复杂地质条件下煤层气高效开发实践与认识——以沁水盆地郑庄区块为例

我国煤层气整体构造复杂且有诸多地质相似性,随着近年来逐步向中深部、超低渗、构造复杂区域迈进,总结探索一套复杂区域高效开发手段对盘活国内大批煤层气资源意义重大。以早期低产且地质相对复杂的郑庄区块的成功实践为例,针对区块高阶煤断裂构造复杂、非均质性强、渗透率低、早期工程技术匹配欠缺、早期达产率不足30%等不利因素和问题,通过深化煤层气地质富集规律研究和新技术研发与应用,形成了甜点区优选和高效开发理论,应用二开全通径水平井优快钻井、疏导式增产改造、定量化疏导排采控制等系列技术,大幅度提高单井产量,方案达产率由最初的29.3%提升至98.5%。实践研究认为:(1)及时有效的开发方案调整能够实现复杂低渗的高阶煤煤层气高效开发,为技术持续升级提供了空间与平台。(2)丛式井组滚动运行方式可有效降低产建风险,使整体方案达产率提高20%以上。(3)水平井地质–工程一体化技术的持续创新,是实现达产率整体提升的关键。

不同预处理方式和模拟产气实验对煤结构的影响

采用傅里叶红外(FTIR)及X-射线衍射(XRD)对反应前后煤体的结构进行检测,结果表明:原煤样经酸氧化、白腐真菌降解以及随后的模拟产气实验后,芳香环逐步被打开,芳香层片间距增大,芳香层数减少,碳碳键断裂处引入了羟基等官能团;煤样的大分子结构被降解,芳香结合程度降低。这表明所选取菌群可以有效降解低变质程度煤。

煤中显微组分对生物甲烷代谢的控制效应

煤的生物产气过程受诸多因素的影响,为探讨煤自身显微组分对生物甲烷生成的控制效应,采集了河南义马千秋煤矿的长焰煤和山西大同泉岭煤矿的气煤,通过人工手选法以及浮沉分离法对两种煤样进行了显微组分富集和分离,利用从矿井水中提取的本源菌群与相应的显微组分进行生物甲烷代谢模拟实验,以产气总量、CH4生成量、CH4浓度及反应液p H值变化等指标来评价产气效果。实验结果表明：①镜质组富集煤样生物产气总量、CH4生成量、CH4浓度和反应液p H值变化幅度最高,而惰质组富集煤样最少,原煤则居中;②不同显微组分开始大量产气时间在18~30 d,产气高峰在20~35 d,镜质组产气高峰滞后于原煤和惰质组;③煤样H/C原子比与生物产气效果具有一致性,同煤阶镜质组以及富氢、高H/C原子比煤种具有较高的生物甲烷产气潜力。该研究成果可为我国煤层生物产气先导试验区块优选提供理论指导。

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20000 m^(3),同时实现15号煤层气的开发突破,平均日产气量提升到10000 m^(3)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。

打造全国煤层气开发高效示范基地的实践探索

煤层气开发具有难度大、效益低的特点,决定了必须低成本、高效益运行。为打造全国煤层气高效示范基地,本文通过整合资源、创新管理,从提高顶层设计、加强技术攻关、优化市场化用工模式、整合社会资源管理、提高企业文化入手,以解决煤层气开发过程中所面临的实际问题。通过实践探索,创新企业管理,优化工艺,利用地方资源,精简人员,提高企业效益,打造新管理方式提炼的试验基地、新区建设的试验基地、新技术新方案的试验基地、新的效益集成试验基地,占领全国煤层气开发的制高点,同时高效的煤层气开发必将对气化山西,净化山西做出突出的贡献。