煤层气开发井网优化设计——以新集矿区为例

以新集矿区为例,系统地研究了煤层气开发井网设计的具体内容及工作程序。根据对新集矿区煤储层地质条件分析,确定了煤层气开发的目标煤层以及布井间距设计原则;通过煤储层数值模拟的产能预测,确定了煤层气开发的井网布置样式;在产能预测的基础上,结合经济分析,优化了煤层气开发的布井间距,进而提出了新集矿区首期煤层气开发布井方案,并进行了产能预测。指出新集矿区煤层气开发应采用地面垂直井、采动区煤层气开发以及井下瓦斯抽放等多种开发方式综合并举的形式。      

潞安矿区煤层气井产出水地球化学特征及意义

水文地球化学分析是研究煤层气富集条件及开采动力条件的重要方法。以沁水盆地中南段潞安矿区山西组3号煤煤层气井产出水为研究对象,开展了矿化度、H/O稳定同位素和主要离子浓度分布特征研究,结合区域构造展布特征及煤层气开发历史分析了区内煤层气开发优选区。结果表明：（1）潞安矿区分布有3个高矿化度区（五阳井田、余吾西南部、高河北部–古城井田）,地下水平均矿化度2 000～3 200 mg/L;1个低矿化度区域（常村井田和余吾井田中东部）,地下水平均矿化度1 500 mg/L。（2）煤层产出水中的δD和δ¹⁸O值均落在该区大气降水线附近,表明该区各含水层均有来自大气降水的补给,且煤层中的水主要来源于大气降水。（3）潞安矿区地表水从东部太行山裸露岩层区向下运移至含煤地层和下部奥陶系含水层,而后在灰岩系中向东出露地表,补给辛安泉域。研究区内两条区域断层文王山断层和二岗山断层是开放性导水断层,为地下水运移提供了通道,其展布特征决定了地下水的基本流动规律,其控制区域内的煤层气含量较低;地下水在挤压性断层中华–安昌断层附近、天仓向斜和许村向斜轴部相对滞流,矿化度较高,是煤层气富集区,也...     

潞安矿区古城煤矿煤层气赋存主要地质因素分析

古城煤矿位于山西省潞安矿区中西部,是潞安集团近期重要的煤炭接替矿井。前期煤田勘查揭示该矿区煤层含气量较高,具有较好的煤层气资源开发潜力。以矿区煤田及煤层气地质资料为依据,结合区域和周边矿井煤层气勘探和开发成果,探讨影响该矿井煤层气赋存和富集的基本地质条件。研究表明,控制煤矿区煤层气分布的主要因素是构造,其中向斜核部是煤层气赋存、富集的有利部位;此外,本区煤层气分布还受断层影响,断层性质不同,对煤层气的赋存、富集影响不同,本区除了少数逆断层是煤层气富集的边界条件之外,多数正断层对煤层气的保存具有破坏作用。     

煤层气开发井网优化设计

煤层气田井网布置的好坏直接影响到煤层气开发的成败以及最终采收率的高低。通过数值模拟方法,给出了煤层气井网优化设计的原则以及井网优化设计考虑的因素,如井间干扰、各向异性、井距与排距之比、井网密度、井网方位等,并利用数值模拟软件对鄂尔多斯盆地某区块进行了开发井网的优化设计,为该区的煤层气开发方案设计提供了合理依据。      

鸡西盆地梨树煤矿地面煤层气开发井网部署优化研究

为优化地面煤层气开发井网部署,以梨树煤矿煤层气地面垂直压裂井为例,利用数值模拟软件(CBM-SIM)对其生产数据进行历史拟合,修正煤储层参数,建立地质模型。在此基础上,设计了300 m×250 m、250 m×200 m、200 m×200 m三种煤层气开发井间距,进行了产能预测及采收率计算。考虑到煤矿区不同区域地面煤层气开发目的不同,从煤层气井产能与经济两个方面,优化了研究区内地面煤层气开发井网部署。研究表明:1区内井网布置形式采用矩形法,考虑到构造、煤田钻孔及地形地貌因素,局部可采用不规则井网。2区内煤矿开拓准备区采用200m×200 m的井间距,排采5 a,累计产量200.43×10~4m~3,采收率达51.28%;煤矿规划区采用300 m×250 m的井间距,排采15 a,累计产量422.64×10~4m~3,采收率达48.94%。     

煤储层压裂轻质陶粒支撑剂粒级配比优化

水力压裂是目前煤储层改造增透的主要技术措施之一,支撑剂在压裂裂缝中的铺置范围和输送距离是衡量水力压裂效果的重要指标。针对潞安矿区煤储层特点,采用物理实验和数值模拟方法,对比分析试验煤层气井压裂支撑剂导流能力、铺砂范围、粒径组合等因素对裂缝导流能力的影响,筛选出最优的支撑剂粒径和粒级配比。结果表明,随着闭合压力增大,不同粒径覆膜轻质陶粒支撑剂对裂缝导流能力降低;相同粒径覆膜轻质陶粒在裂缝中形成的砂堤和铺砂区长度是传统石英砂的2倍左右;40~60目(0.25~0.38 mm)、16~40目(0.38~1.00 mm)、12~20目(0.83~1.40 mm)3种粒级覆膜轻质陶粒中,12~20目压裂裂缝长度、支撑缝长和平均支撑剂浓度最小,而导流能力最高;当3种粒级40~60目、16~40目、12~20目配比为1∶6∶2时,覆膜轻质陶粒压裂效果最好,平均裂缝缝长320 m,裂缝宽度0.672 cm,支撑剂密度5.16 kg/m2,裂缝导流能力为1.263。潞安矿区煤层气井采用覆膜轻质陶粒支撑剂压裂时,通过优化支撑剂粒度配比,显著提高裂缝导流能力,以提高煤储层渗透性和煤层气开采效果。      

三维地震勘探技术在潞安矿区的应用

潞安矿区属黄土丘陵地貌,浅层地震地质条件较好,但由于矿区内村庄、工业矿区等地面建筑较多,严重影响数据采集质量。目前潞安矿区三维地震勘探存在的主要问题为：小构造遗漏较多,特别是5m以下的断层和20m以下的陷落柱;陷落柱的解释误差较大,影响巷道及工作面布置;时深转换不准确,煤层底板等高线出入较大;第四系厚度不准。虽然受测区地震地质条件和技术限制存在多解性和误差,但就潞安矿区已开展的三维地震勘探来看,采区三维地震勘探是潞安矿区精细化地质勘查的必要手段,其在煤矿生产的合理设计、采区的合理划分及巷道、工作面的合理布置等方面发挥了重要作用。     

煤层气选区评价的关键性地质条件——煤体结构

煤体结构是煤层气高渗高产的决定性因素。我国煤层气勘探开发过程中出现的一些误区．其原因之一就是对煤体结构在选区评价中的作用关注不够。在研究煤层气选区评价主控因素基础上,分析了煤体结构在选区评价中的作用。以山西潞安矿区两个井田为例,阐述了查明煤体结构的途径及根据煤体结构分布规律优选出煤层气地面开发区块。研究表明,潞安矿区主采煤层普遍遭受地质构造破坏,煤体结构在平面上和垂向上均有明显的分带特征,A井田北部、B井田南部地区煤体原生结构较发育,煤储层渗透性较好,可作为地面开发的优选区块。     

潞安矿区煤储层裂隙及其与人工裂缝的关系

为了研究潞安矿区煤储层压裂人工裂缝与天然裂隙的关系,井下实测了矿区煤储层宏观裂隙,扫描电镜观测了煤储层显微裂隙;探讨了矿区含裂缝非均质煤岩破裂规律。对原位煤储层条件下人工裂缝沿天然裂隙扩展的最大水平主应力方向与天然裂隙走向夹角的临界值进行了计算。结果表明:矿区的漳村、司马、屯留、常村和五阳5个区块临界值分别为12.00°、9.22°、9.16°、8.56°和7.42°,当最大水平主应力方向与天然裂隙走向的夹角小于此临界角时,人工裂缝沿天然裂隙扩展,反之沿最大水平主应力方向扩展。据此,探讨了潞安矿区原位煤储层压裂裂缝沿天然裂隙扩展的3种模式。      

煤层甲烷气藏的数值模拟技术

煤层甲烷气藏的数值模拟,可以正确决策煤层气井的井网布置方案,评价和预测煤层气井的产量变化趋势,生产高期的出现时间和生产年限,进而正确地评价和预测整个矿区的煤层甲烷资源的开发潜力。目前美国已拥有比较成熟搂具有工业标准的煤层甲烷储层模拟软件,我国在煤层气开发中也已开始应用该项技术。     

基于煤层气与煤炭协调开采的地面煤层气布井理论探讨

煤矿区煤层气地面开发具有资源、安全、环保等综合效益。研究了煤层气开发与煤炭开采相互影响的控制机制,分析了主要影响因素,包括:煤层气套管、水泥环对采煤机械的损害,金属套管碰撞产生的火花,压裂石英砂对煤质的影响,压裂对煤层顶板和底板的破坏,以及煤炭回采对井筒的破坏。基于煤与煤层气协调开采的目标,结合煤炭开采"O"型圈理论,提出了煤矿区煤层气地面井位部署应以煤矿采掘生产为优先考虑原则;在研究了煤炭开采不同位置布置煤层气井可能性的基础上,提出了煤矿最理想的布井位置为回采边界的煤柱处,并提出在条件允许情况下首选水平井抽采方式。论文成果对煤矿区煤层气的安全高效开发具有一定的现实意义。      

煤层气水平井微地震成像裂缝监测应用研究

为有效地指导煤层气水平井压裂工程,评价压裂施工效果,提出将微地震成像裂缝监测技术应用于煤层气水平井压裂施工中。利用微地震成像监测煤层气水平井裂缝延伸的方位、缝长及缝高,分析裂缝双翼不对称发育原因。以沁水盆地寺河区块为例,将水平井和同规模、同层位垂直井的裂缝监测结果进行对比分析,结果显示,因布井方位及施工工艺影响,水平井压裂液滤失量大、易产生多裂缝,且裂缝延伸距离相对较短。指出后续水平井布井应考虑水平段轴线与最小主应力方向平行,增大压裂设计规模和压裂级数,以保证煤层气水平井高效开发。      

煤矿采空区煤层气地面开发技术及工程应用

煤炭采出后,采空区中仍蕴藏着丰富的煤层气资源,其资源评价与开发利用具有环保和资源双重意义。近几年来,在山西晋城、西山和阳泉等矿区开展了地面钻井抽采采空区煤层气的积极探索,但在采空区煤层气地面开发过程中,往往因煤矿采空区积水、上覆岩层承压涌水等原因,导致地面钻井不产气或抽采气量低。以山西晋城岳城矿为例,研究不同采煤工艺下的采空区煤层气赋存特征、采空区积水和采空区裂隙带岩层渗透率对采空区煤层气地面开发的影响,提出采空区井布置原则和抽采技术,为解决三开空气钻进过程中岩粉进入裂隙带堵塞采空区煤层气运移通道问题,探索用水力冲孔方法提高采空区裂隙带岩层渗透率方面的应用。研究表明,煤矿采空区井布井原则:(1) 采空区井应布置在采空区积水区域之外;(2) 针对房柱式采煤形成的采空区空间形态,采空区井应避开保护煤柱最终完钻至采空区空间内;针对长臂式垮落法采煤形成的采空区空间形态,采空区井最优钻井区域为“O”形圈边界连线和采场边界之间靠近终采线一侧。研发了一种煤矿采空区井排水采气一体化抽采系统,该抽采系统实现了采空区井底积水抽排和煤层气抽采同步进行,解决了采空区上覆岩层承压涌水造成煤层气产量下降问题,抽采系统优化前后采空区井煤层气抽采量增加33.3%。探索性地将水力冲孔运用于解决钻井岩屑造成的采空区裂隙带岩层渗透率下降问题,工程试验结果表明,水力冲孔改造前后采空区井日均抽采量最高增长率为11.30%,提出了采用泡沫欠平衡钻井技术解决钻井岩粉侵入采空区裂隙带的建议。      

地应力影响煤层气勘探开发的研究现状与展望

通过总结评述前人关于地应力影响煤层气勘探开发的相关文献和成果,讨论了地应力与煤层气成藏、地应力与煤储层渗透率、地应力与煤储层压裂改造、地应力与煤层气井位部署的关系,对相关研究工作的未来走势进行了展望。认为：地应力控制着煤层气成藏过程中的各个环节,是影响煤层渗透率中最主要的因素,也是煤层气井压裂设计和井网部署必须考虑的重要参数。地应力研究对煤层气勘探开发意义重大,且亟待加强。     

基于干扰试井技术的煤层气储层参数测定

为弥补传统注入压降试井测试结果以点代面的问题,提出基于煤层气干扰试井的储层参数测试方法,阐述了其基本原理、测试方法和数据分析依据。以沁水盆地南部1口激动井和4口检测井组成的井组为例,结合该井组前期注入压降法、历史拟合法测试结果,并与干扰试井测试结果进行对比分析。结果表明,煤层气干扰试井法各井测点渗透率接近利用排采数据的历史拟合值,且高于注入压降测值,但3种方法获得数据处于同一数量级之内;煤层气干扰试井技术方法可以反映试验5口井的区域渗透率分布特征,其区域东南方向渗透率较大,即为主裂隙发育方向。结合3种方法测得的参数值对比可知,煤层气干扰试井法既可获得离散点的参数值,又可以获得区域井组的连通性和优势渗流方向,结果有助于认识区域储层参数,为进一步的井网和排采井的布置提供比较直接的数据依据。      

煤矿区煤层气开发部署方法

煤矿区煤层气的开发部署,受煤炭采掘规划和采掘布置的影响。基于我国目前的煤层气勘探开发现状,以晋城矿区为例,提出了煤层气开发部署原则,设计了井网优化部署方案,并进行了开发潜力及瓦斯治理效果分析。随着煤炭采掘的不断推进,煤矿区煤层气开发的地面垂直井形式会发生变化,即由起初单纯的地面垂直井转化为地面采动区井,而后可转化为地面采空区井。在地面垂直井阶段,气井连续排采10 a,累计产气量为576.44×104m3,目标煤层瓦斯含量降幅约为27.17%~51.99%。通过地面采动区井和地面采空区井阶段的瓦斯抽采,可使瓦斯抽采率进一步提高,达到有效治理瓦斯的目的。      

新场气田分段压裂水平井裂缝布局优化

新场气田属于大型多层致密砂岩异常高压气藏,储层物性差,非均质性强,气井动用储量低。目前,为大幅度提高气井产能,提高储量动用长度,该气藏多采用多段压裂水平井开发。因此,迫切需要论证裂缝参数及其组合对多段压裂水平井开发效果的影响,为气藏下步科学高效开发和持续高产稳产提供理论基础。以川西新场气田为研究对象,采用数值模拟法深入研究了压裂水平井裂缝几何布局对气井产能的影响,包括非均匀裂缝长度、非均匀裂缝间距、压裂规模与裂缝数量、裂缝长度与间距的匹配、裂缝夹角与间距的匹配。结果表明:对于多段压裂水平井,U型模式的裂缝长度布局最优;均匀裂缝间距开发效果优于非均匀裂缝间距;水力压裂时,少段数长缝能取得更佳的开发效果;0. 67~1倍缝长的裂缝间距布局、垂直于井筒的正交裂缝布局有利于改善压裂水平井开发效果,裂缝间距的增大能有效降低非正交裂缝低夹角对产量的影响。     

延川南地区煤储层特征及煤层和井区优选评价

以延川南地区煤层气井的实验测试数据为基础,采用地质类比法对煤层的含气性及其他储层物性特征进行了对比分析,然后利用最大值标准化法和灰色关联系数法得出单煤层和井区的综合评价分数,并据此对井区进行了综合评价。结果表明,区内甲烷浓度高、含气量大、孔隙性能好、煤层厚度大,但含气饱和度和渗透率低,需要对储层做进一步的压裂改造;通过灰色关联分析,认为各因素的相关关联序为含气量〉含气饱和度〉渗透率〉储层压力〉煤厚〉埋深〉孔隙度〉甲烷浓度,2号煤的开发条件优于10号煤,各井区中以y-3、y-16及y-6井的综合评价值较高,是下一步井网布局和煤层气开发的首选井区。     

煤层顶板分段压裂水平井地质适应性分析与施工参数优化

煤层顶板分段压裂水平井是实现碎软低渗煤层煤层气高效抽采的有效技术.依托"十三五"国家科技重大专项课题,围绕煤层顶板分段压裂水平井煤层气高效抽采技术,采用理论分析、数值模拟等手段,对比不同地应力状态下裂缝的穿层扩展形态,研究水平井布井方位与最小水平主应力方向夹角对裂缝转向扩展的影响,分析多簇射孔条件下裂缝的竞争扩展现象....