临汾区块煤层气井排采中产出煤粉特征

基于煤层气井产出煤粉浓度的现场连续监测,采用煤粉浓度监测仪、激光粒度测试仪、反射偏光显微镜、X射线衍射、电子扫描电镜带X射线能谱仪,研究了临汾区块煤层气井排采过程中产出煤粉的浓度、粒度、成分和表面特征,分析了煤粉特征的影响因素,探讨了煤粉产出机理。结果表明,临汾区块平均煤粉浓度随排采阶段的变化趋势是排水降压阶段<憋压排采阶段<气水合采阶段;不同开发层段产出的煤粉浓度变化趋势是单采5号煤<合采5号和8号煤<合采（4+5）号、（8+9）号煤。煤粉颗粒粒径分布范围广,为0.5~1 000 μm,多集中在100 μm以下。煤粉成分以无机矿物和镜质组为主,无机矿物以硬石膏、黄铁矿和伊利石为主。将煤粉颗粒分为光滑表面和粗糙表面两种,光滑表面的煤粉颗粒以C元素为主,粗糙表面的煤粉颗粒以Fe、S、O元素为主。煤粉产出与煤中矿物含量、镜质组含量以及构造煤发育程度和排采阶段有关。     

煤层气井排采过程中煤粉运移规律研究

研究煤粉运移规律并以此制定减少煤粉产出的措施是保证煤层气井高产、稳产的关键。基于煤粉颗粒在煤岩通道中的运动学和动力学分析,建立了煤储层中煤粉随流体运移的数学模型,并依据现场调研资料研究煤粉粒径、通道孔径等因素对煤粉运移的影响。实例分析结果表明,煤储层中煤粉颗粒运移的临界流速表征了煤层气井开始产出煤粉的特征值,当流体流速达到临界流速时煤粉即发生运移。随煤粉颗粒和通道(喉道)半径不断减小,煤粉运移临界流速逐渐降低,颗粒更容易运移,将加重煤层气井的煤粉产出量。骨架煤粉颗粒的增大和相邻颗粒质心连线与通道方向间夹角的减小使得通道孔壁变得更加粗糙,煤粉运移临界流速逐渐提升,这会减轻煤层气井的出煤粉问题。该研究首次系统而定量的分析了煤储层中煤粉运移规律,为控制煤层气井出煤粉量和采取合理的排采作业方法提供了重要依据。     

渝东南地区超深层煤层气高效压裂技术及精细排采制度研究与实践

我国煤层气开发主要集中在中浅煤层,深部?超深部煤储层地质条件更加复杂,储层压裂改造技术及排采管控技术是影响深部煤层气井能否成功开发的两大关键。渝东南地区龙潭组煤层埋深可达2 000 m,且该区没有超深煤层气井开发经验可供借鉴。基于此,以渝东南地区NY1井为例,通过优化压裂工艺,以减阻水压裂液体系为基础,按照大排量、低砂比、段塞式、不同粒径复合加砂的技术思路完成该井的压裂施工;在排采过程中,采用分段控制、逐步降速、适时调整、无套压生产的方式,尽可能增加煤层气井见气前返排率,扩大供气半径,并且避免液面大幅波动形成速敏效应影响煤储层渗流通道。结果表明:NY1井压裂过程中施工压力平稳,未见砂堵现象,排采过程中保持了日产气量2 800~3 000 m3。根据生产实际,NY1井实现了高产和稳产,该井的压裂工艺和排采制度的成功实施,对超深煤层气井的理论研究和实际开发具有一定的指导意义。      

煤层气水平井煤粉产出及运移特征

煤粉是煤层气水平井排采中的不利因素,影响煤层气的产能。根据沁水盆地南部樊庄区块煤层气水平井的排采数据,分析了煤粉产出特征;通过煤粉在支撑裂缝中运移的物模试验,揭示了煤粉在支撑裂缝中的运移和伤害规律;利用流体迁移规律研究装置,进一步研究了煤粉在水平井筒的流动规律,建立了煤粉运移模型。研究结果表明：煤粉主要来源为钻井过程中钻具对煤层的研磨及压裂过程中大排量携砂混合流体对裂缝煤壁的摩擦和冲刷;煤粉对支撑裂缝中导流能力伤害率达90%,且排采速度越大,出煤粉量越多;煤粉在水平井筒中运移的流型为层流流动,通过控制压力、流量和煤粉含量,可在排采初期实现对煤粉的控制。     

煤层气井压后返排工艺

煤层气井压后返排,是关井待压力扩散一段时间后放喷,还是及时放喷,一直未能形成统一的认识。从压裂液、压力、关井时间等3个方面进行分析,认为煤层气井压裂后应及时放喷返排,建议时间控制在30 min内。同时根据煤层气井压裂后支撑剂立即沉降、颗粒之间出现胶结的特点,建立了压裂液返排模型。计算结果表明：压后返排时先用小油嘴控制放喷,然后逐步更换较大的油嘴放喷或者敞喷,及时返排压裂液,缩短返排时间。在煤层气井压后返排设计时,为定量选择放喷油嘴直径提供了重要的理论依据。     

煤层气排采非饱和流阶段煤粉–气泡耦合作用机理

揭示煤层气排采储层非饱和流阶段煤粉与气体相互作用机理,对制定排采制度和提高产气量具有重要意义。通过气泡–煤粉微观作用实验装置,系统开展了不同直径大小的气泡对不同粒度和密度煤粉的作用实验,分析了气泡对煤粉运移轨迹和速度的影响及捕获煤粉特征。结果表明,气泡产出能够影响煤粉的运移轨迹,甚至能够捕获煤粉;煤粉通过气泡时会产生3种运动类型：沿着气泡表面运移到气泡底部最后被捕获、沿着气泡表面运移到气泡底部最后脱落及接近气泡时被排斥而轨迹发生偏转。煤粉若被气泡捕捉,则运动速度呈现出减小–增大–减小的变化特征;若未被气泡捕获,速度呈现出减小–增大–减小–增大的变化特征。不同条件下气泡对煤粉的捕获效率高达64.38%～86.64%;在气泡表面最高点附近发生碰撞煤粉被捕获的概率最大,并且随着偏离角度的增大,气泡捕获效率均呈现出逐渐减小的趋势;在相同的碰撞位置下,气泡对煤粉的捕获效率随着煤粉密度、煤粉粒径的增大而减小,随着气泡直径的增大而增大。煤层气产气初期应根据储层的实际导流能力合理控制降压速率,若储层导流能力较强,应加大排采速率,增大气体解吸对煤粉的扰动和捕获作用,促使大量煤粉随地下水或气泡产出;若储层...     

煤层气开发中煤粉产出机理及管控措施

煤粉问题是制约煤层气连续稳定排采的关键因素之一。以韩城煤层气区块为研究区,采用煤层气井现场监测、实验测试分析、物理模拟实验、现场工程应用相结合的方法,从煤粉产出的影响因素及成因、煤粉产出规律及管控措施方面,开展了煤粉产出机理及管控措施的系统研究。研究结果表明：影响煤粉产出的因素分为煤储层物性静态地质因素与煤层气开发动态工程因素两类。指出了不同煤体结构煤产出煤粉的倾向性及特征不同。碎粒煤和糜棱煤产出的煤粉体积分数高,产出煤粉量大。产出煤粉的成分以无机矿物和镜质组为主。在煤层气不同排采阶段,产出煤粉的体积分数和粒度特征具有明显的阶段性变化。在煤粉产出机理研究的基础上,结合煤层气井生产实践,从地质预防、储层改造、设备优选、生产预警、排采控制和工艺治理方面,提出了一套煤粉管控措施体系。应用于韩城区块煤层气井的煤粉管控,取得了良好效果。     

煤层气水平井煤粉产出规律及其防治措施

从实际资料入手,深入分析煤层气水平井煤粉形成原因、煤粉产出规律及防治煤粉措施。分析结果表明：井壁原始应力状态改变、煤岩物质成分及组成、钻具的碾磨作用和钻遇煤层段井眼轨迹弯曲大煤层局部受到钻具挤压以及排采工作制度改变使降液速率变化大等是影响煤层气水平井煤粉形成的主要原因;黏土矿物是煤粉的主要来源,且黏土矿物含量越高,煤层出粉的可能性越大;排采早期产出的煤粉颗粒直径在几十微米到几百微米之间,粒径变化明显,表明排采早期产生的煤粉以钻具碾磨和井壁原始应力状态改变形成为主,排采后期产出的煤粉颗粒直径主要在几十微米左右,粒径分布相对均匀,表明排采后期产生的煤粉以煤层煤岩物质成分组成和排采工作制度变化影响形成为主;加强水平段循环清洗工作,优化合理的筛管缝隙尺寸、筛管直径、筛管长度等综合工艺技术,优选合适的排煤粉设备、制定合理的控煤粉排采制度等是煤层气水平井煤粉防治的主要措施。     

煤层气排采动态参数及其相互关系

排采制度是保证煤层气井生产排采成功的关键要素。以煤层气开发潘河试验区生产资料为依托,利用统计、对比的方法,对试验区排采过程中的产气量、产水量、套压和动液面等参数进行综合研究。结果表明,区内煤层气排采过程及其动态参数具有明显的阶段性特征;排采过程中,动液面深度和套压为正相关关系,二者可通过相互调整控制井底压力。根据各阶段排采动态参数的特征,提出了与各排采阶段相适应的排采制度。      

铜川焦坪矿区煤层气储层数值模拟与排采制度研究

以焦坪矿区下石节井田煤层气生产试验井JPC-02井排采生产数据为基础,利用煤层气专用储层数值模拟软件(CBM-SIM)对其进行了历史拟合,纠正了通过参数测试获得的煤储层参数,并进行了产能预测.运用煤层气排水采气理论,结合JPC-02井排采生产数据,将排采细分为8个阶段,并对各阶段的特征和储层伤害机理进行讨论,通过研究排采参数之间的关系,建立了适合焦坪矿区量化的、可操作的排采工作制度.结果显示:JPC-02井历史拟合效果较好,产能预测日产气量超过1 000m3的时间约为7a;井底流压与产气量呈负相关关系,随着动液面的下降,储层的供水能力加大.通过现场应用,建立的排采工作制度正确合理、可操作性强.     

煤层气压裂中压裂液吸附特性研究

在煤层气井压裂过程中,由于煤储层具有割理发育、比表面积大等特性,使煤层吸附压裂液而对煤储层造成严重伤害。使用IR和GC/MS分析仪等,对煤基质吸附压裂液进行了探索性试验研究,将复杂的压裂液体系简化为3类吸附组分,即GC/MS分析结果为代表的有机组分、无机物分析代表的吸附组分、瓜胶及其破胶后的断链有机物组分。通过无烟煤和长焰煤对压裂液的吸附试验及IR分析发现,煤样对有机成分有更强的吸附性能。     

煤层气井水力压裂液分析与展望

对目前煤层气常用的压裂液体系进行了分析,对比各自的优缺点及其适用性,并重点分析了泡沫压裂液与清洁压裂液的性能,通过实验室数据与实际应用效果得出,泡沫压裂液体系应优选N₂为其气相;清洁压裂液需要降低合成条件与成本,并研究清洁压裂液内部破胶技术,以减少破胶剂的使用,保护环境。目前煤层气压裂液存在的主要问题有：传统压裂液对地层伤害大,先进的技术难以推广应用,新型压裂液成本高,工艺复杂等;针对存在的问题提出相应的对策：传统压裂液应针对不同敏感性地层条件研制出合适的破胶体系,优化工艺,加强配套工艺技术的研究等。最后指出高效、低伤害、低成本是今后煤层气压裂液的发展方向,开展疏水缔合聚合物-黏弹性表面活性剂清洁压裂液体系、纳米技术的研究,也是今后煤层气压裂、提高煤层气产量的重要手段。     

新疆低渗透储层压后返排制度优化研究

压后返排作为压后管理的重要组成部分已经得到了压裂工程师的广泛关注,特别对于低渗透储层而言,如不能及时返排出储层中的压裂液,压裂液将会进入储层深部,对储层产生二次伤害。但如果返排速度过快,又会导致支撑剂发生回流,降低压裂效果,严重的会导致井筒及井口装置的破坏。因此,低渗透储层返排控制的一个重要关键技术就是优化合理的返排流速。返排见气前,本文基于物质平衡原理,利用渗流力学和工程流体力学理论,建立了支撑剂回流及裂缝闭合时间计算模型,得到了不同时刻井口压力与最佳油嘴匹配关系图。当返排见气后,研究并分析了见气后油嘴变大的原因,给出了具体的油嘴制定方法。以新疆低渗透储层X井为例,制定了返排优化方案,取得了较好的返排效果,该方法对同类储层具有一定的借鉴作用。     

煤层气井层内转向压裂技术研究与应用

贵州煤层气储层具有高应力、低渗透、低孔隙的特点,常规的压裂技术对该地区煤层改造的程度较低,获得的改造体积和降压面积有限。为探索更高效的煤层改造技术,结合常规油气田暂堵转向理论,引入层内暂堵转向压裂技术,从煤层层内裂缝转向机理、转向半径及影响因素和适应性3个方面进行分析。为确保层内暂堵转向压裂能够更大限度的改造煤层,筛选出ZDJ-02暂堵剂,并对暂堵剂粒径、用量、投加工艺以及施工排量进行了优化。最后,在贵州六盘水和毕节地区优选出3口井开展了层内暂堵转向压裂现场试验,取得了很好的应用效果。     

煤层割理在煤层气开发中的试验研究

根据煤层割理渗透率的各向异性,采用垂直面割理和平行面割理两个方向布置钻孔抽放煤层气。测定研究表明:垂直面割理方向钻孔初始瓦斯抽放百米流量是平行面割理方向钻孔的1.2倍,衰减系数比平行面割理方向钻孔减少了53.7%。垂直面割理方向钻孔的抽放量在任何相应时期都大于平行面割理方向钻孔的抽放量。从而得出:垂直面割理方向钻孔抽放效果明显优于平行面割理方向钻孔,为探索提高煤层气抽放量找到了一条途径。     

煤层气井牛顿流体压裂压力损失预测模型

为准确预测牛顿流体连续管压裂作业时沿程管柱内的压力损失,根据我国煤层气井压裂所采用压裂液的特点,运用流体力学理论与方法,建立了基于牛顿流体流变学基本特征的混砂液在连续油管内流动过程中的压力损失预测模型;对不同施工排量、砂比、连续管径和入井长度比等参数对管内压力损失的影响规律进行了分析。提出： a .牛顿流体在管内流动压力损失的主控因素为流体与管壁的摩擦,因此,降低牛顿流体管内压力损失的有效途径是合理选择连续油管直径与优化施工排量; b .为降低管内摩擦压力损失,应参考入井长度比值等参数,合理优选连续油管长度; c .在满足连续管工作压力和保证携砂液性能的前提下,牛顿流体压裂时应尽可能采用大管径、大排量、中砂比施工。     

煤层气井压裂难易程度预测方法——以韩城区块为例

预测煤层气井的压裂难易程度是制定煤层气井压裂方案的关键问题。目前,国内外还没有形成完善的压裂预测方法。以韩城区块煤层气井的压裂为例,通过测井资料和现场压裂数据,利用SPSS统计分析软件,运用多元逐步回归分析方法进行拟合,得到了煤层气井压裂难易程度预测公式。经过检验,发现该公式预测效果较好,具有一定的参考价值。