碎软突出煤层空气动力造穴工程主控因素

为揭示空气动力造穴技术在碎软突出煤层中造穴效果的主要工程影响因素及其机制,加大该技术在碎软突出煤层瓦斯治理中的应用力度,通过空气动力造穴机理分析认为,影响造穴效果的工程主控因素为注气压力和返排气体排量;同时采用数值模拟、现场实验和公式推算相结合的方法,对注气压力与返排气体排量的影响机制进行了研究。结果认为:距离井壁越近,储层内的气体压力越大、煤储层结构越容易被空气压力“激动”作用破坏,注气压力在安徽淮南谢一矿实验点的碎软煤层中的有效传导半径为7 m,煤层洞穴半径单次扩大量为0.1 m左右,掏出煤体体积在一定范围内与注气压力、返排气体排量呈正相关关系。      

填埋场单井注气气体压力监测试验及预测模型

确定填埋场注气过程中气体压力分布特征可为好氧通风工程提供关键技术和理论支撑。以现场单井注气试验为依托,在渗流力学理论的基础上,开展了不同注气强度条件下气体压力分布监测试验,分析了注气过程中气体压力的径向分布特征,推导了注气条件下垃圾土体内部以解析解形式表达的气体压力预测（analytical gas pressure prediction,简称AGPP）模型;结合现场气体压力监测结果,构建了以注气井压力为核心参数的经验公式形式的气体压力预测（empiricalgaspressure prediction,简称EGPP）模型。试验结果表明：低压注气强度也可以达到良好的注气效果,在较短时间内可以让气体充满注气井周围;通过现场监测数据与AGPP模型、EGPP模型的对比,初步验证了两种模型的可靠性。以上成果为预测和评估好氧通风过程中垃圾填埋场气体压力分布提供了新方法。     

空气动力造穴技术适用性分析

采用理论研究和现场实践相结合的方法,研究空气动力造穴在我国煤层气开发以及煤矿瓦斯抽采方面的适用性和应用效果。对空气动力造穴技术在圣胡安盆地、寿阳和沈北煤田以及两淮矿区的应用效果进行了深入的分析和研究,结果表明:以煤层气井增产为目的时,空气动力造穴技术在以生物成因为主、煤体结构好的煤田应用效果较好;以矿井瓦斯治理为目的时,空气动力造穴技术改进后可应用于煤体结构差、地应力高、瓦斯压力高的地区,依据地质条件作适当改进后将在煤矿瓦斯治理方面具有良好市场前景。     

煤层气井造穴射流破岩试验研究

通过水射流造穴进行洞穴完井是煤层气井重要的完井方式。为了优选造穴射流工具的喷嘴,提高射流造穴直径和效率,通过制备相似煤岩试样,采用室内试验的方法,进行了连续射流和空化射流的破岩效果试验,并在现场造穴施工中进行了应用。结果表明：自由射流条件下,连续射流在喷距为200 mm时破岩效果最好,空化射流在喷距为300 mm时破岩效果最好。淹没射流条件下,连续射流未能冲蚀煤岩试样;空化射流的冲蚀直径则呈先增加后减小并趋于稳定的状态,在淹没深度为200 mm时冲蚀直径达到最大,冲蚀深度随着淹没深度的增加而增加,在淹没深度为300 mm以后,冲蚀深度趋于稳定缓慢减小。研究结果为造穴射流工具的喷嘴选型及结构优化设计提供了依据。     

煤层气井空气造穴工艺的实践与认识

空气造穴完井是煤层气井所特有的一种行之有效的完井方式,目前在国内外一些地区已经得到有效应用,并取得一定效果,尤其是在美国的圣胡安盆地。但是这种技术也有其局限性,对地质和储层条件要求高,所以在采用该工艺时,不可完全照搬。我国的山西寿阳地区的煤层厚度较大,含气量较高,具有较好的渗透率,且完井深度较浅,使该工艺得以成功实施;而沈北地区虽然煤层较厚,但渗透率低,并受到煤层顶板油页岩物性的影响,空气造穴作业后的返出物体中有大量的顶板油页岩,说明该井的顶板坍塌很严重,这对完井后的排采工作带来极大的隐患和风险,因此,需考虑区内的特殊储层地质条件,对该项技术进行深入的研究,从而提出改进方法。     

CO2注气压力对瓦斯扩散系数影响规律实验研究

煤层CH₄解吸效率低、扩散慢的特点严重制约着煤层瓦斯抽采的效率,为解决低透气性煤层瓦斯抽采困难的问题,选取晋城赵庄煤矿煤样,研究不同注气压力对驱替CH₄过程的影响以及驱替过程中CH₄扩散系数的变化规律,利用自主研发的CO₂驱替CH₄试验平台,在0.6、0.8、1.0 MPa等不同注气压力条件下分别进行CO₂驱替CH₄实验。结果表明:驱替压力越大,达到最大CH₄排放量的时间越短,CO₂突破时间越快,置换效率越大,驱替效果越好;CH₄气体驱替过程分为3个阶段,先急剧增加再缓慢增加最后保持平稳;在同一注气压力下,瓦斯扩散系数随时间呈先增大后减小的变化规律,注气压力为0.6、0.8、1.0 MPa时,瓦斯扩散系数的最大值分别为2.27×10-5、3.36×10-5、4.62×10-5 cm2/s。从实验结果可知,不同注气压力下,CO₂对CH₄主要起到驱替作用、置换吸附-解吸作用及稀释驱替作用;每个阶段的CH₄气体运移情况不同,根据实验阶段合理调整注气流量、压力等参数,使注驱技术搭配更高效。研究结果对CO₂深埋与瓦斯（煤层气）高效抽采具有理论指导意义。      

气体动力改造煤储层效果分析

为研究气体动力煤储层改造的效果,利用结果检验阶段的压力恢复观测数据,运用气藏工程分析理论与方法,对煤储层的渗透率、表皮系数、有效井半径、井筒储集系数等影响煤层气井生产性能的参数进行计算,通过分析这些参数在改造过程中的动态变化,探讨每一循环气体动力改造煤储层的效果,为优化调整作业参数和作业方案提供依据,指导气体动力改造作业达到最佳效果。     

水合物储层伺服降压开采模型试验研究

深海水合物赋存于一定的温度和压力环境下,降压开采时降压速率对分解产气速率和储层变形特性影响显著。利用浙江大学自主研发的水合物降压开采试验装置,通过伺服控制降压速率,初步开展了水合物储层模型降压开采试验,研究了储层温度场、孔压场、产气量等的响应特性,探讨了降压速率对产气效率和储层变形特性的影响规律。试验表明：水合物竖井降压开采时,开采井周围储层温度率先下降,分解域由井周逐步向周围发展。适当提高降压速率能够提高储层开采效率,但降压速率过快时易导致水合物重生成,反而不利于水合物高效持续稳定开采,开采时应选择合理的降压速率以达到最优产气效率。开采过程中根据储层孔隙与外界连通程度,储层孔隙状态可分为完全封闭型、局部封闭型和开放型3种类型。储层开采试验完成后,浅层土体出现 3 种不同变形特征的区域：I 区为井周土层,呈漏斗型下陷;II 区土层平坦,无明显扰动痕迹;III 区为边界土层,该处水气产出受阻导致部分气体向上迁移引起土丘状隆起带出现。这些变形特征与气体在储层中的迁移路径和运移模式相关。通过相似性分析,给出了模型与原型分解时间和产气量等的对应关系。     

无越流含水层中完整井的井流试验确定隔水边界位置

讨论了在未知无越流含水层隔水边界的方向和位置时,通过完整井的井流试验,利用观测井降深-时间的数据以及Cooper-Jacob简化公式的直线图解法来确定隔水边界的问题。运用数学建模的方法,分析讨论了当观测井个数为两个时的隔水边界位置。结果表明:使用两个观测孔降深-时间的数据可找出隔水边界的两个可能解,但无法确定哪个是真实解。因此笔者在此基础之上提出了确定隔水边界的一种方法:使用三个不在一条直线上的观测井降深-时间的数据,通过直线图解法和作图,利用三个圆的交点近似确定隔水边界的位置。     

欠平衡钻进技术在煤层气水平井施工中的应用

为防止对煤层储层的伤害与污染,欠平衡钻进技术目前被广泛应用于煤层气水平井施工中。本次施工是在水平井与直井,在煤层中连通以后,通过直井注气,降低水平井与竖直井筒中环空内多相流体静液柱压力,达到欠平衡钻进的目的。总结了煤层气欠平衡钻进施工工艺方面存在的问题及解决方法：一是由于在钻进过程中需要停泵加尺造成循环系统的不稳定性（压力波动）,造成井壁的不稳定易坍塌,现场施工时主要通过直井持续注气但适当调整注气量来解决;二是在空压机排气量无法调节的情况下,注气量主要通过旁通阀开通的大小来调节。为该地区以后的煤层气欠平衡钻进技术积累了宝贵的经验。     

洞穴完井工艺在寿阳地区煤层气钻井中的应用

洞穴完井工艺包括钻井、完井、排水采气等工序,为提高煤层渗透率,最大限度的保证煤层气解析与运移,洞穴完井一般要求有效井径3-4m,及一定范围的破碎带。远东能源公司为开采寿阳地区15#煤层中的煤层气,部署了4口生产井．其井身设计为三开结构。钻井主要设备为T685WS顶驱车载钻机及多台不同型号的空压机,采用潜孔锤冲击钻进．以空气、空气泡沫为冲洗介质,钻进至15#目标煤层底板以下46m处完钻,然后利用可伸缩式扩孔器进行扩孔。在扩孔至距三开井底8～10m时．开始采用空气和清水憋压,通过瞬间释放压力,使煤层坍塌,如此反复,至造穴直径达到要求。由于严格按照技术标准及操作流程作业,采取的技术措施合理,4口井均已顺利投入生产,增产效果显著。可见该种洞穴完井技术的应用,不仅可以保护煤层原生结构及环境,并且还能减少煤层气射孔、压裂等环节的费用．对于煤层气井施工具有重要的经济意义。     

鄂尔多斯盆地化109区长2油藏注水开发政策研究

化子坪区长2油层属于低渗、低产、低丰度的"三低"油藏。随着开发的进行,油藏进入高含水阶段,油藏采油能力不断下降,开发政策亟须调整。本文以化109区长2油藏为研究对象,利用实际生产数据和数值模拟技术,分析油藏开发现状,论证不同开发方案,提出相应开放政策。结果表明:经过多年注水开发,目前油藏年递减率为9. 2%,含水率91. 5%,年含水上升约0. 7%,开采程度10. 5%,地层压力保持水平较高。油藏剩余油丰富,主要集中在河道交汇处(河道边部)和井间微型正向构造处。经过油藏工程论证,油藏开发合理地层压力保持水平应为100%,合理注采比应为1. 0,合理注水强度应为4. 9 m3/m·d。应从扩边调整、注水调整和治理低产低效井三个方面调整注水开发政策,提高油藏开发水平。     

CO_2注入下岩层变形和流体运移分析(I):两相流-岩层耦合模型

目前国内关于CO2咸水层封存尚处于先导性和试验性研究阶段,对超临界CO2注入过程中岩层力学响应和流体运移的理论与技术方面的认识还不完善。为研究CO2注入下岩层变形和流体运移,基于两相流动数学模型,给出了超临界CO2和咸水质量守恒方程;采用毛细压力和有效饱和度的关系式,将质量守恒方程变换成以毛细压力为变量的表达式,以便于考虑流体压力对岩层的影响。提出了无流体压力影响下的岩层力学本构模型,该模型能够同时考虑岩层的塑性变形和损伤。分析了两相流体-岩层相互作用机制:一方面,采用有效应力原理,考虑流体压力对岩层的力学影响;另一方面,通过岩层固有渗透率变化考虑岩层变形对流体运移的影响。     

松南深层火成岩储层的损害分析与保护技术

松南火成岩的储层特征中石英发育裂隙,发育构造微裂缝,由于天然气气层存在易于移动、易被压缩,且存在束缚水含量高、低压敏感性强、高毛管力等特点,导致气层更容易受到损害,从钻井取心、测井解释和有关的地质描述看,深层储气层普遍存在着裂隙。在对松南深层储层物性的认识以及实施常规钻井技术下储层潜在损害方式、损害程度研究的基础上,研究分析了钻井、完井等各个阶段保护技术的作用原理,制定了针对性的储层保护方案。研究实践表明,同时采用欠平衡钻井工艺,实施屏蔽暂堵的承压堵漏方案,采用优质非渗透钻井液完井液体系,改善侵入储层滤液性质,基本满足深层勘探钻井完井过程中保护储层的技术需求。现场应用表明,各项储层保护措施的实施在保护储层、地质资料需求和勘探发现等方面取得了良好的效果。     

Prediction Model of Coal Reservoir Pressure and its Implication for the Law of Coal Reservoir Depressurization

The main methods of coalbed methane(CBM) development are drainage and depressurization, and a precise prediction of coal reservoir pressure is thus crucial for the evaluation of reservoir potentials and the formulation of reasonable development plans. This work established a new reservoir pressure prediction model based on the material balance equation(MBE) of coal reservoir, which considers the self-regulating effects of coal reservoirs and the dynamic change of equivalent drainage area(EDA). According to the proposed model, the reservoir pressure can be predicted based on reservoir condition data and the actual production data of a single well. Compared with traditional reservoir pressure prediction models which regard EDA as a fixed value, the proposed model can better predict the average pressure of reservoirs. Moreover, orthogonal experiments were designed to evaluate the sensitivity of reservoir parameters on the reservoir pressure prediction results of this proposed model. The results show that the saturation of irreducible water is the most sensitive parameter, followed by Langmuir volume and reservoir porosity, and Langmuir pressure is the least sensitive parameter. In addition, the pressure drop of reservoirs is negatively correlated with the saturation of irreducible water and the Langmuir volume, while it is positively correlated with porosity. This work analyzed the reservoir pressure drop characteristics of the CBM wells in the Shizhuangnan Block of the Qinshui Basin, and the results show that the CBM reservoir depressurization can be divided into three types, i.e., rapidly drop type, medium-term stability type, and slowly drop type. The drainage features of wells were reasonably interpreted based on the comprehensive analysis of the reservoir depressurization type; the latter was coupled to the corresponding permeability dynamic change characteristics, eventually proving the applicability of the proposed model.     

超稠油油藏转小井距蒸汽驱条件及时机

蒸汽驱是稠油油藏经过蒸汽吞吐开采后进一步提高原油采收率的主要热采阶段。但不是说任何时候转驱都可取得较好的效果。笔者系统研究了影响蒸汽驱开采效果的因素：原油粘度、油层有效厚度、纯总厚度比、起始含油饱和度和油层非均质性等,确定出适宜蒸汽驱开采的油藏条件。在分析稠油油藏加密吞吐后油藏条件变化的基础上．利用油藏工程数值模拟技术研究确定出超稠油油藏转小井距蒸汽驱的合理时机。     

多级循环泵注水力压裂模拟实验研究

超深储层地层起裂压力较高,水力压裂受现场泵注设备的限制严重,文中重点研究了大尺度水力压裂物模实验水泥样品尺寸（762 mm×762 mm×914 mm）在循环和常规两种泵注条件下的起裂扩展和声发射规律。实验结果显示,（1）相对于普通泵注,采用循环泵注方式进行水力压裂可以有效降低起裂压力,类似于单轴和三轴循环加载岩石力学行为,都是由于循环加载引起疲劳损伤;（2）对于螺旋射孔完井方式,水力压裂裂缝只从最薄弱射孔处起裂,一旦起裂后其他射孔孔眼很难再开启,水力压裂现场应合理选择分段距离和簇间距,实现储层改造效率最优化;（3）循环泵注水力压裂存在Kaiser效应（当加载应力到前次加载最高应力值时出现的声发射信息）。因孔隙流体扩散到岩石并导致孔隙压力的局部上升,破坏模式仍然可以由摩尔圆表示。研究成果对循环泵注条件的裂缝扩展规律研究以及发展新型压裂改造技术具有重要意义。     

定福庄地热试验井成井工艺研究

JR-121井位于北京市定福庄南里,开采蓟县系雾迷山组1600m以深热储层的岩溶裂隙水。该试验井施工使用GZ-2000型水源钻机,TBW-850/50型泥浆泵,钻探深度2202.98m。成井过程中,根据不同层段,采用不同成井工艺,在目的含水层的上覆非取水层段,采用分级下套管及水泥封闭的方法进行止水,泥浆与回旋方法钻进;在取水段,采用裸眼孔底钻铤加压、泥浆护壁与回旋钻进。洗井工艺上,采用酸化、液态CO2和空压机引喷相结合的联合洗井方法。使用此成井工艺,止水效果良好,达到了开发岩溶裂隙地热水的目的。     

煤储层注入/压降试井中注入段曲线的分析及应用

注入/压降试井是目前煤层气井获取煤储层渗透率、储层压力及井筒参数的主要手段。一般情况下,关井阶段压力变化平稳,排量稳定,因此注入/压降试井报告中采用压降阶段的压力数据进行分析。但在一些低渗储层使用压降段曲线进行分析时,能表征储层重要特征的径向流段往往不能出现。注入测试的实质是一次负产量的压降试井,在排量稳定、压力曲线光滑的前提下,可以对注入曲线进行分析,求取储层参数,并以A井为例进行了分析说明,分析结果显示,注入曲线与压降曲线分析所得渗透率一致。     

稠油油藏热-流体-力学耦合模型研究及应用

在稠油油藏开发中,由于原油黏度高一般采用注蒸汽开采。基于连续介质力学理论,考虑了热对流的影响,建立了蒸汽注入条件下对地层压力、变形和有效应力定量评价的改进的热-流体-力学耦合数学模型;应用全隐式顺序Galerkin有限元数值解方案对注蒸汽井热-流体-力学耦合过程进行了数值模拟。计算结果表明,由于地层流体高温膨胀引起的高压力,会导致位移、变形,甚至地层结构破裂;温度对地层破裂形态的影响显著。研究表明,这个改进模型比传统模型更加准确、实用,可以用于蒸汽注入速率优化和油藏、地质、热-流动力反应、地应力水平等综合作用效应研究。