The abnormal pressure regime of the Pennsylvanian No. 8 coalbed methane reservoir in Liulin–Wupu District, Eastern Ordos Basin, China

Coalbed methane reservoir pressure is an important parameter used to assess the producibility of coalbed methane wells. Practices indicate that high production of coalbed methane well is partly related closely to abnormally high pressure. Permo-Carboniferous coalbed methane resources are very abundant in the Liulin–Wupu District, Eastern Ordos Basin, which has been the highlight of coalbed methane exploration in China in recent years. In this district, the abnormally high pressure is present locally in the Pennsylvanian No. 8 coalbed methane reservoir (the Taiyuan Formation). Based on the distribution of the abnormally high pressure, burial history, hydrocarbon generation, hydrodynamics, and sealing regimes, the authors suggest that the abnormal coalbed methane reservoir pressure is related closely to local hydrodynamic trapping. The gas generated during the qualification is preserved, owing to the confinement of lower permeable roof and floor rock layers, and water trapping in the updip direction (like the “fairway” in San Juan Basin). As a result of pressure reconstruction event, the abnormally high pressure is formed during the uplifting stage. The current coalbed methane wells with high production are always located in abnormally high pressure areas. Therefore, the areas with abnormally high pressure in Liulin–Wupu District can be the preferred areas for commercial coalbed methane development.     

煤层气垂直井排采控制决策系统的开发

合理的排采工作制度是提高煤层气井产量和节约成本的关键。根据煤层气井压裂裂缝延伸特点和排采过程相态变化特点,结合压力传递模型及Langmuir吸附模型,得出了不同排采阶段的识别标识;根据KGD模型,结合压裂施工工艺参数,以及渗透率与孔隙度的关系,分别建立了水平最小、最大主应力方向上的渗透率预测模型;根据达西定律及排采过程中煤基质与裂隙的正负效应,建立了不同排采阶段物性参数变化模型;根据压力传递特点及气、水相对渗透率变化,最终建立了不同排采阶段、不同过程的排采强度预测模型。借助Visual Basic开发工具,研制了煤层气垂直井排采控制决策系统。晋城矿区潘庄井田应用表明,该系统具有一定的应用前景。      

煤层气井排采历史地质分析

根据晋城、潞安、焦作、铁法4个矿区25口煤层气生产试验井的排采资料,从煤储层渗透性和含气饱和度、生产压降条件、地下水系统、储层能量系统等方面综合分析研究,将排采曲线归纳为4种具有代表性的类型。认为煤储层渗透率0．5mD以上、临储压力比0．6以上以及含气饱和度80％以上,是获得高产煤层气井的必要储层条件。同时,煤储层和围岩的不同组合。将直接影响煤层气井的生产状况。     

沁水盆地柿庄南区块煤层气井储层压降类型及排采控制分析

为了充分认识柿庄南区块煤层气井储层压力变化特征及其对煤层气井产量的影响,基于对柿庄南区块储层地质参数的分析及实际生产数据的剖析,对不同类型生产井的储层压降类型进行分析归类,并结合排采异常井对气井低产原因、排采控制方法及储层敏感效应进行具体分析。结果表明:柿庄南区块煤层气井储层压降可分为快速下降型、中期稳定型及缓慢下降型3种类型,其中快速下降型井更有利于煤层气高产稳产,但若降压速率超过快速下降型井的最大降压速率反而会使储层受到压敏、速敏效应,降低储层渗透率,同时导致压降漏斗扩展受限,最终抑制煤层气井达到高产稳产。      

煤层气储层伤害机理与水平井双层管柱筛管完井技术

煤储层具有高吸附性、低渗透性、易压缩与易破碎的特征,煤层气水平井钻完井过程中常常造成煤储层伤害,导致煤层渗透率和单井煤层气产量大幅度降低。通过实验分析,揭示水平井钻完井液中的固相颗粒、流体流动诱导产生的固相成分对煤储层微裂隙堵塞成因,阐明煤层气水平井钻完井中储层伤害的机理。在此基础上,提出水平井双层管柱筛管完井技术,分析其减轻煤储层伤害的机理,即通过冲管水力冲击作用消除水平井壁钻井液泥饼,清除井壁附近堵塞微裂隙煤粉,并在近井地带产生应力增渗作用。相对于煤层气常规的多分支水平井及分段压裂水平井,水平井双层管柱筛管完井的稳定日产气量、稳产周期均大幅提升。该技术在沁水盆地南部部分区域推广应用显示,3号煤层气井平均日产气量提升到20 000 m3,同时实现15号煤层气的开发突破,平均日产气量提升到10 000 m3以上。研究成果对于降低煤层气水平井钻完井过程中的储层伤害,提高煤层气井产量具有重要的理论和实践意义。      

煤层气直井开发井网适应性优选

利用直井井网开发煤层气,优选合理的井网对于煤层气藏的高效开发关系重大,因此,有必要针对不同储层条件的煤层气藏研究优化井网类型。通过数值模拟方法,针对不同渗透率、不同各向异性的煤层气藏,进行了正方形、矩形和菱形3种不同井网的数值模拟,得出适合不同井网开发的储层渗透率和各向异性的范围。模拟研究表明:正方形井网不适合煤层气的开发;矩形井网适合于中渗、低渗至特低渗煤储层;菱形井网适合于中渗至高渗煤储层。      

晋城煤层气藏成藏机制

通过晋城煤层气的规模开发、压裂煤层气井的解剖、井下煤层瓦斯抽放、构造地应力场研究、煤储层大裂隙系统“CT”式解剖与煤层气封闭保存条件研究, 发现3#煤储层内部存在大量煤层气包, 构造微破裂作用促使煤层气包之间广泛合并联通, 煤层气包内部储层的非均质性弱化, 渗透率增加, 煤层气包内部的游离气体比例增加, 流体压力系统边界逐渐清晰并形成煤层气藏. 揭示煤层气藏的成藏机制, 认识煤层气藏的内部细节特征, 促进了该区的煤层气开发技术进步, 提高了井下煤层瓦斯的抽放效率.      

考虑基质收缩效应的煤层气应力场-渗流场耦合作用分析

在煤层气的初级生产过程中,为了获取较高的生产率,需要降低储层压力,储层压力下降对于煤层气的渗透率具有两个相反的效应：（1）储层压力下降,有效应力增加,煤层裂隙压缩闭合,渗透率降低;（2）煤层气解吸,煤基质收缩,煤层气流动路径张开,渗透率升高。Shi和Durucan、Palmer-Mansoori以及Gray等都建立了包含了基质收缩效应以及有效应力的影响的渗透率模型,其模型都基于以下两个关键假设：煤岩体处于单轴应变状态以及竖向应力恒定。为了检验上述两个假设的合理性,建立了一个考虑基质收缩效应以及渗流场-应力场耦合作用下的煤层气流动模型,对煤层气初级生产过程中渗透率的变化进行了耦合分析。分析结果表明：单轴应变的假设具有合理性,而竖向应力是随指向生产井的应变梯度的变化而变化的,其对于渗透率的变化具有重要影响,因此,竖向应力恒定的假设可能导致渗透率预测出现误差;上述渗透率模型都可能低估煤层气初级生产过程中渗透率的变化。     

基于煤层气井排采数据的储层含气量动态反演研究

煤储层含气量是煤层气开发的核心参数,但实测煤储层含气量与煤储层的真实含气量之间往往存在误差。基于窑街矿区海石湾井田煤层气井不同时段的产气量,以煤储层含气量“定体积”降低为基础,反演煤储层实时含气量,研究煤层气井排采过程煤储层实时含气量的变化规律。结果表明:煤储层含气量随排采时间呈线性下降趋势,不同步长煤层气井产气量与煤储层含气量降低幅度一致,遵循“定体积”产气特征,即煤层气单井产气量是煤基质“定体积”产出;煤层气井的产气量与含气量降低速率有关,而与煤储层原始含气量无关。煤储层为隔水层,水力压裂难以改变煤基微孔隙通道的结合水状态,CH₄产出过程受水–煤界面作用控制,煤层气产出是“CH₄·煤·水”三相界面传质作用的结果,水–煤界面作用中水的湍动提供并传递能量,激励块煤中CH₄解吸与产出。      

贵州对江南井田煤层气地质特征及高效开发技术

贵州对江南井田煤层气开发进展缓慢,通过前期勘探阶段实践,该区块存在的主要问题是钻井效率低、固井漏失严重、压裂改造周期长,单井产量低,客观评价井田煤层气地质特征及开发技术对后续煤层气的开发至关重要。通过对井田煤层厚度、煤体结构、储层压力、含气量、渗透性等方面进行了系统研究,结合井田以往钻井、压裂及排采实践,提出了井田煤层气开发以定向井为主,在M18煤层构造简单、煤体结构好、含气量高、煤层稳定且厚度大于3 m的区域,宜采用水平井的开发方式,在M25和M29煤,M78和M79煤构造简单、含气量高、煤层稳定且层间距小于5 m的区域,宜采用层间水平井的开发技术,漏失井段宜采用空气潜孔锤快速钻进技术,非漏失井段宜采用螺杆复合钻进技术,固井宜采用变密度水泥浆+无水氯化钙的固井方式,直井和定向井压裂宜采用复合桥塞层组多级压裂,水平井宜采用油管拖动水力喷砂射孔压裂技术,排采宜采用合层排采+分层控压技术,形成一套适宜于对江南井田地形地质条件下的煤层气开发技术,为今后研究区大规模煤层气商业开发提供参考。      

基于CBM-SIM的梨树煤矿瓦斯地面抽采数值模拟

针对煤矿准备区、规划区瓦斯抽采的时空接续要求不同,基于黑龙江鸡西梨树煤矿瓦斯地面抽采试验井,利用CBM-SIM数值模拟软件对已有试验井的生产数据进行历史拟合,实现了储层的精确表征。通过CBM-SIM软件模拟井组抽采5 a、10 a、15 a的产气情况,以及抽采5 a瓦斯含量动态变化情况,最终确定了不同区域的最佳井间距。模拟结果表明,准备区和规划区最优井间距分别为200 m×250 m和300 m×300 m。准备区布井7口,规划区布井64口;准备区抽采5 a采收率为32.30%~38.20%,瓦斯含量可降至8 m3/t以下,满足矿井安全生产。规划区抽采5 a,采收率为30.00%~39.05%;抽采10 a,采收率为41.78%~52.06%,除规划区Ⅲ、Ⅴ以外,其他区域瓦斯含量均可降低至8 m3/t以下;抽采15 a,采收率为48.20%~62.04%,除规划区Ⅴ以外,其他区域瓦斯含量均可降低至8 m3/t以下。研究成果可为梨树煤矿及其东北其他矿区深部薄煤层区的煤与瓦斯协同共采提供借鉴。      

中国煤层气储层伤害分析及钻井液储层保护研究现状

因煤层气储层具有低孔、低渗、裂缝发育但分布不均的特殊性,在煤层气开发过程中储层极易受到不可逆转的伤害。煤层气储层伤害会导致煤层气产气量下降,增加开发成本,延缓工程进程,最终制约煤层气开发效果。为降低煤层气储层伤害发生的可能性,概括了钻井过程中煤层气储层伤害机理,介绍了国内主要煤层气钻井液技术的发展历程,煤层气钻井液储层保护的方法及进展,国内近年来优选的无伤害钻井液体系及国内储层保护钻井液的发展方向,为未来煤层气储层保护提出新思路。      

基于干扰试井的煤层气储层优势渗流方向研究

为获得晋城矿区某区块3号煤层的储层连通性及其优势渗流方向,为矿区煤层气规模开发方案制定与调整提供依据,利用干扰试井技术对该区块井网内的煤层气井进行井间干扰测试。选定一口井为激动井,其周围5口井为观测井,组成干扰试井测试井组,测试并分析煤层气储层的连通性及其优势渗流方向。结果表明:激动井W-160井与观测井W-156井、W-166井间的煤层气储层连通性,优于其与观测井W-161井、W-157井以及W-164井间的储层连通性,即该区块煤层气储层的优势渗流方向为NE-SW向。将测试成果与生产实际相比对,验证了其正确性。试验证明了干扰试井测试可有效识别煤层气储层的连通性及优势渗流方向。      

丰城矿区煤层气开发前景及试验的效果与思考

江西丰城矿区是江南煤层气试验开发最佳区段之一,具有良好的资源条件、市场条件和投资环境,并有了工作基础。开发该区煤层气具有重大的社会意义和好的经济效益。通过2口井的试验,效果明显提高,含气量、储层渗透率和储层压力及热值均处于高指标,产气量稳定接近工业气流。采用压裂改造储层工艺技术,寻找次要煤层和砂岩层中的煤层气意义重大。首次创造采用抽油机配合真空泵间隔排采法,取得了小水煤层稳产、增产煤层气的经验。存在的主要问题是储层被油汲水污染伤害。试验证明丰城矿区煤层气试验开发具良好前景,并提出加快试验开发、改进工艺,防止对煤储层污染伤害的建议。     

六盘水地区煤层气井合层排采实践与认识

为了提高煤层气井合层排采效果，需要合理划分排采阶段并制定与之对应的管控措施。基于贵州六盘水地区以往煤层气勘查与试采工作，分析该区二叠系龙潭组煤层气地质条件和煤储层特征，对比分析两口煤层气井合层排采管控制度及其效果。结果表明:研究区具有煤层层数多、单层厚度薄、含气量高、储层压力大、煤层渗透率低、局部构造煤发育等煤层气地质特点，使煤层气井排采过程中压敏效应和贾敏效应较明显，储层伤害较严重，煤层气井高产时间较短，产气量较低。应该优选厚度较大、含气性好的原生结构煤层或煤组进行射孔压裂。在合层排采过程中，对排采阶段进行合理划分，并根据排采阶段控制流压、套压、流压降幅、套压降幅和液面高度等参数，可有效减小压敏效应、贾敏效应、速敏效应等储层伤害。合理的合层排采管控有助于实现控制产气量稳定平稳上升、煤层气井长期稳产与高产的目标。      

煤层气储层动态渗透率影响因素及排采管控措施

排采管控方法对煤层气储层动态渗透率具有显著影响。基于煤层气井不同排采阶段渗透率的主控因素，以提高和改善渗透率为目标，提出了针对性的排采对策。井底流压大于原始储层压力时，降压速度为0.03~0.05 MPa/d，可降低压裂液和速敏伤害；井底流压在原始地层压力和解吸压力之间时，以小于0.03 MPa/d的速度降压，避免加剧储层"渗透率漏斗"；在解吸压力以上0.2~0.3 MPa时开始以0.01 MPa/d速度降压，在解吸压力附近稳压排水30 d，解吸后套压控制在0.2~0.3 MPa左右，避免两相流造成的水相渗透率下降；提产段通过变速提产强化基质收缩作用改善储层渗透率；稳产段主要通过单位压降增产量来确定合理的稳产产量，实现煤层气井长期高产稳产。现场试验表明，该方法取得了较好的应用效果。      

煤矿采动条件下煤层气储层模型及应用

煤矿区煤层气开发受煤矿采动影响,为实现煤矿采动条件下煤层气井产能数值模拟,抽象概化了采动条件下煤层气开发的地质模型,构建了采动条件下煤层气储层的数学模型,并通过对CBM-SIM软件二次开发,实现了采动条件下煤层气储层的数值模拟。在建模和数值解算软件开发中,基于采动离层量变化曲线公式构建了采动条件下储层渗透率变化曲线公式,利用采动井水位变化规律构建了储层漏失水量变化公式,利用时间卡机制解决了煤储层渗透率及漏失水量的动态求解和循环迭代过程中作为系数和边界条件的调用赋值,实现了渗透率随采动影响的动态变化、储层水漏失降压和储层产气的耦合解算。应用开发的软件对淮南矿区某矿采动条件下煤层气抽采井生产数据进行历史拟合和产量模拟应用,预测煤层气产量曲线与实际生产曲线基本一致,判定系数达到0.92。      

致密煤层气藏三维全隐式数值模拟

我国煤层普遍存在低渗、低储层压力和低含气饱和度等不利条件,许多研究表明,低渗透多孔介质中的气体运移存在启动压力梯度。为了让数值模拟模型能更加准确地描述致密煤储层中流体的运移特性,基于前人的研究成果,建立了考虑启动压力梯度的致密煤层气藏三维、非平衡吸附、拟稳态条件下气、水两相耦合流动数值模拟模型,并给出了模型的全隐式有限差分格式和数值求解方法。最后利用沁水盆地某生产井的试井资料进行了模拟计算,模拟结果表明,在其他条件相同的情况下,启动压力梯度的存在使得煤层的降压效果变差,且延迟了产气高峰的到来。对比该井的开采资料,模拟结果是合理的,模型能正确反映致密煤层气藏中流体的运移特征。     

阜新盆地刘家区煤储层综合分析

在对阜新盆地刘家区构造演化及构造特征、煤层发育特征、煤的化学成分及排采试验资料分析的基础上,对研究区煤层气含量、煤的吸附性、煤层渗透率、煤储层压力、临界解吸压力、煤体结构、煤层气产出特点进行了综合研究。认为研究区煤层分布广、厚度大、丰度高,煤的吸附能力强;而且埋深与辉绿岩侵入体是控制煤层气含量的主要因素,成煤后期构造运动是影响煤储层渗透率的关键因素。煤层气开发有利区应在向斜翼部和岩墙、岩床附近煤变质程度高的区域。     

Shrinkage and swelling of coal induced by desorption and sorption of fluids: Theoretical model and interpretation of a field project

Geologic sequestration in deep unmineable coal seams and enhanced coalbed methane production is a promising choice, economically and environmentally, to reduce anthropogenic gases such as carbon dioxide in the atmosphere. Unmineable coal seams are typically known to adsorb large amounts of carbon dioxide in comparison to the sizeable amounts of sorbed methane, which raises the potential for large scale sequestration projects. During the process of sequestration, carbon dioxide is injected into the coalbed and desorbed methane is produced. The coal matrix is believed to shrink when a gas is desorbed and swell when a gas is sorbed, sometimes causing profound changes in the cleat porosity and permeability of the coal seam. These changes may have significant impact on the reservoir performance. Therefore, it is necessary to understand the combined influence of swelling and shrinkage, and geomechanical properties including elastic modulus, cleat porosity, and permeability of the reservoir.The present paper deals with the influence of swelling and shrinkage on the reservoir performance, and the geomechanical response of the reservoir system during the process of geologic sequestration of carbon dioxide and enhanced coalbed methane production in an actual field project located in northern New Mexico. A three-dimensional swelling and shrinkage model was developed and implemented into an existing reservoir model to understand the influence of geomechanical parameters, as well as swelling and shrinkage properties, on the reservoir performance. Numerical results obtained from the modified simulator were compared to available measured values from that site and previous studies. Results show that swelling and shrinkage, and the combination of geomechanical and operational parameters, have a significant influence on the performance of the reservoir system.