沁水盆地南部高煤阶煤层气井“变速排采-低恒套压”管控方法

为了提高煤层气井排采管控的科学性,以沁水盆地南部3号煤为研究对象,基于储层气-水运移产出过程和相对渗透率特征,探讨了煤储层气水产出控制机理及其影响因素,通过开展不同尺度裂隙系统内气水运移实验,分析了各类气水产出影响因素的影响模式及主要作用阶段。以降低气水运移影响因素造成的储层伤害、减小各排采阶段渗透率损失为主要目的,建立了适应于沁水盆地南部高煤阶煤层气井的"变速排采-低恒套压"排采控制方法。研究表明,气水产出依次通过基质孔隙、微观裂隙、宏观裂隙和人工裂缝,期间受到毛细管力、有效应力、启动压力和气水相渗等4要素耦合控制,压裂增压后地层毛细阻力明显增大、排水降压后有效应力会导致裂缝闭合、启动压力使气体产出滞后、气水相渗影响流态的稳定。当气井处在不同的排采阶段时,影响排采效率的主控影响因素各不相同。可将煤层气井降压产气过程依据储层压力(Pc)、临界解吸压力(Pde)、见气压力(Pjq)与井底流压(Pjd)的关系划分为4个阶段,认为PcPjd时需要以0. 1 MPa/d的降压速度快速排采以迅速克服毛细管力,降低水敏伤害; PjxPjdPc时需要以0. 05 MPa/d的降压速度排采,避免裂缝过早闭合,降低应力伤害; PjqPjdPde时需要以0. 02 MPa/d的降压速度缓慢排采,减小气对水的抑制作用; PjdPjq时采用0. 01 MPa/d的降压速度提产,同时保持套压不高于流压的一半,保持一定压差克服启动压力。在沁水盆地南部樊庄-郑庄区块应用"变速排采-低恒套压"排采控制方法,对比邻近相同地质条件、开发技术的井,相同流压时日产气量提高至原方法的1. 4倍,日产水量提高至原方法的2倍,排采500 d后的累产气量增加近25%。4个排采阶段单位压降产水量均高于传统排采管控方法。     

煤层气水平井产能控制因素分析及排采实践

为了揭示煤层气水平井产能控制因素,采用理论分析方法分析了临界解吸压力、含气饱和度及渗透率对水平井产能的控制作用。通过山西沁水盆地南部水平井排采实践,提出了三段式管理井底压力的排采方法,即将排采制度分为井底压力大于临界解吸压力阶段、介于临界解吸压力至0.5倍临界解吸压力阶段、小于0.5倍临界解吸压力阶段分别制定降压幅度。井底压力控制遵循：第1阶段落实地层供液能力,降液幅度小于3 m/d;第2阶段缓慢提产,落实煤层气井产气能力,降液幅度为1 m/d;第3阶段稳定配产,维持井底压力,产气量出现下降时缓慢降液,降液幅度为 0.5 m/d。结果表明：三段式管理井底压力的排采方法有利于区域压降扩展和充分释放煤层气井产能。     

煤层气排采过程中储层压降动态变化影响因素

为了进一步认识煤层气排采过程中储层压降传递规律及其对煤层气排采的影响,在煤储层裂缝系统发育与分布特征观察研究的基础上,分别建立了煤裂缝系统及煤基质内压降传递地质模型,并分析总结了储层压降传递影响因素及其相互关系。结果表明:煤储层压降传递及动态变化主要受储层渗透率、含水性、含气饱和度、煤解吸/吸附特性以及井底流压影响,其中储层大裂缝系统内的压降传递主要与渗透率、含水性以及井底流压相关;而煤基质内的压降传递则主要与含气饱和度及煤解吸/吸附特征相关。鉴于储层压降传递及其影响因素在煤层气排采中的作用,提出煤层气排采前应首先掌握影响储层压降的地质参数特征;排采过程中井底流压的控制应充分考虑影响储层压降的各因素之间的联系。     

低阶煤气水两相渗流特征的数值模拟研究

以海拉尔盆地伊敏低阶煤为研究对象，建立了考虑煤体三维变形的煤储层气水两相流模型，运用COMSOL软件得到了与伊敏煤样气驱水实验结果吻合的气、水流量和进口气体压力变化曲线。进一步探讨了不同井底流压下降方案（0.005 MPa/d和0.01 MPa/d）的煤储层产气特征。研究表明：煤层气井排采需经历产量提升阶段，在井底流压达到最低值时，产气量达到峰值，然后产量降低进入稳产阶段；减缓井底流压的下降速率有利于保持稳产阶段的产气量。     

基于三维精细地质模型的煤层气排采过程压降特征研究

根据研究区地质资料和生产数据,采用三维地质建模和数值模拟的方法,对研究区生产井进行了生产数据分析和历史拟合,研究了不同孔隙度、渗透率、储层厚度、井间距、排水速率、排采时间和井底流压条件下的储层压力扩展动态,分析各因素对压降传播的影响,研究认为:孔隙度偏小、渗透率偏大、储层厚度偏小、井间距偏小、排水速率偏大、排采时间偏长和井底流压偏低,更有利于压降漏斗在储层中的扩展。     

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.     

原位煤层气排采储层伤害机理与制度优化

原位煤层气排采过程中,人为控制的排液与产气速度影响到煤储层渗透率的变化。排采作业制度不合理,易造成煤岩破坏、煤粉堵塞等储层伤害现象,并影响到煤层气井产能。基于地下水动力学制定合理的排液速度,合理控制井底压差,及时处理排采设备故障等措施可显著降低排采所造成的储层伤害,实现原位煤层气井的高产稳产。     

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。     

柿庄南区块煤层气高产井排采制度分析

为了研究排采制度对柿庄南区块煤层气井产气量的影响,通过对柿庄南区块4口高产井排采曲线进行对比分析,探索总结了高产井排采曲线的共同特征,优选出了适合柿庄南区块的排采制度。结果表明:高产井的排采曲线呈现阶梯状变化规律特征。产气后井底流压的变化分为4个阶段,即:缓慢下降阶段、逐级降压阶段、迅速下降阶段和稳定阶段;缓慢降压阶段为排采初期排水降压阶段到不稳定产气阶段的过渡阶段;逐级降压阶段储层压力逐渐下降,压降漏斗稳定向远端延伸;在迅速下降阶段,出现了井间干扰使得压降漏斗相互叠加并向深处扩展,产气量陡增;稳定阶段,是井底流压下降到一个较低水平并保持长期稳定,气体稳定解吸,产气量稳定在一个较高水平。迅速下降阶段之前稳定套压,之后缓慢释放套压,有利于储层防护。井底流压见气前平缓下降,见气后阶梯状变化的排采制度有利于柿庄南区块排采井的高产。     

沁水盆地典型煤矿区煤的流速敏感性实验及控制机理

采用沁水盆地3个典型煤矿中、高煤阶煤样,开展了实验室煤样流速敏感性实验,分析了不同流速条件下煤样渗透率的变化规律,建立了煤储层渗透性与流速之间的关系和模型,揭示了中、高煤阶煤储层流速敏感性的控制机理。研究结果表明,煤样渗透率随流速发生变化,且存在一个临界流速。在临界流速之前随着注入流量(或流速)的增加煤样渗透率增加,当流速超过临界流速后,煤样的渗透率随着流体流速的增加反而减少。煤储层流速敏感性主要受控于煤储层物性和煤中速敏矿物。随着煤储层孔隙度、渗透率和流体流量的增高,煤储层速敏损害率按对数函数关系增高。实验煤样黏土矿物占矿物质含量为66.63%~99.89%,主要以高岭石、伊利石为主,存在潜在的速敏伤害,速敏实验结果表明,本区实验煤样存在不同程度的速敏损害,煤样速敏损害程度由弱至中等偏强,临界流速低。随着煤中黏土矿物含量的增加,煤储层速敏损害率也增高。在煤层气井排采过程中,寺河煤矿和西山煤矿煤层气井排采降速应为赵庄煤矿的6倍左右。     

寿阳区块煤层气井排采影响因素分析

通过对寿阳区块煤储层地质条件、煤层气井钻完井工艺参数及排采控制特征的分析,认为影响该区块煤层气排采的主要因素有:生产煤层渗透率低、临界解吸压力低、含气饱和度低;本区块主力煤层15号煤的顶板以灰岩为主,含有不规则的裂隙水,导致部分井产水异常;构造复杂易造成直井压裂裂缝或水平井水平段与断层发生沟通,导致煤层与外部水层发生连通而干扰煤层的排水降压;水平井钻井过程中使用的泥浆体系对煤储层造成一定伤害,部分直井压裂后未及时返排并长时间未投入排采,压裂液长期浸泡煤层;因各种原因造成频繁的排采中断。针对这些主要影响因素,提出了针对性建议。     

煤层气井不同排采阶段产水特征及排采管控方法研究与应用

通过机理分析和排采数据分析,研究了煤层气井开发整个过程中单相水流段、临界解吸段和气、水两相流段3个阶段的产水规律,针对不同的产水规律提出了相应的差异化的排采控制方法。结果表明,单相水流段煤层向井底供水量随着时间的增加持续增加,使冲次与排采时间保持线性增加能够保持恒定压降速度;临界解吸段,由于相态变化频繁,煤层供水量起伏较大,需要密切关注水量、井底流压的变化,持续、小幅调参;气、水两相流阶段,为防止流压大幅下降,初次放气要提前放慢冲次,从极小量开始逐步增气,增产阶段要遵循小幅多频次提气的原则,保证流压、产水平稳的基础上产量平稳上升。     

临汾区块煤层气井提产阶段排采控制研究

为查找出影响临汾区块煤层气高产稳产井和峰后下降井稳产效果差异的原因,分别对高产稳产井和峰后下降井提产阶段的井底压力下降速度、日产气增速等排采控制指标进行了对比分析,首次揭示出了产气速度对煤储层压降扩展的影响机理及在排采控制中的重要性,制定出了临汾区块煤层气井提产阶段的排采参数控制指标与方法。研究表明:峰后下降井稳产效果差的原因在于提产阶段未对井底压力降速和日产气增速进行缓慢控制;产气速度过快,易引起大颗粒煤粉运移造成堵塞,且近井地带煤层中的气相相对渗透率快速增加,水相相对渗透率急剧下降,水的流动阻力增大,影响水的有效排出,造成压降扩展变慢;临汾区块煤层气井提产阶段的压降速度合理值应控制不超过0.01MPa/d,日产气增速应控制不超过15 m~3/d为宜,可采用阶梯式稳产、提产交替进行的方式进行提产。     

绒囊钻完井流体在煤系三气合采中对储层伤害的研究

绒囊流体在单一煤层气藏和致密砂岩气藏等非常规储层的工程作业效果和储层伤害控制效果皆满足现场要求,但由于没有合适的评价方法,室内仍缺乏对合采储层的整体伤害试验评价应用于煤系合采地层。室内试验利用可分别计量单层和多层合采流量、压力的储层伤害评价系统,模拟临兴煤系储层压力及温度条件,选用下石盒子组致密砂岩及太原组煤岩共7枚,采用气体恒流量法,测试砂/煤单层开采模式、"砂+煤"双层合采模式及"砂+砂+煤"三层合采模式共4组试验。试验记录各层单采及多层合采伤害前后稳定时的流量共7组,稳定时的进出口压力共14组,利用达西定律计算得出7组渗透率数据,以此作为基础数据,对比流量法评价绒囊钻完井流体造成的储层整体伤害程度。试验结果表明:(1)砂、煤单层开采时,稳定流量损害率分别为7.96%和7.91%,接近渗透率损害率的8.48%和8.55%;(2)双层合采时,合采稳定流量损害率为7.24%,整体渗透率损害率不能计算,单层渗透率损害率分别为7.24%和7.81%;(3)三层合采时,合采稳定流量损害率为8.83%,整体渗透率损害率不能计算,单层渗透率损害率分别为6.48%、11.97%及9.68%。结论认为,室内用流量法评价绒囊钻完井流体多层合采储层整体伤害率满足现场控制伤害要求,且同时印证了流量法可替代渗透率法评价工作液储层伤害程度,并为现场优选技术应用提供了新的评价方法。     

低煤阶煤储层敏感性分析及对煤层气排采的影响

为实现低煤阶储层煤层气的高效开发,对大佛寺井田4煤进行了流速敏感性和压力敏感性实验分析,并研究了储层敏感性对煤层气排采作业的影响。结果表明:低煤阶煤储层存在流速敏感性,当渗流速度大于临界流速,储层渗透率有所下降。低煤阶煤储层具有强压力敏感性,且存在不可逆性;升压结束后,渗透率损害率高达90%以上;卸压后,渗透率不能恢复到初始水平,不可逆渗透率损害率达60%以上。为了降低储层敏感性对煤层气井的影响,就必须遵循缓慢、连续、稳定降压的排采原则。     

煤层气井排采初期井底压降的计算方法

本文根据沁水盆地潘庄3~#煤层气井的相关资料及排采曲线得出临界解吸压力与产气压力的拟合关系并结合实测储层压力得出排采初期的井底压降,为确定煤层气井初始排采初期合理的排采强度做准备,对提高煤层气井产气稳定期和采收率有重要的现实意义。     

基于模糊数学方法优化煤层气井底流压下降制度

合理的煤层气井井底流压初期下降制度是决定煤层气井高产和稳产的重要因素,应用模糊数学的基本方法分析柿庄南区块煤层气排采初期高产井井底流压下降制度,将影响煤层气排采初期井底流压下降制度的因素记作一个模糊集合,确定其权重分配并构造隶属函数,为调整煤层气低产井的井底流压压降制度或为未投入运行井制定合理的井底流压下降制度提供依据.通过某高产井L-1的验证,该方法确定的压降制度在区域7内与实际压降制度符合较好,压降特征参数的相对误差均小于20％,说明模糊数学方法能够用以优化煤层气排采初期井底初期流压下降制度.     

临汾区块深层煤层气水平井定量化排采控制技术

为了实现临汾区块深层煤层气水平井定量化的排采控制,基于兰格缪尔等温吸附理论和生产特征分析,建立了煤层气水平井排采阶段划分方法,并通过计算确定了压降速度、理论稳产气量等关键控制参数,形成了五段三压式排采控制技术,即以产气变化为依据,将水平井排采过程划分为未见气、憋套压、产气上升、产气稳定与产气衰减5个阶段,再以初始压力、解吸压力、稳产压力为3个关键控制节点,计算得到未见气阶段压降速度为10～12 kPa/d,憋套压阶段暂缓降压,产气上升阶段压降速度为8 kPa/d,产气稳定阶段压降速度不超过2.5 kPa/d,产气衰减阶段压降速度为0.4 kPa/d。实践结果表明:五段三压式排采控制技术可操作性强,能够有效指导生产管理,实现深层煤层气水平井排采的定量化控制。     

沁中南柿庄南区块煤层气直井产气阶段敏感参数的确定

以沁水盆地中南部柿庄南区块煤层气井实际排采资料为基础,系统分析了产气阶段井底流压、动液面高度、套压等参数对产气量的影响,提出了稳产压力的概念,确定了这3个关键参数的敏感值。结果表明:稳产压力与临界解吸压力呈线性关系,临界解吸压力越大,稳产压力也越大,产气潜力大;平均产气量随平均套压的增大而增大。     

基于井底流压的煤储层含气量计算方法研究

煤储层含气量是评价煤层气藏的重要参数,数据来自煤岩含气量测试试验。在煤储层评价及开发研究中,为评价含气量的平面非均质性,常根据地震属性以及测井参数与含气量建立经验关系式间接评价含气量。通过含气量与临界解吸压力关系方程以及临界解吸压力与见气时井底流压关系的分析研究,建立了含气量与见气时井底流压的计算方程,从排采动态数据方面提出了计算含气量的新方法,补充了含气量间接计算方法。弥补了含气量试验测试数据的不足,明确了煤储层含气量的平面非均质性,指明了煤层气提产有利区,并为准确计算剩余储量提供了可靠的数据基础。