煤层气排采中煤粉产出量动态变化及影响因素

为了解煤层气排采过程中煤粉产出动态变化规律,对沁水盆地南部投产后的煤层气井不同排采阶段煤粉产出量进行记录和统计,分析了煤粉产出影响因素,并通过实例研究了煤粉产出量动态变化与产气量的关系。结果表明:产水阶段和产水产气两相流阶段是最易产出煤粉的阶段,其中产水产气两相流阶段煤粉产出量总体较高,且煤粉产出明显不稳定、不连续。导流裂缝发育特征、储层构造软煤带发育特征及其与导流裂缝的配置关系,地层流体携粉作用以及排采工作制度是影响煤粉产出量变化的主要因素。最后,提出了加强煤储层地质研究,避开原生煤粉源,研制便携式煤粉产出定量测定装置,制定煤粉预警措施,以及合理优化排采工作制度以减少煤粉对煤层气排采的危害。     

煤粉对储层的伤害机理与防治措施研究

煤粉产出是煤层气开发过程中亟待解决的难题,其不仅堵塞产气通道,而且易造成卡泵/埋泵等事故。采用筛分实验和激光粒度分析实验,通过对比郑庄区块煤层气井排采产出和井筒打捞的煤粉的粒径分布特征,分析正常排采制度下难以携出的煤粉的粒径范围与其来源。根据煤粉形成原因与其对储层和支撑裂缝的伤害机理,基于防、控、疏、导的技术路线,优选增产改造工艺,优化排采制度与压裂液材料,改进排采设备,实现抑制煤粉颗粒脱落、提高颗粒便携性、控制煤粉适当产出和减少施工故障的目的,从而提高煤层气井的排采效率。     

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。     

韩城区块煤层气排采中煤粉产出规律研究

为了查明煤层气排采过程中煤粉的产出对煤层气开发的影响,以韩城区块为研究区,对煤层气井排采现场进行观察与监测,并进行煤岩煤粉测试和物理模拟试验,从现场实际煤粉产出状况,分析了韩城区块煤粉对煤层气井排采的影响和煤粉产出的影响因素,划分了煤层气井煤粉产出的4个阶段。结果表明:排采初期和产气量快速上升期是煤层气井卡泵的高峰期,煤粉的产出受多种因素的综合作用,指出了构造煤发育是煤粉产生的主控因素。     

煤层气井排采煤粉浓度预警及防控措施

为了解决煤层气井排采受煤粉干扰,造成产气量波动甚至频繁卡泵的问题,分析了煤层气井煤粉来源及产生机理。基于鄂尔多斯盆地煤层气井监测数据,确定了示范区煤粉浓度预警指标;针对煤粉产出的阶段变化特征,提出了螺杆泵接防砂尾管结合油套环空注水稀释煤粉浓度的防控措施。现场使用效果表明,该措施能降低进入生产井的煤粉浓度,延长煤层气排采井检泵周期。     

煤层气井储层气水产出互补性及提产措施探讨

为提高煤层气井的产气量,需尽量扩大煤储层的有效压降半径。通过分析煤层气井排采过程中产水产气的互补性变化规律,以贵州多煤层开发井组和山西单一煤层开发区块为例,分析产水对产气的影响,提出煤层气井提产增效的对策。结果表明:煤层气井见套压前后气水产出比发生变化,具有明显的互补性变化规律;单一煤层及多煤层开发的煤层气井均发现压裂液返排率越高,总产气量和平均产气量越高;受地层能量和渗透率的影响,煤层气井压裂液返排率随埋深的变化出现转折,转折深度为该井区煤层气井合适的压裂深度;为尽量扩大煤层气井的有效压降半径,应尽量减小排采过程中的渗透率伤害,避免煤粉颗粒对孔裂隙通道的堵塞。     

临汾区块煤层气排采中煤粉产出的影响因素及其关系

煤粉产出是影响煤层气井连续、稳定排采的重要因素之一。归纳总结了煤粉浓度监测的4种方法:无标样的目视法、有标样的色度对比法、称量法和煤粉浓度监测仪监测法;分析了临汾区块影响煤粉产出的煤储层静态地质因素和煤层气开发动态工程因素;基于临汾区块煤层气井产出煤粉浓度的现场连续监测数据,利用测井解释与回归分析等方法,建立了煤粉浓度与构造煤厚度、套压的相关关系。     

松河井田多煤层资源开发条件及合采储层伤害特征

为了降低煤层气井排采过程中的储层伤害,通过分析松河井田的资源开发条件及煤层气井排采数据,总结各排采阶段不合理排采控制引起的储层伤害特征,提出不同排采阶段合理的排采工艺对策。分析结果表明:松河井田煤层气资源丰度达到2.09×10^8m^3/km^2,煤层气资源开发条件较好;松河井田多煤层合层排采过程中,不合理排采控制工艺对煤层气井的产气量影响较大;排采初期以速敏伤害为主,排采中期以气锁和应力闭合伤害为主;修井作业及停抽期间,气锁效应及应力闭合对煤层造成伤害的可能性增大。合理的排采控制能够有效降低煤层气井的储层伤害,提高煤层气井产气量。     

煤储层排采液流携粉运移模型与产出规律

基于液固两相流理论建立煤层液流渗流数学模型,并给出描述煤岩产气通道流动状态的偏微分方程和煤层液流携粉运移特征的数学模型,依据数值求解结果分析产气通道中的液流压力和流速以及煤粉随液流运移的浓度分布情况。结果表明,煤储层近井区域液流高流速状态使得通道液流中的含煤粉量达到最高值,排采初期较大的排液量和压差波动使得其煤粉产出较多,而稳产阶段的产液量减小且煤储层与井底间的生产压差降低使得通道中煤粉浓度较低,生产压差由2.05 MPa提高到3.05 MPa后,产气通道各节点最大含煤粉量由0.112%迅速升至0.608%;且稳产阶段煤层泄流体产气通道孔径的增大,会进一步降低通道中煤粉浓度,产气通道高度由0.30 mm扩大到0.90 mm,产气通道各节点最大含煤粉量则由0.759%降至0.160%。该算法提出煤储层泄流体煤岩产气通道管流的概念并定量描述排采液流携煤粉运移的特征,为准确预测煤层气井排采中的煤粉产出情况和制定合理的防煤粉措施提供了依据。     

煤层气多分支水平井排采控制技术研究

多分支水平井排采控制技术影响着其产气效果,对其进行研究对煤层气多分支水平井排采制度的制定有重要的指导意义。本文从对煤储层的改造及排采过程中裸眼段井眼切面应力变化方面,详细论述了多分支水平井的生产机理。针对多分支水平井排采生产特征,把多分支水平井排采生产过程划分为稳定降液、控压排水、控压放气、稳定生产和衰减5个阶段,并根据每一个阶段的排采特征制定了合理的排采工作制度。在上述研究的基础上,分析了排采速率对水平井产能的影响以及煤粉的产出规律和产出机理,指出多分支水平井井的排采必须制定精细的、合理的工作制度进行,否则将对煤储层造成严重伤害。     

多层叠置煤层气系统合采方式及其优化

针对"多层叠置煤层气系统"这一特殊煤层气成藏模式,自主研发了多层叠置煤层气系统合采试验装置,并取得:(1)开展了储层气压分别为1.0,1.4,1.8和2.2 MPa条件下4层叠置煤层气系统常规合采试验,发现在合采过程中,气体由高气压煤层通过合采井筒流向低气压煤层,抑制了低气压煤层气体的产出,不利于煤层气的合采;(2)通过优化不同煤层产气时间开展了递进合采试验,有效避免不同煤层之间发生气体倒灌现象,使得最低储层气压煤层采收率和整体采收率分别提高了6.5%和1.3%;(3)递进合采能降低高储层气压煤层产能贡献率同时提高低储层气压煤层产能贡献率,使得产能分配更加合理;(4)叠置煤层整体差异系数呈先升后降的变化趋势,表明优化前后两种合采方式差异随着合采的进行处于动态变化之中,在合采中期达到最大,在合采后期略有下降。     

煤层气井产气机理及排采控压控粉研究

煤层气吸附/解吸特征、渗流机理和排采控制是煤层气井生产的重要因素。为此,进行了煤层气吸附解吸实验和渗流特征实验,结果表明:煤层气吸附/解吸是可逆的,存在"解吸滞后现象";煤层气渗流呈现二级渗流特征,即煤的基质孔隙内流体的渗流呈非达西渗流和天然裂隙及大孔隙内流体的渗流呈达西渗流;煤层气排采过程中,随着排水降压,规模开发可导致"气水分异",局部高点气产量高、水产量低,相对低点产水量高、产气量低。同时,煤层气井排采过快、洗井修井、停抽关井、液面低于煤层顶面等易造成污染,致使气水产量锐减,其伤害机理主要是煤粉堵塞伤害、应力敏感伤害和气锁/水锁伤害。基于伤害特点及伤害机理,结合多年的排采经验,确立了以定压排采、控制合理工作压差和控制煤粉适度产出等排采工作制度。     

煤层气井循环补水排采工艺

针对在煤层气的排采过程中大部分井的采出液量较少,不能满足进入井筒的煤粉排出条件,导致煤粉在井筒内堆积,造成卡泵、埋泵频繁发生的问题,提出在不停产情况下,通过循环补水,增加井液流量,将进入井筒的煤粉排出地面的工艺条件和要求,延长煤层气井无故障排采周期。根据煤粉颗粒的沉降末速度,综合考虑浓度及速度分布的影响,将杆管环空煤粉颗粒排出的最小水流提升速度定为自由沉降末速的2倍,计算了不同杆管组合满足煤粉排出条件的最小排量,根据煤粉最大粒径为0.3 mm的假设,给出了沉降罐体积。通过现场连续循环补水试验,实现连续运转6个月以上不修井的良好效果。     

煤层气井煤粉产生原因及控粉措施

煤粉是煤层气排水降压过程中必然产生的重要物质,成为制约煤层气连续稳定排采的关键性因素。通过分析煤储层中裂隙系统和煤体结构的发育特征,从根源上揭示煤层气井煤粉产生的主要来源,结合煤层气井的煤粉产出规律,找出相应的控粉措施,对下步煤层气排采具有重要的指导意义。     

高煤阶煤层气扩散-渗流机理及初期排采强度数值模拟

为了分析排采控制对气井产能的影响,以沁水盆地南部煤层气藏为例,应用分子动力学、岩石力学理论,分析了高阶煤层气扩散、渗流机理;应用Simed软件,分别采用不变渗透率、应力敏感以及考虑割理压缩率变化的S-D渗透率模型,进行了不同煤体结构高阶煤层气井初期排水强度数值研究。研究表明:解吸、扩散、天然裂缝渗流以及压裂裂缝导流等环节需协调作用,才有利于产气;随着排采的进行,扩散系数会逐渐增大,而压裂裂缝导流系数会因有效应力作用、煤粉堵塞等因素而降低;渗透率是影响研究区气井产能的关键因素,渗透率高的产气效果好;构造煤对于初期降液速率较敏感,对较高的导流系数不敏感;原生、碎裂煤对初期降液速率不敏感,但对导流系数较敏感;低渗煤层气井宜采用较低的初期降液速率;高渗煤层气井可以采用较高的初期排采强度持续排出水和煤粉。     

沁水盆地赵庄矿3号煤层地面煤层气抽采低产原因分析

在对沁水盆地赵庄矿煤层气开发地质、煤层气生产井资料深入研究的基础上,分析、总结了区内煤层气直井低产原因,并据此提出了区内地面抽采后续开发方向。研究认为:3号煤层气含量偏低、含气饱和度低、临储比低,致使排采阶段气含量可降幅度低,是其低产的宏观表征;3号煤储层不匹配孔级,较差连通性,即微、小孔为主,中孔次之,大孔不发育,微裂隙连通性差,致使扩散缓慢、影响储层改造和抽采效果,是其低产的微观表征;3号煤层远高于顶底板塑性及相近的水平应力,进一步造成改造缝长受限,泄流面积不足。因此,建议区内后续地面抽采方式应以增大泄流面积开发方式为主。     

余吾矿煤层气井产能主控因素分析

查明余吾矿煤层气井产能的主控因素,可为进一步勘探开发提供指导。根据该矿已有的煤层气勘探开发井资料,从资源开发条件、钻井的井径扩大率、压裂改造效果、排采工作制度等方面分析了关键参数与日产气量的关系,得出了该区煤层气井产能的主控因素。结果表明:煤储层原始渗透率、临储压力比、含气饱和度是该区煤层气井产能的储层地质控制因素;钻井的井径扩大率、压裂改造效果是影响该区煤层气产能的工程控制因素;排采工作制度与产能之间关系不密切。当煤层段煤体结构复杂或碎粒/糜棱煤所占比例较高时,优化钻井参数或改善钻井液性能、优化压裂工艺参数与煤层的匹配性,是实现该区煤层气井产能最大化的重要保障。研究结果为该区煤层气井开发工程指明了方向。     

深部煤层气勘探开发进展与研究

我国煤层气资源主要分布于深部。鄂尔多斯、准噶尔等盆地部分煤层气井勘探成功表明深部煤层气资源在含气量、含气饱和度、储层压力及临界解吸压力等关键参数方面较浅部有利,开展深部煤层气研究及勘探是重要前瞻性课题。鄂尔多斯盆地东南缘延川南煤层气田的勘探,尤其是万宝山构造带延3井组的成功开发是我国深部煤层气开发获得突破的1个典型实例。一般来说,影响深部煤层气开发的因素较复杂,是一个系统工程,通常可以将这些因素划分为资源地质条件和开采技术条件两大类。延川南煤层气田开发的经验表明,影响深部煤层气井产能的主要因素是受地质条件控制的压裂技术与排采技术,提高深部煤层气单井产量的途径是做好富集高渗区选区评价和预测,加强以压裂为核心技术的工程工艺攻关研究及做好排采管理。