煤层气储层破坏机理分析及其影响探讨

为更安全更高效的开采煤层气,本文基于研究煤层气储层破坏机理的重要意义,结合煤层气储层的主要特征,从多方面着手分析了煤层气储层主要破坏机理,并总结了煤层气储层破坏影响因素,以期通过进一步了解煤层气储层破坏机理,找出破坏煤层气储层的因素,采取针对性的措施,更有效的防治煤层气储层破坏,进而更好的保障煤层气储层的安全高效开采。

煤层气勘探技术及其应用

本文主要探讨了煤层气勘探技术及其应用。首先,介绍了煤层气的地质特点、勘探技术特点及开发利用特点。接着,分析了煤层气勘探中面临的技术、经济和环境问题。最后,提出了针对这些问题的优化对策。通过技术创新、经济政策和环境保护措施的综合应用,有望提高煤层气勘探的效率和成功率,促进煤层气资源的可持续开发利用。

U型煤层气井压裂技术研究

为做好U型煤层气井的压裂工作,以山西某U型煤层气井压裂工况为例,提出了压裂设计方案,重点对连续油管分段压裂技术,水平井压裂技术,定向射孔工艺及钻井液类型、性能等进行了分析,并进行了现场压裂试验,取得了较好的试验效果,促进了煤层气开采的增产增效,可为类似工况下煤层气井的开发提供参考。

人工回注水设施在武乡南研究区深部煤层气排采的应用效果

深部煤层气的勘探开发日益成为国内非常规天然气科研工作者及相关企业的关注重点。深部煤层普遍具有煤质较碎、埋藏深、孔隙度低、渗透率低、成熟度较高的特点,排采时频繁吐粉导致卡泵、断杆等故障停机。笔者基于武乡南研究区煤储层地质特征及排采中存在的问题,通过长期研究螺杆泵设备配套人工回注水实施排采的方法,取得了可行的实用效果。配套使用人工回注水设施具有以下优势:维持排采设备连续稳定运行;运行成本低;操作简便;恢复运行时效快,气量基本不受影响。配套使用人工回注水设施为武乡南研究区煤层气稳定连续生产运行提供了一中较为合适的解决方案,值得在深部煤层气排采设备中广泛推广应用。

捞砂工艺在深部煤层气水平井的应用

武乡南煤层气研究区由于煤层埋藏较深,煤质较软,在排采过程中,压裂砂、煤粉等物质随排采液进入井筒并在井底沉积,造成气井卡泵、故障停机,降低煤层气井产量。文章基于该区块煤储层地质特征及排采中存在的以上问题,研究提供了一种用于深部煤层气水平井捞砂的捞砂工艺。

侯甲区块煤层气产出水来源分析

为研究侯甲区块煤层气多层合采过程中产出水的来源,通过对侯甲区块3#+15#煤层合层排采水的分析,阐明了研究区不同含水层对煤层气合层排采的影响,其中通过分析单采3#煤层、单采15#煤层以及合采3#+15#煤层与含水层的水化学特征,得出不同含水层与单采以及合层排采水的关系,进一步确认合采产出水来源与顶板砂岩水和K2灰岩水存在一定的相关性。

煤层气井储层地质工程特征对产能的控制研究

通过综合探讨我国煤层气的特征、勘探开发中的关键问题及其影响因素,并对提高煤层气井产能的策略进行了分析。作为清洁能源,煤层气的开发利用对我国能源结构的调整和温室气体减排意义重大。首先,描述了煤层气的特征,包括其形成条件、地质结构对其开发的影响以及开发过程中常见的构造活动因素。其次,讨论了水文地质条件对煤层气井储集和开采的重要性,分析了构造条件、储藏类型及其对煤层气井产能的影响。最后,提出了煤层气井储层地质工程特征与产能的关系,并针对煤层气井储层开发提出了相应的对策,如加强煤层气井储层地质结构研究、优化钻探技术及采用大规模水力加砂压裂技术等。

煤层气U型对接井钻井工艺技术探析

为提高煤层气采气量,在山西长治布置1口U型对接井。以邻井资料结合地层结构设计及优化井眼轨迹,采用EMWD仪器对目标层上下岩性、伽玛值记录进行分析,应用RMRS磁导向仪器提高连通精准度,结合煤层气L型水平井精准着陆技术提高着陆的准确度。最后以ZZ-U-06井组为例进行实验研究,验证了煤层气U型井钻井施工工艺技术切实可行,提高了成井率和煤层钻遇率。

山西晋城采煤扰动区地面煤层气井抽采效果地质分析

从地质研究角度,分析了晋城矿区采煤扰动区三口地面煤层气井的抽采效果。结果表明,采动井布置需要综合考虑原位地质条件和采动后的矿井地质条件,煤层含气量较高、开放性采动裂隙发育、岩层移动相对较弱的地段有利于采动井的井筒稳定和持续高产。采动井抽采过程一般经历三个阶段,即采煤工作面未达井筒阶段、采煤工作面靠近井筒阶段和采煤工作面远离井筒阶段,各阶段抽采量、浓度均表现出不同的特征。采动井的井身结构是影响抽采效果的重要工程因素,二开井段套管不固井的方式可以有效保护井身结构的完整性,但井筒体系密闭性不好,受此影响导致抽采甲烷浓度偏低;三开井段采用裸眼完井方式能够有效提高抽采流量及甲烷浓度,但不利于井筒保持稳定。

废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网关键技术及瓶颈问题

从废弃矿井残留能源与空间资源协同利用出发,在废弃矿井绿色低碳多能互补体系框架下,统筹考虑废弃矿井采空区煤层气开采活动用电需求与采煤沉陷区可再生能源发电潜力,以及低浓度瓦斯发电和储能作为补充,提出探索构建集成风-光-气-储的废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统。相较于普通直流微电网,低系统惯量、弱电网连接、分布式发电随机波动和周期变工况负荷大扰动等多重不利因素叠加使得废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统稳定运行面临更加严峻的挑战。为此,有必要围绕废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统这一废弃矿井残留能源与空间资源协同利用潜在场景涉及的关键技术及背后的瓶颈问题展开系统梳理与探讨。首先,阐述了废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统的拓扑结构与组成单元,并从能量流动模型出发探讨了在寻求系统容量优化配置过程中需要考虑的约束条件。接着,提炼出煤层气抽采机电动机周期变工况负荷分析、低浓度瓦斯发电机气-电转换环节耦合、电压稳定控制及协调运行等破解废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统可靠稳定及协调运行难题涉及的关键技术,总结和回顾了已有研究进展,分析了目前工作存在的难点和问题,同时探讨了可能的解决方法及后续工作建议。进一步指出亟待攻克低浓度瓦斯发电机气-电耦合长时间尺度与风光储短时间尺度联合建模,以及低惯量、弱连接、大扰动等多重不利因素作用导致的电压振荡机理等关键技术背后的核心瓶颈问题。最后,从已有工作基础、研究进展及经济效益评估等方面展望了构建废弃矿井残余煤层气开采多能互补直流微电网系统的可行性及应用前景。

沁水盆地郑庄井田煤层气分段压裂水平井开发技术

为实现煤层气低成本、高效开发,基于郑庄井田3^(#)煤层和15^(#)煤层特征,提出了煤层中非固井L型分段压裂水平井强化开采煤层气技术方法。数值模拟结果表明:水力喷射压裂能产生1.5~2.0 MPa的环空封隔效果和3.5~4.5 MPa的孔内增压效果,可满足非固井水平井环空防窜流和定点压裂的目的。为解决非固井煤层气水平井钻完井、压裂改造和排采技术难题,研究形成了“优质、快速、安全”钻完井,带底封的连续油管快速拖动喷射-压裂联作分段压裂,“大排量、大液量、中砂比”活性水压裂增产改造和L型水平井精细化排采控制4项核心关键技术。实践证明,煤层中非固井分段压裂水平井开发煤层气技术在郑庄井田实现规模化开发应用,并取得了煤层气开发技术和高产气量的双重突破。

沁水盆地深部煤层气水平井定向钻进地质导向技术

沁水盆地内深部煤层地质构造较为复杂,对水平井定向着陆点控制及水平段钻进轨迹控制构成新的挑战,传统基于导眼钻进探查所得的目标层及紧邻相关层位地质特征数据及岩性判别等方法,难以满足实际定向钻进过程中精准轨迹控制,无法实现顺层钻进的要求。为了解决深井水平定向钻进控制问题,提出了一套适用于适用于深部煤层气水平定向钻进地质导向技术,通过前期谐振解析分析判断目的煤层地质构造情况,设计施工导眼获取目标地层参数,采用精准着陆技术和水平段地质导向技术完成钻井工作。该技术在沁水盆地武乡南区块WXN-T27-L1井试验应用,钻进水平段长708.00 m,煤层钻遇率达85.51%,显著提高煤层钻遇率、缩短钻井周期。

低压低渗煤层气多分支水平井开发关键技术研究——以沁水盆地郑庄区块15号煤层为例

沁水盆地太原组15号煤层总体低压低渗低饱和,煤储层相对较薄,地质条件复杂,煤层气井产量普遍偏低。以沁水盆地郑庄区块为研究对象,依据本区15号煤层LDP-22H多分支水平井的成功开发经验,全面论述低压低渗煤储层煤层气钻完井工艺、标志层判定、井眼轨迹控制等关键技术。结果表明:采用钻井-录井-测井一体化地质导向技术可以有效卡准目的煤层,同时实时修正钻头轨迹,煤层平均钻遇率在97%以上,极大地提升了煤层有效进尺。865 d的排采实践表明,LDP-22H多分支水平井日产气量突破15万m^(3),日产气量稳定在8万m^(3)左右,全程累计产气量为2091.5469.3万m^(3),实现了超高产和稳产,标志着多分支水平井在低压低渗煤储层煤层气高效开发上有较好的适用性。另一方面,多分支水平井要优化井位,加强水平井底部位排采能力,稳定压降速率,减小对煤储层渗透率敏感性伤害,提高排采的连续性,减少停泵和检修作业频次,保证产能的延续性。

沁城煤矿煤层气水平井压裂数据与压裂效果间关系研究

为了研究分析煤层气水平井压裂数据与压裂效果间关系,选取沁城煤矿嘉能工区4口煤层气水平井作为研究对象,对该区块3#、15#煤层水平井的压裂数据进行研究,报告了该区块3#、15#煤层的地质条件、瓦斯赋存情况以及水平井平均砂比、加砂量、施工压力等情况,统计分析水平井各项压裂数据所对应的压裂效果,对沁城煤矿区块水平井压裂数据与压裂效果间关系进行总结。

山西省废弃矿井煤层气地面钻井开发关键问题与对策

随着我国煤炭去产能政策的有力实施,一批资源枯竭及产能落后矿井将陆续关停废弃。废弃矿井仍赋存着大量的煤层气资源,其开发利用是实现煤炭产业清洁安全高效低碳发展、促进煤矿安全生产、优化能源结构、实现温室气体减排等方面的重要举措。基于山西省煤基重点科技攻关(煤层气产业链)项目相关研究,系统阐述了废弃矿井煤层气开发面临着资源量评价不准、钻进体系不健全、井上下联合缺失等关键问题。针对这些问题提出以下几点对策:废弃矿井精准地质探测是采空区地面钻井轨迹设计的重要依据,尤其是炮采等落后采煤工艺的废弃矿井,地球物理勘探精度应达到米级才能有效降低钻遇煤柱风险;优选废弃矿井煤层气地面“L”型钻井思路,即选采空区周边一定距离的保安煤柱作为L型井位,并配套特殊钻进工艺;煤矿企业应将废弃矿井资源开发利用纳入煤矿全生命周期规划,尤其是矿井废弃前应确保煤层气抽采通道畅通,以实现煤层气井“一井多用”的新型井上下联合开采模式,提高废弃矿井煤层气开发效率;采用防回火、各种传感器等装置,并对关键参数设置自动报警停机界限值,从而使废弃矿井煤层气地面开采工艺安全、高效;对不同浓度废弃矿井煤层气,需要采取相应的梯级利用模式,从而提高整体开发利用价值。以山西省废弃矿井为示范区,研究认识对推动全国煤矿区废弃矿井煤层气开发利用具有重要的指导和示范意义。

废弃矿井煤层气抽采利用技术政策研究——以晋煤集团为例

废弃矿井瓦斯抽采具有巨大的经济、环境、安全价值,分析国内外该领域的发展现状,从全国及山西省废弃矿井瓦斯资源储量出发,结合企业废弃矿井瓦斯抽采利用情况,从政策、法规、经济等方面探讨当前废弃矿井瓦斯利用存在的问题及建议。

采空区下伏煤层水力压裂试验研究与应用

采空区下伏煤层气资源储量丰富,长期未能有效开发。水力压裂技术是一种提高煤层气采收率的有效手段,上覆煤层的开采与重新压实会直接影响采空区下伏煤层水力裂缝的扩展行为。通过大尺寸(300 mm×300 mm×300 mm)真三轴水力压裂试验,分析了不同加卸载应力扰动程度下煤体的力学与声发射响应特征,提出了表征煤体损伤程度的损伤变量T,明晰了损伤与水力裂缝起裂与扩展规律之间的关系。结果表明:采空区下伏煤体垂向应力加载阶段引起的损伤显著大于卸载阶段,垂向加载应力不超过11 MPa时,煤体处于弹性阶段,损伤极少;加载至11~15 MPa,处于屈服阶段,损伤大幅增加;加载至15~18 MPa,处于强化阶段,煤体孔裂隙逐渐被压实。损伤变量T可以有效表征煤体内部损伤程度,Tc为煤体未经过加卸应力扰动时的损伤变量。T=Tc时,煤体内部的损伤程度与未经过加卸载应力扰动的煤体损伤程度相当;T> Tc时,煤体呈应力损伤态,T越大,损伤程度越高;T <Tc时,煤体呈应力压实态,T越小,压实程度越高。煤体应力损伤程度与破裂压力呈负相关,高损伤程度使得煤体更容易破裂,井筒近端容易形成主水力裂缝,有利于开展水力压裂。煤体的压实程度与破裂压力呈正相关,高压实程度使得水平应力差对水力裂缝扩展的影响减弱,井筒近端水力裂缝发育,不易形成主水力裂缝,阻碍水力压裂开展。基于研究成果制定了采空区下伏煤层水力压裂施工方案优化原则并在现场应用,优化后的方案水力压裂造缝能力显著提高。

煤层气井内衬油管螺纹失效原因分析

受内外部地层及机械压力、介质腐蚀以及施工作业环境等多重因素的影响,J2-46X7煤层气井发生了内衬油管螺纹泄漏失效。为了确定该内衬油管的失效原因,对失效油管样品的宏观和微观断口、化学成分、金相、力学性能及水样进行了试验分析。结果表明,失效油管材料的化学成分和拉伸性能试验结果符合API Spec 5CT标准的要求,但失效油管接箍材料的抗拉强度不符合API Spec 5CT标准的要求。该井油管的失效类型为缝隙腐蚀,而该油管在井口连接上扣时螺纹没有上紧是导致其发生缝隙腐蚀的主要原因。另外,地层水含有的氯离子进一步加速了螺纹的缝隙腐蚀,最终使油管螺纹发生了泄漏失效。

废弃煤矿采空区煤层气资源评价模型及应用

如何评价废弃煤矿采空区煤层气资源是其开发中遇到的关键问题。在对煤炭开采覆岩变形破坏规律研究的基础上,通过理论分析和数学推导,建立了废弃矿井煤层气资源量评价模型和方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价。研究结果表明,煤炭开采导致采场周围岩体应力重新分布,引起煤层顶底板岩体发生变形与破坏。采空区煤层气资源主要由吸附气和游离气组成,主要来源于煤柱及残留煤层、临近未采煤层和围岩中的游离气和吸附气。基于采动覆岩变形破坏分带特征,根据破碎岩体孔隙率和碎胀系数关系,分别建立了采空区垮落带和断裂带内岩体孔隙体积模型。结合煤层气资源在废弃矿井中的分布特征,考虑煤炭开采采空区积水情况,建立了采空区积水量计算和含水饱和度计算模型,提出了废弃矿井煤层气资源量计算方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价分析,评价结果认为,废弃煤矿采空区煤层气资源丰富,井田面积为6.5 km2,二叠系山西组3号煤层煤层气总资源量为5.871 7×108m3,其中吸附气资源5.835 3×108m3,游离气资源0.036 4×108m3,资源丰度为0.902 0×108m3/km2。

沁水盆地南部煤层气井产出水源解析及合层排采可行性判识

长期以来,沁水盆地南部丰富的太原组煤层气资源无法规模性动用,煤层气单井产量难以进一步提高,合层排采产出水来源得不到有效判识,合排难易程度无法客观评价。面对这些生产技术难题,基于28口单层及合层排采井产出水样品的微量元素测试分析,建立了产出水来源判识及合层排采可行性评价方法,进而以7口合层排采井为例进行了初步判识。分析表明,煤层气井产出水微量元素中蕴含着丰富的产出水来源信息,基于水岩作用原理可合理提取产出水源解析的特征微量元素。在甄别煤储层返排清污程度基础上,初步建立了由提取产出水特征微量元素、建立单煤层产出水特征微量元素标准模板、产出水来源与合排可行性判识3个步骤构成的评价流程。应用这一方法,在7口合层排采井中识别出产出水来源和层间干扰程度的3种情况。