煤层气井无杆排采工艺应用与改进方向

鄂尔多斯盆地东缘地区煤层气资源量巨大,现已成为我国煤层气主力产区之一。区块自开发以来,针对中浅层煤层大斜度井与水平井开展了液力无杆泵、水力射流泵、电潜泵、隔膜泵排采工艺试验,生产中发现上述4类无杆排采工艺具有能有效避免大斜度井与水平井管杆偏磨的优点,但同时存在防煤粉防砂能力一般、防腐蚀防垢能力一般,存在高压刺漏风险、下泵深度受限、地面设备可靠性不强等缺点。通过分析区块前期中浅层煤层气井无杆排采工艺试验效果,总结了各类无杆排采工艺的优缺点,并指出中浅层煤层气井无杆排采工艺的改进方向。目前,随着煤层气勘探开发领域由中浅层煤层逐步转向深层煤层,原有中浅层煤层气井无杆排采工艺已无法满足深层煤层气井的排水采气需求,针对深层煤层气 “原生结构煤发育、地层压力高、高含气、高饱和、游离气与吸附气共存”的地质特征和 “见气早、气液比高”的生产特点,认为深层煤层气井无杆排采工艺需跳出中浅层煤层气井无杆排采工艺的思路,可以借鉴区块内致密气和海陆过渡相页岩气先导试验井的采气工艺经验,在生产现场开展“同心管气举”工艺、“小油管+泡排”工艺与“连续油管+柱塞+气举”工艺试验,能在有效避免传统无杆排采工艺缺点的同时实现深层煤层气的高效开发。      

“十三五”期间我国煤层气勘探开发进展及下一步勘探方向

基于我国煤层气勘探开发项目、煤层气田生产现状以及科研技术成果的调研资料,分析了煤层气田稳产、提产综合治理技术措施,深层煤层气取得勘探突破的地质条件和潜力,支撑上述两方面进展的煤层气水平井技术以及相配套的井网优化、排采技术。结果认为,我国煤层气田稳产、低产井提产综合治理最有效的技术措施有四类,包括增加新层、调整开发方案扩大产量规模、水平井嵌入加密井网、老井增产改造技术。提出了“煤层气水平井+技术体系”概念,即水平井钻完井+套管分段压裂+无杆泵排采技术组合体系,强调在井网优化部署、钻完井、压裂工艺和排采技术设备等各个环节的相互匹配。界定了深层煤层气涵义,深层煤储层一般存在游离气,临界深度受地层温度梯度和压力影响。指出深层煤层气、低阶煤煤层气是下一步煤层气勘探重点领域和方向。      

晋城地区煤层气井多层合采效果评价

煤层气井多煤层合采效果研究为煤炭安全、井下瓦斯治理、确定开发技术指标、单井配产、合理划分开发层系、煤层气高效开发以及制定中长期煤层气开发规划具有很好的参考价值。以晋城成庄矿区为例,将开发中后期排采效果检验井含气量等数据与邻近井原始含气量进行对比,分析3、9和15煤各煤层含气量在合层排采后的变化特征,以评价排采效果;并结合地质资料及现场排采动态进一步分析影响各煤层排采效果的主控因素。综合分析认为,成庄矿区经过多年地面煤层气多层合采,下部15号煤层比上部3号和9号煤层含气量降低更快。分析其原因认为成庄矿区15号煤层含气量降低较快的主要影响因素包括煤层渗透率、供液能力、储层压力及排采制度等。研究结果为剩余储量预测提供可靠的科学依据。      

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。      

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。      

沁水盆地寺家庄区块煤储层含气性及产能控制因素

为研究沁水盆地东北部煤层气成藏特征与产出控制因素,基于寺家庄区块煤层气勘探和生产资料,从地质构造、煤厚与煤层结构、埋深和水文地质特征等方面研究了煤层含气性影响因素,并结合压裂排采工艺和煤体结构等因素探讨了煤层气井产能控制因素。结果表明:(1) 研究区煤储层含气性受构造影响较大,在褶皱的轴部及旁侧构造挤压带,多呈现出高含气量,尤其是向斜轴部。在陷落柱和水文地质条件叠加作用下,15号煤层含气量整体较8、9号煤层低,且8、9号煤层含气饱和度也整体高于15号煤层。(2) 8、9和15号煤层含气性均表现出随煤层埋深增加而增大的趋势,但随埋深增加,构造应力和地温场的作用逐渐增强,存在含气量随埋深变化的“临界深度”(700 m左右)。煤层含气性也表现出随煤层厚度增加而增大的趋势,煤层结构越简单,煤层含气性越好。(3) 研究区中部的NNE?NE向褶皱与EW向构造叠加地区,因较大的构造曲率和相对松弛的区域地应力,具备较好渗透率条件和含气性,故成为煤层气高产区。(4) 发育多煤层地区采用分压合采技术可以有效增加产气量,多煤层可以提供煤层气井高产能的充足气源,且多个层位的同时排水降压可使不同煤储层气体产出达到产能叠加,实现长期稳产,含气性较好及游离气可能存在的区域可出现长期持续高产井。      

鱼骨刺水平井改善高阶煤低产区开发效果研究

目前高庄区块采用的开发方案主要为直井钻井、水力压裂增产开发方式及油管排液、套管采气的抽油机排采工艺,但产气效果不甚理想。面对高庄区块东部高含气量、低渗透率导致的低产井集中、自然上产能力差的现状,借鉴苏庄区块开发经验,采用逆向思维在高庄区块低产直井井区部署新型鱼骨刺水平井。这种新型水平井设计在煤层中钻探多个水平分支,提高了井区煤层的渗透率和连通性,有效解决高庄区块东部区域含气量高但渗透率低导致形成大批低产井的问题,进而整体盘活低产区。     

韩城示范区煤层气井产能分析

根据对韩城示范区的地质条件以及煤层气井的生产动态资料进行研究,从含气量、构造、埋深和煤厚方面分析其对煤层气井产能的影响,认为煤层含气量大、构造简单、埋深在400—600m以及煤层厚度大等地质条件有利于煤层气井产气;通过比较区内77口井的产气产水特征,重点分析了井底流压、套压等排采参数与产气、产水等生产数据的关系,认识为排采过程中,保持较低的井底流压、稳定的产水量和合理的层间合采方案能获得较高的产气量。     

西峰矿区煤层气井产出水地球化学特征及排采状况分析

西峰矿区是鄂尔多斯盆地中生界煤层气开发的探索区块之一,目前已施工多口煤层气探井。本文根据其中的5口煤层气井资料,分析了该区煤层气井产出水地球化学特征和煤层气井排采状况。研究揭示,该区地层水矿化度介于52~94g/L之间,平均68g/L,矿化度极高,具有卤水的典型性质;地层水呈微酸性,属于NaHCO3水型。研究认为,高矿化度指示地下水处于滞留或流动极为缓慢的状态,一方面有利于煤层气的保存,另一方面可能降低煤层对甲烷的吸附能力而导致含气量受损,同时也不利于次生生物气的生成,这可能是本区煤层含气量偏低的重要原因。该区域煤层气井产水量较高,主要是由于目的煤层上部洛河组砂岩含水层富水性较强,承压水头高,同时该区地下水矿化度高,呈微酸性,对煤层气井生产管柱造成腐蚀,导致煤层气井频繁停机,对煤层气井的连续排采造成很大影响。     

大宁?吉县区块深层煤层气生产特征与开发技术对策

鄂尔多斯盆地埋深超过2 000 m的深层煤层气资源丰富,是煤层气勘探开发重要领域,鄂尔多斯盆地东缘大宁?吉县区块开展了一批深层煤层气工艺试验,初步取得一定效果,但规模效益开发主体技术亟待攻关。基于实验分析、生产数据和裂缝监测等资料,通过对大宁?吉县区块深层煤层气储层特征、生产动态和压裂改造效果开展评价,分析了深层煤层气生产特征并提出开发技术对策。研究认为:(1) 深层煤储层具有“低渗、高含气、高含气饱和度、富含游离气”的特征;(2) 深层煤层气产能主要受资源富集、微构造和有效改造规模控制,在正向微构造发育区,资源越富集、加液强度越大、加砂强度越大,越有利于扩大供气能力和提高单井产量;(3) 深层煤层气生产井呈现出以游离气产出为主的高产期、游离气和吸附气共同产出的稳产及递减期和以吸附气产出为主的低产期三段式产出特征。基于上述认识,提出了深层煤层气开发技术对策,实施的D6-7P1井取得较好生产效果,证实在有利区实施超大规模加砂压裂可有效提高深层煤层气产能。      

沁水盆地和顺区块15号煤储层特征及试采效果分析

在分析和顺区块太原组15号煤层的孔隙裂隙特征、吸附特性、含气性、煤体结构和储层压力的基础上,结合后期试采效果,认为在埋深1 000m以浅15号煤储层的低含气量、低解吸压力和低储层压力是制约煤层气井低产的根本因素;在1 000m以深,15号煤储层在含气量高、解吸压力和储层压力高的有利储层条件下,实施合适的压裂和排采工程工艺,单井产气量可实现高产稳产.     

低煤阶煤层气井排采初期压降幅度研究

排采制度是影响煤层气井产能的关键因素,尤其对于含气量较低的低煤阶煤层气井。为了确定低煤阶煤层气井排采初期的压降幅度,通过分析影响黄陇煤田煤储层渗透率变化的基质自调节作用和速敏效应,认为速敏效应是造成该区低煤阶煤储层在排采过程中渗透率变小的主要原因,提出以实验室煤岩心速敏实验数据和实验井生产统计数据为依据确定低煤阶煤层气井排采初期的压降幅度,得出了研究区煤层气井排采初期的临界压降幅度。     

大宁?吉县区块深层煤层气井酸化压裂产气效果影响因素分析

大宁?吉县区块深层8号煤层面积大、厚度大、分布广、煤层气资源富集,体积酸压后试采获得突破,但试采井产能差异大,产能主控因素不明确,严重制约煤层气开发进程。针对大宁?吉县区块2 000 m以深的上石炭统本溪组8号煤层试采井,从地质条件、酸压施工和排采制度中选取28个典型评价指标,运用灰色关联方法对煤层气井酸压后产能进行敏感性分析并提出相应技术对策。结果表明:酸压施工因素对产能的影响高于地质因素和排采因素;砂量、酸量、见气前产水指数、泥质含量和阵列感应电阻率是影响该区块气井产能的主控因素,可将阵列感应电阻率和泥质含量作为筛选有利区的重要指标;提出采用低密度、低粒径支撑剂提高支撑剂运移距离与支撑裂缝长度;控制排采速度不超过200 m3/d,以保证深层煤层气平稳连续产出。该研究可为深层煤层气有利区筛选、施工参数优化以及排采制度调整提供参考。      

基于“定体积法”的大佛寺井田煤储层稳产阶段动态含气量反演

含气量是影响煤层气井生产的关键参数,但是,多数煤层气井无法直接获得目标煤层含气量,且解吸法测定的低阶煤储层含气量误差较大。文章以大佛寺井田煤层含气量动态变化特征为研究目标,结合煤层气井排采数据对煤储层参数动态的同步反馈,采用“定体积法”分析煤层气井排采数据,进行4#煤储层实时含气量的动态反演。结果表明：（1）设定多个原始含气量,实时含气量随时间变化呈线性递减关系,且下降趋势一致,皆能得到实时含气量变化线性斜率相同的结果：产气量与含气量消耗同步,且与生产时间间隔无关。（2）分析1 d、3 d、5 d的不同时间步长,设定原始含气量分别为2 m3/t、3 m3/t、4 m3/t、5 m3/t、6 m3/t、8 m3/t时,煤储层实时含气量变化关系高度一致,认为煤层气井遵循“定体积”产气规律,即不存在压降漏斗的形成与扩展。（3）连续排采阶段,实时含气量与排采时间呈线性降低关系,排采间断前后两个阶段煤储层实时含气量线性降低速率不同：为-0.00546和 -0.00435;第二阶段较第一阶段实时含气量变化斜率减小,是因为排采过程产生煤粉,堵塞阻碍块煤的解吸作用,造成储层伤害,能够解吸的煤层体积缩小。     

井间声波背景值识别煤层游离气应用效果分析

煤层游离气对于煤层气藏高产起着非常关键的作用,目前尚缺乏识别煤层游离气的有效手段,存在的困难和挑战主要表现在2个方面:如何鉴定煤层气井中存在游离气;一般常用的测井背景值和中子密度重叠法不能有效证明煤层游离气的存在。通过构建井间声波背景值,结合含气饱和度及排采数据对煤层游离气进行定性识别,进而对识别结果进行验证。实验表明,利用井间声波背景值法识别煤层游离气可以排除煤质和煤层含水性等因素影响,对于识别煤层游离气具有指导作用。通过该方法对Z区块3号煤层进行游离气识别,含游离气井占总分析井的50%,通过井间声波背景值、含气饱和度及排采数据分析相结合进行交互检验,吻合率在80%以上。      

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。      

陕西黄陇煤田侏罗系煤层气开发关键技术

黄陵煤田侏罗纪煤层裂隙发育,渗透率高,煤层气开发的地质条件优越,即将成为我国煤层气开发一个重要的潜在接替领域,根据焦坪矿区和彬长矿区煤层气开发取得的成果,详细探讨了煤层气开发方式、井位部署、钻完井工艺、压裂工艺和排采工艺等关键技术,指出欠平衡钻进、基于储层保护的洞穴完井和分层控压联合排采将是该区煤层气开发技术发展的方向。     

筠连地区煤层气低产低效井成因及增产改造措施

四川筠连地区煤层气田开发潜力较好，但大量低产低效井的存在制约了产能提升。为查明低效井成因，针对性地提高煤层气井产能，从地质、工程一体化的角度，结合地质条件并从工程因素出发，剖析高产井与地质因素的耦合关系，揭示地质、排采及工程3个方面影响下的低效井成因，并针对性提出相应的改造措施。结果表明，低效井主要分布在研究区北部、西部，受含气性、断层分布、开采层位、排采节奏及压裂窜井的影响，而高产井主要位于研究区中、南部，其产水量多低于1 m3/d，普遍具有流压低、持续产气时间长、产煤粉量低、矿化度高的特点。综合分析低效井治理效果发现，酸洗效果较好，震荡解堵效果不明显，二次压裂应严格控制施工参数。解决煤层气井低产低效问题，应从井位部署着手，围绕地质-工程-排采一体化开展井位设计和施工，开展有效合理的增产改造措施。      

山西省煤层气资源量及可采潜力

山西省煤层气资源丰富,开发条件优越。在以往研究成果的基础上,根据大量的煤田钻孔、煤层气井和煤样等温吸附实验等资料,分析了煤层含气性、煤级、储层压力、温度、煤的吸附能力、含气饱和度等特征,对山西省深部煤层含气量进行了预测,估算了煤层气资源量及可采潜力。研究结果表明,煤级、储层压力、温度、煤的吸附能力、含气饱和度等参数直接或间接受埋深控制,并通过等温吸附方程综合影响深部煤层含气量,含气量随埋深的增加而增加,但增加趋势变缓;估算2000m以浅煤层气资源量约8.3万亿m3,煤层气平均可采系数在30.0%~56.7%。     

贵州织金地区煤层气合采开发实践与认识

贵州省是薄至中厚煤层群发育的典型地区,煤层数量多、厚度薄、渗透率低、地应力高、压力系统多层叠置等资源禀赋特征导致国内外主流煤层气开发工艺技术本土化困难,煤层气资源难以动用。多、薄煤层煤层气地质特征的特殊性决定了煤层气开发技术的明显选择性,多煤层合采成为该地区煤层气资源高效开发利用的必由之路。2009年至今,中石化华东油气分公司在贵州织金区块陆续完成23口合采煤层气井的部署工作,实现了单井最大日产气量达5 000 m3、试验井组(10口直井)单井平均日产气量超1 000 m3的突破。对此,基于织金区块多煤层煤层气的勘探开发实践,系统分析了该地区多、薄煤层煤层气成藏地质条件,归纳总结了开发关键工艺的地质适用性,从地质选层、开发模式及排采管控等方面取得以下认识:(1) 建立了合采产层优化判别方法,明确了以珠藏次向斜III煤组20、23、27、30号煤层为主的最优层位组合关系;(2) 形成了定向井多层分压合采、水平井分段压裂体积改造相结合的特色开发模式;(3) 制定了以“平衡排采、阶段降压”为理念、以“面积降压”为目的的精细化排采管控制度。研究成果有助于促进该区域的多煤层煤层气开发,对贵州省煤层气高效开发具有重要的参考价值。