煤层气井越流补给的判识方法

排水降压是煤层气开发的技术依据,及时判别煤层气井是否存在越流补给,将关乎到排采工作制度的制定和产气量预测。通过煤层气井不同排采阶段的实际产水量与理论值的比较,并结合套压、井底流压、动液面和产气量的变化特征,能够快速判识越流补给。若煤层气井实际产水量明显高于理论值,且开始产气时动液面上升后不再下降,产气量和套压保持在较低水平,则认为该井存在越流补给。在此基础上,根据动液面、套压和产气量特征划分越流补给井类型,确定合理的后续排采制度。通过分析沁水盆地煤层气井的排采数据,验证了越流补给井及类型的快速识别方法。      

碎软煤储层产气潜力定量评价——以晋城赵庄矿淮北芦岭矿为例

为对碎软低渗透煤储层产气潜力进行有效的定量评价,在等温吸附实验基础的基础上,以临储压差、临废压差、有效解吸量、有效解析效率为指标,对晋城赵庄矿淮北芦岭矿区三口直井煤层气产出潜力进行了定量评价,同时结合煤层气井的排采历史进行了分析验证。研究结果表明:(1)赵庄矿区X-163井的临储压差为1.52MPa,有效解吸量为5.35~12.89m^3/t。芦岭矿区WLG-01井的临储压差为4.20MPa,有效解吸量介于8.01~9.43m^3/t。芦岭矿区WLG-03井的临储压差为1.77MPa,有效解吸量介于9.48~11.20m^3/t。说明有效解吸量决定煤层气采收率,临储压差反映见气难易程度,临废压差体现地层能量。临废压差越大,地层能量越强,驱动能力越强,解吸量越大,煤层气井产气潜力越高(2)比较X-163-3井、WLG-01井和WLG-03井煤层气产出潜力及排采历史,验证了芦岭比赵庄研究区的煤储层具有煤层气开发产气潜力和较高产气量的原因,也说明在施工过程中控制较低的井底流压,实现压降漏斗的稳定扩展,压降漏斗完美,并采用二氧化碳伴注压裂工艺,有利于碎软低渗透煤储层煤层气的抽采。     

晋城岳城矿地面采动区井井位优选与抽采寿命研究

为了降低晋城岳城矿工作面U型通风造成的上隅角瓦斯聚集,提高采动与采空区煤层气地面井抽采井产量及抽采寿命,在借鉴成庄矿、寺河矿和赵庄矿等地面采动试验井研究及工程示范的基础上,以晋城岳城矿煤层气地质条件为工程设计依据,提出并优化地面采动区井位尽量靠近巷道位置处、大井眼地面钻井工艺、优化井身结构等设计方案。现场试验证明:部分采动区井通过避开采动应力卸载区及原位煤层高应力区优化布井,开采中包含3个阶段即卸压区抽采、新采空区抽采、老采空区抽采,达到了延长抽采井寿命的目的;但仍有部分采动区井在回采工作面推过井口后,煤气层抽采量迅速衰减至不产气,抽采寿命只包含两个阶段即卸压区抽采、新采空区抽采甚至仅卸压区抽采一个阶段。研究表明,优化后的大井眼钻井工艺及三开割缝套管井身结构设计对保持采动区井井身稳定,延长抽采寿命,保证采动区井产气运移通道畅通,提高抽采率起到了一定效果;采动区井煤气层抽采量和该井井筒位置至回风巷距离存在明显的负相关关系。岳城矿采动、采空区井基本不存在速敏效应,在井筒与裂隙带沟通良好的前提下,应选用大功率抽采设备抽采,可以有效扩展压降漏斗区域,其抽采影响半径水平方向可延伸至500 m以上。岳城矿地面采动区抽采取得了较好的效果,可在相似条件的煤矿区推广应用。      

煤基质中甲烷扩散特征及其对气井产能的影响

扩散是煤层甲烷运移的关键环节之一,而目前有关煤层中甲烷扩散特征的认识并不充分.以沁水盆地南部高煤阶煤层气藏为例,应用微纳渗流力学理论分析了煤基质中气体扩散模式及定量表征参数;应用Simed软件开展了扩散性能对不同煤体结构煤层气排采规律的影响数值研究.结果表明:煤层甲烷的扩散受化学势梯度的驱动,产气过程中体相扩散、努森扩散和构型扩散模式并存且呈动态变化;甲烷扩散性能受气体温度、压力、气体种类、水分以及基质孔隙结构共同影响,基质孔隙吸附甲烷会改变微孔孔径并影响扩散路径的空间形态;煤基质中甲烷的扩散是非热力平衡过程,扩散系数是吸附量的函数.基于拟稳态扩散的数值研究表明,扩散性能强弱对于长期累计产气量几乎没有影响,而对短期产气速率具有较大的影响;扩散性能弱的,产气速率峰值较低,但峰值之后的一段时间内产气速率相对较高;与高渗煤层相比,低渗构造煤层的产气速率对吸附时间常数更敏感.      

沁水盆地南部煤层气直井合层排采产气效果数值模拟

随着煤层气勘探开发的深入,多煤层合层排采受到广泛关注。合层排采管控工艺是确保煤层气合采井高产稳产的关键,而多煤层组合条件下复杂的地质条件增加了合层排采管控的难度。数值模拟技术是研究煤层气井合层排采管控工艺的有效手段,科学、可靠的模拟结果可为合采井排采管控提供依据。考虑温度效应、煤基质收缩效应、有效应力作用对煤层流体运移规律以及渗透率等煤层物性参数的影响,建立煤层气直井合层排采生产动态过程多物理场耦合数学模型,并进行有限元法的多物理场耦合求解。通过对沁水盆地南部郑庄区块煤层气合采井组的模拟,探讨不同排采速率下煤层气直井合层排采产气效果及渗透率等煤层物性参数动态演化特征,提出煤层气直井合层排采工程建议。模拟结果显示,郑庄区块3号、15号煤层整体含气量较高,煤层气合采井组具有较大增产潜力,提高排采速率对提高煤层气采收率的效果不显著;排采过程中,煤基质收缩效应对渗透率的影响强于有效应力作用,是提高煤层气井排采速率的保障,在确保排采速率不超过煤层渗流能力上限的基础上,适当提高排采速率可实现煤层气井增产。基于模拟结果,建议排采速率的调整以控制动液面或液柱压力为主;以3号、15号煤层气合采井增产为目标,产水阶段和憋压阶段,郑庄区块煤层气直井合层排采速率以液柱压力降幅0.12~0.20 MPa/d或动液面降幅12~20 m/d为宜,既可实现煤层气增产,又可避免储层伤害。      

鄂尔多斯盆地东缘桑峨区煤层气分压合采可行性分析

在煤层层数较多的地区进行煤层气开采时,如果实施分层压裂、合层排采的技术,可以有效的降低煤层气的勘探开发成本,还可以提高单井产气量。研究分析此项技术的使用条件可以有效的提高多煤层合采的成功率。桑峨区内煤层层多,煤层结构较简单,厚度变化较小,是煤层气开发的较有利区块,在对直井产气特征研究的基础上,系统分析了主要煤层储层压力、压力梯度、临界解吸压力、储层渗透率、上下围岩特征等因素对合采的影响,认为研究区三套主力煤层基本符合分压合采的要求,可以考虑采用合层排采的方法来降低煤层气开采成本。     

注热联合井群开采煤层气运移采出规律数值模拟

为总结注热联合井群开采低渗透储层煤层气运移采出规律,基于传热学、弹性力学、渗流力学、岩石力学理论,建立了注蒸汽开采低渗透储层煤层气藏过程的热固流耦合数学模型。结合潞安矿区山西组3#煤层地质参数,利用有限元软件进行了注热联合井群开采煤层气藏运移规律的数值模拟,得到了不同布井方式下注热10 d、开采100 d过程中煤层温度场、应力场及煤层气渗流场变化规律。结果显示,煤层平均传热速度为1.57 m/d,注热10 d后,中心井35 m范围内为有效注热区;随井筒数量的增加和井间距的减小,井间干扰作用增强,煤储层压力下降加快,煤层气供气及解吸区域增加,累积产量显著增加。七井模型20 m井间距注热开采累积产气量是五井模型30 m井间距未注热开采累积产气量的2.01倍。模拟结果显示了注热和井间干扰开采优势,为低渗透储层煤层气井群注热联合工业开采提供理论依据。     

织金区块煤层气合采生产特征及开发策略

针对南方煤层层数多、单层薄,煤层气有效开发难度大的问题,以贵州织金区块煤层气井实际生产数据为基础,分析定向井不同煤组合采、薄煤层水平井生产特征及产气影响因素,并提出相应开发建议。分析表明,不同煤组合采产气差异较大,受地层供液能力、解吸液面高度及合采跨度影响,中、下煤组合采效果好于上、中、下煤组合采效果,其中16/17/20/23/27/30号煤层合采是区块最优合采层位;压裂规模显著影响煤层气井产气效果,压裂规模越大产气效果越好,增大压裂规模,提高压裂改造效果是多煤层煤层气有效开发的重要手段之一;水平井产气效果是定向井3~4倍,薄煤层水平井适应性得到证实,根据地质及地表条件采用水平井、定向井组合开发,可提高多煤层煤层气开发效果。综合认为,在地质条件有利的区域优选合采层位,增大压裂规模,优选实施水平井,可提高多薄煤层煤层气开发效果。      

煤层气运移产出气水固三相耦合模型

根据达西渗流理论 ,结合Langmuir等温吸附定律和Fick第一定律描述了煤层气由煤基质解吸经扩散进入煤层裂隙系统 ,由裂隙运移至生产井筒产出的气水二相渗流过程 ,又将其和由渗流作用引起的煤体变形场耦合起来 ,形成了煤层气运移产出的气水固三相耦合模型 ,并采用全隐式联立求解方法同时隐式求出了气、水产量和饱和度值 ,实现了模型求解的无条件稳定。在沁水盆地 3 # 煤层气井开采潜能的评价预测中 ,应用该方法分别预测了将该井的动液面置于 3 # 煤底和 15 # 煤底的气、水产量 ,效果良好。     

柿庄南区块煤层气井早期生产特征及开采建议

从水文地质的角度揭示了不同情况下单井的排水采气机理。在此基础上结合柿庄南区块59口井的实际排采数据,综合分析了气水产量,井底流压,套压及动液面随时间的变化曲线;并将早期生产特征归纳为3种类型：①低产水-高产气型,见气早,产气量高（>1000 m3/d）、产量递减缓慢、峰值产量高,日产水量小（<2m3/d）,套压高;②低产水-中低产气型,日产气小于1000 m3,产量衰减明显且波动大,排水期较长;③高产水型,产气极少或无,日产水量大（>10m3/d）,动液面下降缓慢,套压很低或为零。最后针对不同类型的低产井,提出相应的开采建议：低产水-低产气型井可采用二次压裂措施,改善煤层渗透率;高产水井可通过无机堵水或加大排采强度等方式排采;煤层气井排采要勇于实践,探索适合该区不同煤层的成功排采方法。     

湘中下石炭统测水组煤层气储层特性研究

从煤岩煤质、含气性、吸附特征、裂隙发育及渗透性等方面对湘中下石炭统测水组煤层气储层(煤储层)特性进行论述。研究表明煤储层为明显的富镜质组煤,随温度、压力的增加吸附量增大。区内煤层最大含气量为41.91m3/t,以新化芦毛江至金竹山一带为中心,包括芦毛江、冷水江、渣渡、金竹山等矿区,高富集区基本呈东西向展布。但受煤阶的影响,煤层内生裂隙发育程度明显低于龙潭组煤层,同时由于煤层煤体结构连通性差以及多起构造运动形成细小的煤粉常充填于构造裂隙中,降低了煤层的渗透性。针对上述煤储层特点,指出加强对具有上封下开裂隙系统以及原生结构煤和碎裂煤整层发育地区的煤层气勘探尤为重要。     

淮南煤田刘庄煤矿深部煤层气地质特征

为了查明刘庄煤矿深部煤层气赋存及开发地质条件,在井田内实施了两口煤层气探井,并开展了系统的分析测试工作。结果表明:刘庄深部勘查区主要煤层孔隙度一般为4.14%~4.77%,比表面积集中在2.184~5.228m 2/g,13-1煤层、11-2煤层和8煤层试井渗透率分别为0.12mD、0.09mD和0.08mD,孔裂隙系统发育一般,属于渗透性差的储集层;储层压力梯度大于静水压力梯度,属高异常压力范畴;主要煤层兰氏压力平均为2.61MPa,兰氏体积平均为6.74m 3/t,吸附能力较低;LT-1井气测录井过程中共出现14层气测异常,异常层段全烃含量均较低,最大为3.701%(16-1煤);主要煤层的含气量分布在0.21~1.47m 3/t,平均0.65m 3/t,主要煤层含气饱和度均很低,最大值仅为18.0%。综合分析认为,刘庄煤矿深部主要煤层埋深大,孔裂隙系统发育差,渗透率低,而且具有低含气量和低饱和度的特征,煤层气勘探风险较高。     

淮南矿区剩余煤层气资源可采潜力分析

在分析淮南矿区煤层气地质背景的基础上,采用含量梯度法、压力—吸附法计算了研究区可采煤层的剩余煤层气资源量,探讨了影响该区煤层气可采潜力的煤储层压力、渗透能力、吸附/解吸特征、含气饱和度、可采系数等因素。结果表明,淮南矿区-1 500m以浅剩余煤层气资源量为2 419.70×108m3,可采资源量为1 102.20×108m3,可采资源丰度为1.98×108m3/km2,属于中等储量丰度的大型气田;区内煤储层为正常压力储层,煤储层渗透率、含气饱和度偏低,但本区可采煤层层数多,在渗透率总体偏低的背景下,区内存在的高渗区,具备煤层气地面开采的基础地质条件。     

焦坪矿区低阶煤储层因素对煤层气井产能的影响及敏感性分析

利用CBM-SIM煤层气数值模拟软件,以焦坪矿区低阶煤层为例,研究了煤层厚度、渗透率、含气量、吸附性、储层压力、含气饱和度和临储比等煤储层因素对煤层气井产量的影响。结果表明:气井产量随煤层厚度、渗透率、含气量、Langmuir压力、含气饱和度和临储比的增大而增大,随Langmuir体积的增大而减小;储层压力不影响产气量大小,只改变气井的产气时间;含气饱和度和临储比能更好地反映多个因素变化时的产气量变化。      

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。     

我国煤矿区煤层气地面开发现状及技术研究进展

回顾了我国煤炭企业组织实施和合作开展的煤矿区煤层气勘探开发进程。经过三十多年攻坚克难、不懈努力,我国煤矿区煤层气地面开发技术研究、工程试验和产业发展均取得了可喜的成绩,不仅在山西晋城矿区首次取得国内外无烟煤的煤层气开发成功,实现了煤层气规模化商业化生产,而且在安徽淮北矿区取得了碎软低渗煤层顶板水平井开发煤层气技术的重大突破,实现了碎软低渗煤层的煤层气水平井单井的高产稳产;煤矿区采动区煤层气井开发在安徽淮北、淮南,山西晋城等矿区实现了规模化工程应用。同时,梳理总结了依托“十一五”—“十三五”国家科技重大专项项目,在煤矿区煤层气地面开发理论及技术研究方面取得的主要成果及其应用效果,包括:煤层气井密闭取心技术与设备、碎软低渗煤层地面煤层气垂直井强化增产技术、碎软低渗煤层顶板和煤层水平井分段压裂开发技术、多煤层分层控压合层排采技术、低煤阶低气含量煤层地面煤层气开发技术、煤层气井极小半径多孔旋转射流侧钻水平井技术,以及煤矿采动区煤层气产量预测技术等。在此基础上,根据全国煤矿区煤炭开采发展趋势和需求,提出今后煤矿区煤层气研究应重点关注3个方向:穿浅部采空区/采动区的深部煤层气与煤炭资源协调开发、低...     

Geological Controls on the CBM Productivity of No.15 Coal Seam of Carboniferous–Permian Taiyuan Formation in Southern Qinshui Basin and Prediction for CBM High-yield Potential Regions

Coalbed methane (CBM) resources in No.15 coal seam of Taiyuan Formation account for 55% of the total CBM resources in southern Qinshui Basin (SQB), and have a great production potential. This study aims at investigating the CBM production in No.15 coal seam and its influence factors. Based on a series of laboratory experiments and latest exploration and development data from local coal mines and CBM companies, the spatial characteristics of gas production of No.15 coal seam were analyzed and then the influences of seven factors on the gas productivity of this coal seam were discussed, including coal thickness, burial depth, gas content, ratio of critical desorption pressure to original coal reservoir pressure (RCPOP), porosity, permeability, and hydrogeological condition. The influences of hydrological condition on CBM production were analyzed based on the discussions of four aspects: hydrogeochemistry, roof lithology and its distribution, hydrodynamic field of groundwater, and recharge rate of groundwater. Finally, a three-level analytic hierarchy process (AHP) evaluation model was proposed for predicting the CBM potentials of the No.15 coal seam in the SQB. The best prospective target area for CBM production of the No.15 coal seam is predicted to be in the districts of Panzhuang, Chengzhuang and south of Hudi.     

寿阳区块马首区段煤层气地质特征及储量估算

通过对寿阳区块马首区段地质条件、煤层赋存特征、煤层气含气性、渗透性、解吸/吸附特征等研究,认为该区段构造简单,岩层覆盖条件较好;水文地质条件简单,地下水缓流或滞流有利于煤层气富集;主采煤层发育基本稳定,埋藏深度适中;煤层气含量较高,主要在6~16m3/t;煤层割理裂隙发育,整体渗透率较高,非均质性较明显;煤储层处于欠压状态、实测含气饱和度较低、原地应力较低,整体上适合进行煤层气开采。在此基础上估算了煤层气资源储量,并优选区段的中、北部为煤层气开发的有利区。     

山西阳泉矿区煤层气分层排采分析

煤层气开发过程中,由于各煤层及其顶底板之间物性特征等方面的差异,易导致层间干扰,影响煤层气产能。阳泉矿区煤层气资源储量丰富,主要可采煤层有3#、8#、9#、15#煤层,其中3#煤层为局部可采煤层。以该区YQ-191和YQ-359井为例,通过分析8#、9#、15#煤层在渗透率、储层压力、煤层厚度、含气量、埋藏深度、水文地质条件的差异,发现,YQ-191井8#、9#的各项参数较为接近,层间干扰小,适宜合层开采;YQ-359井8#、15#煤层渗透率与储层压力相差较大,层间干扰严重,合层开采严重影响15#煤层的产能,该井8#、15#煤层不适宜合层开采。     

贵州水城矿区煤层气地质条件与可采潜力分析

水城矿区煤层气资源丰富,在分析矿区煤储层物性和含气性的基础上,估算了煤层气可采性参数,评价了煤层气的可采潜力。结果显示:水城矿区煤层顶、底板以及含煤地层上覆地层均为良好的区域性盖层,煤层气保存条件较好;矿区良好的煤岩、煤质特征和孔隙结构特征为煤层气的大量生成和富集奠定了基础;煤层气理论平均采收率为31.66%,可采资源量为1158×108m3,平均可采资源丰度0.98×108m3/km2,对煤层气开发较为有利;煤层的渗透性较低,可能对煤层气地面排采带来不利影响。建议矿区在煤层气地面开发工作中,注重煤储层渗透性的有效改善,并探讨矿井—地面开发结合的可行性。