干扰情况,目前仍缺乏有效的技术分析手段。为此,以鄂尔多斯盆地东缘保德区块杨家湾井区为目标区块,基于煤层气井生产数据划分为3个排采阶段,将各阶段的排采数据进行反褶积处理后,通过试井解释获取渗透率、压降半径等,进而形成井底压力、产量、渗透率等参数的分布图及压力、产量、压降等动态演化图件成果,再结合压力、应力场、排采动态、井间干扰情况等综合分析井区的生产动态。研究结果表明：①该区高、低产水带分布与压裂形成的主裂缝方向一致,平行于最大主应力方向;②该区已形成大面积井间干扰,整体降压面已建立。结论认为,生产数据反褶积重整方法是煤层气开发动态分析的有效手段。     

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。     

和顺区块煤层气井产能影响因素研究

针对和顺区块煤层气井产气量差异较大的特点,从地质和工程两个方面展开研究,确定和顺区块煤层气井产能主要受到煤层气保存条件、解吸压力、压裂以及排采控制等因素的影响。研究表明,和顺区块煤层气的保存条件控制煤层含气性,对产能的影响明显;解吸压力越高,高产稳产潜力越大;区块构造高部位水力压裂易出现井间压窜现象;和顺区块煤层产液量及渗透率低,按照煤层的产水潜能,在单相流阶段求取煤层供液指数,并依此建立经验公式,确定合理的排采速度,对生产具有一定的指导意义。     

蜀南地区煤层气智能精细化排采技术及管控模式

煤层气井的产出机理决定了其生产方式必须通过排水降压,排采是煤层气开发中十分重要的环节。四川盆地蜀南地区煤岩具有高煤阶、高临界解吸压力、低渗透的特征,规模效益开发面临着巨大的挑战,先进的排采技术与智能精细化管控模式是实现该区域煤层气规模、经济开发的保障。中国石油浙江油田公司在蜀南地区从事煤层气开发近五年,通过引入排采规律指导下的智能排采专用设备,落实煤层气"连续、稳定、缓慢、长期"的排采原则和精细化排采技术路线,针对煤储层特点及煤层气井生产规律,精细划分为排水降压期—憋压期—控压提产期—稳产期—产量递减期等5个排采阶段,系统分析各阶段生产特征及排采风险,总结出了"五分技术攻关、三分管理创新、两份多专业融合"的煤层气管控模式,制定出合理的排采制度和管控办法,并依托智能化设备,实现了精细排采管控,从而降低了储层伤害、提高了单井产量、提升了管理效率、促进了该区煤层气的高效开发。     

煤层气井合理排采工作制度的研究与应用

煤层气井顺利投产需要前期合理有序的降压,文章依据产气时间、产气量、产水量以及储层压力、废气压力五个指标划分煤层气井生产阶段:排水降压至产气前阶段、气液两相流阶段、稳产气阶段和气井衰竭阶段;第一阶段以稳定降压为主,结合动态预测模型、考虑煤层气井产气滞后现象,确定每日降液面值,在排采工艺上井下管柱安装防砂筛管;第二阶段以控制排液速度为主,结合最小携带煤粉的排液速度,确定每日最小降液面,在排采工艺上采用高压软管通过油套环空向井下注入水稀释煤粉浓度;第三第四阶段以控制套压满足集输为主。通过现场试验分析得出,调整排采制度和工艺措施后,煤层气井产量提高,检泵周期延长,对于煤层气井开发具有一定的指导意义。     

某区块典型生产井曲线特征分析

煤层气井的产水和产气曲线形态是地质储层潜力高低及排采工作制度是否合理的综合反应。本文以某区块在排煤层气井为例,对该区块排采曲线进行总结,分析典型生产曲线,将该区的生产曲线按产气表现划分为4种类型。第1种：陡升陡降型,生产表现为见气快,上产快,稳产期短,产量下降迅速;第2种：平稳上升-稳产型,生产表现为降压平缓,产气量平稳上升,后期气量维持稳定;第3种：平稳上升-平稳下降型,生产表现为降压平缓,产气量平稳上升,到达峰之后产气量开始下降,难以稳产;第4种：低产型,生产表现为降压平缓,但长期低流压,低产气。     

煤层气井排采液面-套压协同管控——以沁水盆地樊庄区块为例

以樊庄区块煤层气开发直井排采管控为研究实例,以排采工程数据为主要依据,探讨各排采控制阶段流体流动形态与煤储层伤害机制,揭示排采液面-套压协同控制过程,并基于煤层气井排采曲线分析和高产气井排采参数统计,获得排采液面-套压协同控制指标。研究结果表明,樊庄区块煤层气井需经历"以液为主-气、液混合-以气为主"的排采控制过程以及排水降液面阶段、憋压阶段、产气量上升阶段、稳产阶段和产气量衰减阶段5个排采控制阶段,其中,排水降液面阶段、憋压阶段、产气量上升阶段是流体流动形态转变和储层伤害的易发阶段,也是排采管控的关键阶段。排水降液面阶段以日产水量为控制参数,以井底流压为评判指标,采取缓慢、长期的排采原则;憋压阶段以日产水量和套压为控制参数,以憋压、稳定动液面的方式实施管控;产气量上升阶段采取适当憋压、提升动液面的控制原则,保持套压高于0.2 MPa,控制日产水量缓慢降至0.2~0.5 m³,使动液面深度回升至煤层中部以上10~50 m;稳产阶段需适当憋压,稳定动液面在煤层以上,并维持排采作业稳定;产气量衰减阶段尽量避免较大幅度的排采制度调整,使产气量、产水量平稳下降。