红阳三矿储层特征及煤层气抽采方法探讨

以红阳三矿S101煤层气探采试验井的录井、试井、压裂等资料为基础分析了该地区的煤层气储层特征及S101井的排采试验曲线。结果表明:S101井地区储层具有埋深大、煤层多、间距较小、煤体结构较破碎、地层压力大、渗透率低、饱和度低、临储比极低等特点;射孔压裂排水降压式的抽采模式不适合该地区,建议利用卸压煤层气抽采技术抽采红阳三矿的煤层气资源。     

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。      

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。      

关于煤层气排采动态变化机制的新认识

对于影响煤层气排采动态的几个基本地质问题,从新的视角进行了分析。在此基础上,基于沁水盆地南缘寺河区块3号煤层上覆含水层的水文地质条件和岩石物理性质,模拟了煤层气井排采过程中储层压力降漏斗的大小,求出了储层压力降漏斗影响下煤层气解吸、产出的量值,得到的模拟排采曲线与实际排采曲线变化趋势吻合较好。本文认为,煤层中只有少量束缚水和一些重力水;煤层气井压裂增产形成的压裂缝使得煤层与顶板以上的含水层相互贯通,煤层气排采时抽排的地下水实际上应是煤层顶板上方含水层的承压水;抽水形成承压水头降落漏斗(即储层压力降漏斗),其影响范围内的煤层气得到不同程度的解吸和释放,这就是煤层气排采的动力学机制。     

贵州省煤层气(瓦斯)开发适用性技术分析

近年来在煤层气勘探开发实践中遇到诸多技术瓶颈,针对其中关键技术适用性开发问题,基于贵州地区煤储层呈薄煤层群赋存且构造复杂的地质背景,结合贵州地区煤层气成功开发、利用案例,提出了适用于贵州复杂地质条件下的煤层气开发及利用技术。贵州地区不同薄煤层群可根据实际间距情况采用光套管合层压裂、可捞式桥塞分段压裂等技术,煤层松软地区要加强防煤粉压裂技术及缝内转向技术的综合利用;松软低透煤层群应优选首采层,采动卸压后瓦斯抽采效果较好,同时加强定向长钻孔"以孔代巷"、松软煤层全程下套管、低透煤层CO₂相变致裂或水力割缝等技术的综合应用,实践证明可有效增强瓦斯抽采效果。      

松藻矿区多煤层合采储层压降特征及启示

西南地区晚二叠世龙潭组煤层气勘探开发取得较好的成效,该层位弱含水性制约着煤层气的排采。为揭示多煤层合采条件下煤储层的压降特征,以平面径向渗流理论为指导,利用松藻矿区Q1井地质工程数据,基于井底流压、套压、日产水量、日产气量数据的综合分析,建立了纵向上不同储层的井底流压数学模型,并分析不同储层的压降特征。研究表明:M₆、M₇、M₈煤层的初始产气时间分别为45d、162d、217d;储层压力和渗透率控制储层供液能力,导致压降效果随层位的降低而降低;储层临界解吸压力相差较大（4.07 MPa）和日产水量低（0.23 m3）影响多煤层的合采效果。加强选层综合研究、产水特征分析和注水时机研究,开展递进排采相关工艺设备研发和工程探索是弱含水煤层群合采的重要工作方向。      

贵州省煤层气资源特征及开发技术

贵州省近5 a来多个地区的煤层气开发试验取得了明显成果,客观评价该区煤层气资源特征及开发技术对全省煤层气开发决策至关重要。研究区上二叠统煤层气资源、赋存构造单元多,根据不同含煤向斜煤层气资源"资源量-资源丰度"和"资源量-埋深"的分布,划分了2类8型煤层气资源类型。贵州煤层气开发地质条件具有较大特殊性,主要表现为:压力驱动型资源和应力封闭型资源并存,煤级变化大,煤储层孔裂隙非均质性及敏感性较强,煤层吸附-解吸-渗流特征参数差异大,含煤岩系纵向普遍发育多套叠置独立含煤层气系统,煤层、页岩、砂岩等不同岩性的力学性质及储层物性差异大,多煤层多层段合采和多岩性多气藏合采面临兼容性约束条件。初步形成了丛式井组开发、"小层射孔、分段压裂、合层排采"等适应贵州特殊地质条件的煤层气开发有效配套工艺技术。     

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。      

我国煤层气储层研究现状及发展趋势

通过对煤层气储层描述及储层评价，煤储层分布，预测及选区评价，煤储层研究方法及实验技术等方面的系统评述后认为，我国目前已基本掌握了煤储层地质特征研究和地质评价选区技术，煤层气储层工程技术和储层模拟软件系统，并在煤层气储层研究方面有所突破，但我国煤储层的构造复杂，煤层多强烈变形，煤层结构常呈碎粒状及糜棱状等，煤储层多为贫煤和无烟煤，呈“三低一高”（煤层压力较低，煤层渗透率低，在水压裂等强化措施下形成的常规破裂裂缝所占比较低；煤层普遍具有较高的吸附力）的物性特征，且变质程度偏高，高煤级煤（贫煤一无烟煤）占49％，独具“中国特色”，进而讨论了当前我国煤层气储层研究急待解决的8个方面的科技问题和难点，指出了在21世纪初中我国煤层气储层研究的7个发展趋势。     

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。      

黔西松河井田煤层群合层分段压裂影响因素及参数优化

目前薄至中厚煤层群煤层气井普遍存在“前期产能高但周期短、衰减快且幅度大、后期恢复困难”的生产特征。针对这一现象,以黔西松河井田为例,通过对示范井组工程效果从煤储层赋存特征、合层分段改造效果及影响因素进行对比分析,并对施工参数进行优化和工程试验。分析认为:合层分段压裂仍是多煤层煤层气开发主要途径,其效果受层间兼容性和开发方式影响;投球暂堵合层改造受层间跨度、有效射孔厚度、施工参数及固井质量影响大。基于影响因素分析,提出施工参数优化措施,即施工排量6~8m3/min,前置液占比40%~50%,单孔流量0.2~0.3m3/min和前置段塞加砂方式,优化方案经后期工程验证取得较好的试验效果,对类似地质条件煤层群发育区煤层气合层开发层段组合、施工参数优化有较好的借鉴意义。      

煤层气直井产气曲线特征及其与储层条件匹配性

煤层气产气曲线类型与地质条件的匹配与否直接影响产气效果。以沁水盆地柿庄南区块排采4 a以上的直井为研究对象,在产气曲线类型划分基础上,分析不同产气曲线特征,进一步分析产气曲线与储层参数的匹配性。结果表明:研究区产气曲线可划分为单峰快速上升、单峰稳定上升、双峰后低和双峰后高4种类型。产气曲线所表现出的特征受控于储层原始渗透率,储层动力及压裂效果。单峰快速上升型适用于含气量大于12 m3/d、临储比大于0.4和渗透率大于0.1×10-3 μm2的储层,该种曲线容易造成产气量的骤降;单峰稳定上升型适用的储层条件广泛,与储层参数匹配性较高;双峰后低型产气效果整体不佳,与储层参数的匹配性差;双峰后高型适用于压裂效果较好的井、对储层原始参数要求较低,其后峰产气量的增加速率影响整体的排采效果。基于上述分析,将储层划分为七种类型,对研究区及其相邻区块实施"一井一策"的排采制度具有重要的指导意义。      

碎软煤层顶板梳状长钻孔水力压裂区域瓦斯高效抽采模式

瓦斯区域超前治理是实现煤矿安全、高效及智能化开采的重要保障,针对碎软煤层区域瓦斯高效抽采难题,以陕西韩城矿区3号煤层为研究对象,提出井下煤层顶板梳状长钻孔水力压裂区域瓦斯抽采模式。采用理论分析、数值模拟和现场试验等多手段相结合的方法,验证模式适用性,阐明紧邻煤层顶板梳状钻孔压裂裂缝延展规律、抽采机理和压裂曲线特征,进而建立适用于500 m孔深的集地质条件动态分析、分段水力压裂、封隔器遇阻解卡和压裂范围连续探查于一体的顶板梳状长钻孔裸眼分段水力压裂关键技术体系,实现煤层顶板梳状钻孔主孔轨迹距离煤层5 m左右、多段均匀压裂、压裂范围全孔监测和孔内事故高效处理。以此为基础,在韩城桑树坪二号井开展2孔次的工程实践：压裂主孔深度588 m、距3号煤层2 m左右,单孔压裂6段,压裂范围探查深度381 m、压裂影响半径20 m以上;压裂后,钻孔抽采瓦斯平均体积分数40%以上、瓦斯抽采量1 m3/min以上,抽采效果是常规钻孔的4倍,120 d瓦斯抽采有效半径可达9 m,实现了碎软煤层瓦斯区域高效抽采。并提出了适用于碎软煤层大区域瓦斯抽采以及高瓦斯压力碎软强突煤层远程区域抽采卸压等规模化应用技术思路。     

水力压裂条件下焦作矿区低渗煤层气试验井产能预测

为了探索焦作"三软"煤层（软煤、软顶和软底）水力压裂条件下煤层气渗透机理及产出规律,首先基于储层裂缝扩展模型,考虑压裂后煤体孔隙率对渗透率的影响,建立储层裂缝渗透模型,并进行试验单井的应用及分析,得出压裂缝长度、宽度、渗透率以及压裂后储层参数等指标;而后通过等温吸附曲线法与历史拟合法的综合分析,对煤层气井的采收率进行预测;最后结合所得指标参数与采收率,运用FracproPT软件对矿区GW-002试验井进行2 430 d的产能预测。结果表明:该试验井模拟预测的平均日产气量可达596.87 m3,采收率可达32.86%,累计产气量可达1.09×106 m3,数值模拟出的产气量与实采数据较为吻合,满足煤层气开采技术要求,可用于指导焦作矿区煤层气井压裂抽采实践与产能预测。      

煤层气井整体压裂及排采技术研究--以延川南煤层气田为例

为了促进煤储层改造效果,有效实现井间干扰,提升气井产气水平,通过整体压裂试验,在单井排采制度基础上,建立煤层气井整体排采制度,并进行排采参数定量化研究。结果表明:以储层压力(P_c)、临界解吸压力(P_j)和井间干扰压力(P_r)为井底流压关键控制节点,将整体排采制度划分为5个阶段,分别是井底流压快速调整阶段、井底流压缓慢调整阶段、井底流压基本一致阶段、同步降压排采阶段和井间干扰阶段;其中,井底流压快速调整阶段日降流压小于0.08MPa,井底流压缓慢调整阶段小于0.02MPa,井底流压基本一致阶段小于0.01MPa,同步降压排采阶段和井间干扰阶段小于0.005MPa。经过现场试验和应用,整体压裂的两个平台15口煤层气井,通过整体排采降压,产气效果明显好于相邻平台气井。     

基于三维地质建模技术的煤层气抽采效果评价

三维地质建模可直观、可视化评价煤层气动态抽采效果,为后续开发方案调整提供指导。借助三维地质建模软件,以晋城寺河煤矿西二盘区3号煤层为研究对象,基于寺河煤矿地质、产能数据分析和数值模拟,建立能反映煤层空间几何形态变化、构造特征及煤储层属性参数动态变化的地质模型,实现研究区煤层气抽采效果动态评价。利用构建的三维地质模型开展产气量、储层压力分布、剩余含气量等重要参数的预测,结果表明:寺河煤矿煤层气井不同排采周期预测的平均日产气量逐渐降低,影响范围逐渐扩大;研究区平均储层压力从2010年的1.31 MPa降至2022年的0.60 MPa,较2010年下降54%;研究区平均剩余含气量从2010年的15.70 m3/t降至2022年5.65 m3/t。研究结果可真实、客观地为三维地质模型在煤层气抽采效果评价中的应用提供科学依据。      

沁水盆地郑庄区块北部煤层气直井低产原因及高效开发技术

为了实现沁水盆地郑庄区块北部深部煤层气高效开发,通过深入分析煤储层地质条件和开发资料,并对比浅部煤层气开发数据,以含气量评价资源为基础,综合储层渗透性、地解压差,煤体结构和地应力状态等评价煤层气采出难易程度,明确郑庄区块北部煤层气井低产原因,并提出高效开发的适应技术。结果表明,郑庄北部煤层含气量整体较高,在20 m3/t以上;郑庄北部绝大部分地区裂隙发育指数均小于140,渗透率极低;绝大部分地区地解压差大于6 MPa,导致煤层气井有效解吸范围小,宏观解吸效率低;绝大部分地区煤层中碎煤比例在0.7以上,导致水力压裂裂缝较短;垂向应力大于水平应力,为大地静力场形地应力,水力压裂易形成垂直裂缝,裂缝延伸较短。极低的渗透率、相对较高的地解压差、高碎煤占比和大地静力场形地应力状态耦合导致郑庄北部煤层气开发效果较差。仿树形水平井采用人工井眼实现煤层密切割,缩短了煤层气、水渗流距离,利于实现协同降压增产,有力克服了高地解压差的不利影响;同时采用人工井眼代替压裂裂缝,解决研究区水力压裂造缝短的难题,取得了产量突破,但存在不利于排水降压和井眼易垮塌的风险,且其成本高、收效低。L形水平井密切割分段压裂技术克服了仿树形水平井不利因素。与直井相比,L形水平井成本增加2倍,但煤层气产量增加近100倍;且L形水平井与仿树形水平井产量相当,但其成本仅是后者的 40%。由此可知,L形水平井可以实现郑庄北部深部煤层气的高效开发。