山西沁水盆地煤层气田地面工艺技术研究

针对山西沁水盆地煤层气田低压、低地面产的特点,概要介绍了煤层气地面建设中采用的"井口计量、井间串接,低压集气、常温分离、二级增压、集中处理"等一系列集输工艺技术。     

往复式压缩机在沁水盆地煤层气地面集输中的应用

目前,我国已勘探开发的煤层气田具有"低渗、低压、低产"的特点,为了满足煤层气外输压力要求,通常需要增压输送。但是,在压缩机组选型时,必须充分考虑煤层气异常低压、可能含有煤粉杂质以及高压比、小流量等比天然气集输更为严格的使用工况。通过对樊庄区块集气站压缩机选型经验的介绍,分析了电机驱动和燃气轮机驱动两种驱动方式的特点及对煤层气田集输的适应性,对两种机组的现场使用情况进行了对比,并提出了针对煤层气集输用压缩机在设计选型、配置以及运行管理等方面的建议。对国内同类煤层气田的开发和压缩机选型具有一定的参考和借鉴意义。     

沁水盆地煤层气开采初期集输工艺优化研究

山西沁水盆地高阶煤煤层气具有低压、低渗、高丰度的特点,决定了煤层气必须经过1~2年的排采期,才能达到设计产气量。华北油田山西煤层气分公司在樊庄及郑庄区块开采初期,因产气量小、气量上升慢,无法满足集气站压缩机启运的最低排气量要求。为了解决该问题,使产气能够正常增压外输,提出了越站集输、集气站中低压连通流程改造方案,应用中压集输站外输线输送低压气、下游集气站集中增压、压缩机单作用运行等办法,很好地解决了开采初期的低产气量集输升压问题。     

沁水盆地煤层气的水文地质控制作用

首次从沁水盆地水文地质条件出发，论述地下水来源、迳流状况，探讨石炭二叠系煤层及其主要含水层之间的水动力联系、水文地质作用对煤层含气性的影响；从构造及水动力学方面探讨煤系地层压力、煤储集层、含气饱和程度等特征及其变化原因；分析了盆地煤层气可采性的水文地质控制作用。在此基础上，预测盆地南部、寿阳地区南部为煤层气最有利勘探区，其次为盆地东部，盆地中、西部是颇具潜力的后备区。图３表２参２（梁大新摘     

沁水盆地煤层气集输管网粉尘监测分析

煤层气原料气中煤粉颗粒微小、含量较高,易造成管输系统磨损,且严重影响压缩机的运行效率和流量计的计量准确率。为此,合理选取测试取样点,采用滤筒捕集称重方法测得了煤层气原料气中固体粉尘的平均浓度,采用在线检测方法测得了煤层气原料气中固体粉尘浓度的动态变化和粒径分布,采用在线水露点仪和分子筛吸附等方法计算出水蒸气含量和游离水含量,进而分析得知煤层气原料气中固体粉尘的基本成分,计算出了固体粉尘颗粒物的平均分子量和密度,掌握各采气区块的气体含杂质状况。利用现场调研、方案设计、现场试验和数据综合分析的方法,可获得小型煤层气集输管线系统中固体粉尘和水含量的运移规律,了解阀组个体的工况状态和集气场站的运行状况,有助于对存在的问题制订出针对性的措施。该成果对沁水盆地煤层气集输管网平稳高效运行具有指导意义。     

沁水盆地煤层气田樊庄区块地面集输工艺优化

煤层气在气质组分、赋存条件、生产规律等方面均不同于常规天然气,具有典型的"低渗、低压、低产"的特点,国内还没有大规模整体开发的经验可以借鉴,煤层气地面开采面临着前所未有的诸多困难。为此,介绍了沁水盆地煤层气田樊庄区块单井进站方式、增压工艺及压力系统优化等地面集输工艺的优化技术,总结了优化设计经验,并提出了针对国内煤层气田开发建设的标准化、统一化、数字化3点建议,对国内其他煤层气田及类似气田的开发有借鉴作用。     

沁水盆地煤层气田与苏里格气田的集输工艺对比

我国煤层气蕴藏量丰富,沁水盆地煤层气田是我国煤层气田开发建设条件最好的地区之一,目前地面集输工程一期已基本建成。为了更深入地了解该盆地煤层气田地面集输工艺特点,通过与已取得成功经验的苏里格气田天然气集输工程的对比,分析了该盆地煤层气田开发方案所提供的气井基本参数、地面建设采用的井场、采集系统、集气站场及处理厂工艺。进而提出了如下建议：我国煤层气田开发建设还应加强集输工艺、气田动力供应方式、采出水处理工艺的研究工作,合理选择采集气管线材质,加快煤层气田开发的标准化工作。     

沁水盆地煤层气商业性勘探开发实践及认识

山西省沁水盆地煤层气资源量约4万亿m\+3,2005年产量5.5亿t,占全国总产量的25%。每年因采煤向大气排放煤层气超过30亿m\+3,对大气环境造成重大影响。在山西地区煤矿瓦斯爆炸每年遇难矿工在250人左右,煤层气开采迫在眉睫。     

沁水盆地煤层气富集高产区定量评价

从煤层气成藏过程及其构造控制、沉积作用对储盖组合的影响、水文地质控制动态含气量、高产影响因素及控制机理5个方面,重点总结了沁水盆地煤层气富集高产地质理论新进展。研究认为：构造演化控制成藏过程、沉积及水文地质控制保存条件,进而影响煤层气富集;地层能量、渗透性及局部构造影响煤层气渗流,进而控制高产;富集与高产是煤层气勘探开发过程中的2个层次,高产分析是在富集区评价基础上开展的进一步评价。基于此,结合大量的生产实践数据分析,厘定富集、高产2个递进的评价目标、细化为4个层次共21个主控因素,采用层次分析、定量排序、模糊数学、数值模拟等方法,以沁水盆地为刻度区开展富集高产区评价,建立定量化评价指标体系,优选沁水盆地樊庄、潘庄、郑庄、马必,夏店,安泽,柿庄南7个富集有利区,以及在富集区内的潘庄、樊庄南、樊庄北、马必东,夏店南,郑庄南,安泽7个高产有利区。     

沁水盆地在用煤层气钻井液伤害沁水3#煤岩室内评价

研究沁水3#煤岩储层钻井液储层伤害机理,对沁水煤层气开发至关重要。室内对比测定了清水、绒囊、膨润土聚合物等3类钻井液伤害端氏煤矿3#煤岩柱塞前后渗透率值。结果表明,清水、绒囊钻井液、膨润土聚合物钻井液伤害煤岩柱塞平均渗透率恢复值为70.88%、84.22%和49.26%。结合渗透率恢复实验数据、煤岩柱塞伤害时漏失情况,分析钻井液储层伤害的主要因素有钻井液滤液及颗粒伤害、煤岩自身煤粉及微粒运移、某些表面活性剂与地层不配伍等。建议钻井使用无固相控制煤粉运移的钻井液,适当使用处理剂封堵地层控制滤液与煤层接触机会,根据具体煤岩情况优选表面活性剂避免煤岩与表面活性剂不配伍造成储层渗透率降低。     

沁水盆地南部煤层气藏的地球化学特征

指出沁水盆地南部煤层气的地球化学特征是甲烷含量超过95%,δ\+\{13\}C\-1值变化于-61.7‰～-28.7‰之间,而大部分甲烷的δ\+\{13\}C\-1值偏轻,为-40‰～-30‰之间,太原组甲烷的δ\+\{13\}C\-1则更轻。认为这主要是由于构造热事件及水动力条件综合作用的结果,构造热事件不仅促成二次生气,而且改善了煤储层物性,大大增强了CH\-4与CO\-2交换作用及甲烷的解吸-扩散-吸附的动态平衡过程,强烈的水动力条件也是导致煤层甲烷碳同位素变轻的重要原因,太原组甲烷碳同位素更轻主要是由于流动的地下水的溶解作用造成的。     

沁水盆地压裂煤层气井生产动态影响因素

煤层气藏与常规砂岩气藏开发存在显著差别,压后生产特征及因素影响规律完全不同,沁水盆地各区块日产气量差异极大。综合考虑煤层气的解吸、扩散和渗流机理,建立了二维气/水两相的压裂煤层气井生产动态数学模拟模型,以1口实际井参数为例模拟分析了Langmuir体积、Langmuir压力、解吸时间、煤层压力、煤层裂隙渗透率和裂隙孔隙度对压裂煤层气井产量的影响规律。煤层气藏与砂岩气藏压后生产动态有明显区别,前者经历一定时间后还会出现产量第二峰值且该峰值可能大于产量第一峰值,产气量(含峰值产量)随Langmuir体积增加或Langmuir压力减小而增加,随煤层裂隙渗透率增加或裂隙孔隙度减小而增加。这些因素均会影响到峰值产量数值及其出现时间,研究结果对正确认识压裂煤层气井生产动态变化有重要意义。     

沁水盆地南部地应力特征及高产区带预测

地应力是渗透率的重要控制因素,高产井主要分布在最小主应力相对较小的区域,因此地应力特征对高产区带的预测具有重要意义。分析了泌水盆地南部地区现代构造应力场对煤储层物性的控制机理,指出主应力差增大,渗透率呈指数形式急剧增高,而储层压力呈对数形式上升;试井地应力梯度尽管与渗透率、储层压力之间存在相关关系,但离散性较大。预测了3种有利的煤层气成藏类型,即大宁-潘庄-樊庄区带高主应力差-滞流封闭-浅埋型煤层气藏、沁水-郑庄-樊庄北和沁源-安泽区带中主应力差-缓流封闭-中埋型煤层气藏、郑庄北和沁源东-安泽东区带中主应力差-缓流封闭-深埋型煤层气藏。     

孔隙结构在煤层气运移过程中的作用――以沁水盆地为

从煤储层双孔隙系统出发探讨了介质对煤层气扩散运移的制约关系及程度。以沁水盆地为例,分析了孔隙系统和裂隙系统在煤层气运移过程中的不同作用,认为孔隙系统在煤层气运移过程中主要承担扩散作用――把气体从微孔输送到裂隙系统,而裂隙系统主要起渗流作用――控制着气体的流量。     

沁水盆地煤层储集性能

沁水盆地煤层孔隙分为5种类型,孔渗性较高,煤层吸附回线以密闭型为主,毛管压力曲线主要为裂隙孔隙型,孔隙分布以大孔为主,孔容及孔比表面积大,具中等吸附能力。因而该地区煤层储集性能较好,煤层气易于开采。     

美国煤层气地面集输工艺技

随着常规天然气资源不断减少，能源需求不断增加，特别是对环境保护要求的日趋严格，煤层气作为巨大的潜在资源在能源消费中的地位也逐步提高。美国在研究、勘探、开发利用煤层气方面处于世界领先地位，尤其是圣胡安和黑勇士两个煤田的集输系统已经相当成熟。为此，从井场工艺、集输系统、集中处理站工艺、水处理系统、腐蚀防护以及现场操作经验几个方面介绍了美国圣胡安盆地煤层气的集输工艺技术，可为我国煤层气集输工艺发展的思路提供参考。     

沁水盆地中生代晚期构造热事件

在沁水盆地中,通过镜质体反射率、包裹体测温和裂变径迹等方法恢复得到的古地温和古地温梯度有较好的一致性。沁参1井的古地温梯度达每百米4.73～6.10℃,古大地热流在82～106mW/m²之间。这样高的古地温梯度肯定与构造热事件有关。经分析,沁水盆地Ro值在纵向剖面不存在错断现象,在平面分布上与中生代晚期的盆地形态相一致,并且R_o高值分布区与岩浆活动有关;盆地内岩体同位素年龄大都在95.34～166.45Ma之间,周边地区岩浆活动带中的500多个同位素年龄的最大丰度值也介于124～153Ma之间。这些都说明这次构造热事件发生在晚侏罗世至早白垩世,是燕山中期运动的反映。     

沁水盆地南部煤层气成藏机理

煤层气成藏机理研究是煤层气勘探开发的前提和基础。为此，以油气、煤田和煤层气各勘探阶段积累的资料为基础，结合前人的研究成果，系统探讨了沁水盆地南部煤层气藏的成藏机理。通过对煤层气藏特征（包括煤层空间几何形态、煤层气成分和含量、储层物性、吸附特征、储层压力及封闭条件）和煤层气成藏过程（包括煤层气形成、运移和聚集）的分析，进而认识到：晚古生代煤层在经历了印支期和燕山期两次煤化作用后大量生气，并在喜山期遭受了强烈的调整与改造作用，最后逐渐形成了现今的沁水盆地南部煤层气藏；直接控制和影响该区煤层气富集的因素除了煤层顶底板的岩性与边界断层外，地下水的补给、运移、滞流和排泄也是关键因素；该区目前的高产煤层气井基本上都位于地下水滞流区。     

沁水盆地盖层对煤层气富集的影响

从煤层气藏封盖机理探讨开始，分析了沁水盆地以及其他含煤盆地煤层气富集与盖层的关系。研究认为，实际上盖层对煤层气的保存同样重要，煤层气藏对盖层封盖性的要求就是要使煤层能够达到最佳的吸附量或含气量。研究结果：①良好的盖层条件可以减缓煤层气的散失，同时可间接抑制煤层气的解吸； ②具有封盖性好的上覆盖层（顶板）和下伏隔层（底板）的煤层有利于煤层气的富集；③煤层埋藏太浅，盖层封盖条件变差，不利于成藏；④埋深适中，具有稳定分布、封盖性好顶底板的煤层有利成藏。沁水盆地盖层与含气量的关系说明，盖层厚度大、泥质含量高、高突破压力和一定的埋深对煤层气的保存是有利的。