寿阳区块煤层气井产粉特征与煤体结构相关性研究

针对沁水盆地寿阳区块煤层气井产粉严重的问题,连续采集井口煤粉溶液样品,在实验室测试获取了煤粉浓度、煤粉粒径和煤粉形态等煤粉产出特征。通过测井曲线和构造曲率判识了煤体结构特征,利用数据描述分析和Pearson相关系数计算方法定量分析了产粉特征与煤体结构相关性。研究成果为寿阳区块煤层气产粉规律研究和控粉措施提供了实验数据和理论指导。

寿阳区块煤层气田的水文控藏模式及控产特征

地下水对煤层的补、径、排关系不仅影响着煤层气的富集程度,而且影响着煤层气井的产气特征。为查明水文地质条件对煤层气富集和产气的影响,以寿阳区块15号煤层为研究对象,基于排采水离子测试数据和地下水势,分析了排采水化学特征参数、地下水势与含气量关系;结合水文控气作用分析,提出了3种控藏模式。根据不同控藏模式下煤层气井的产水、产气曲线形态及成因机制,划分了6种控产特征,并提出了相应的开发建议。结果表明:水化学特征参数、地下水势与含气量相关性显著。即矿化度、变质系数越大,钠氯系数、碳酸盐平衡系数、地下水势越小,含气量越高。水文地质条件以水动力逸散、封堵、封闭作用控制着煤层气逸散和富集成藏;水动力逸散控藏区,低含气量是煤层气井低产的主控因素,开发风险高;水动力封堵控藏区产水量普遍大。其中水动力强、低渗透率地区,易出现高产水低产气井,不建议开发;供液能力强、低渗透率易出现中产水低产气井,储层改造效果决定了开发的可行性;较高渗透率地区易出现高产水中产气,应注意排采的连续性。水动力封闭控藏区产水量小,其中低渗透储层易出现低产水低产气井,应注意储层改造的有效性;渗透率好的地区,一般为中-高产气井,应尽量保持排采连续性,降低储层伤害。研究成果可为煤层气井位部署提供理论指导。

煤层气井排采动态主控地质因素分析

沁水盆地寿阳区块和柿庄区块煤层气(CBM)井的排采动态在整体上表现出明显差异,而单一区块内部煤层气井的排采动态也存在较大差异。本文就两个区块的煤系地层沉积相、煤层渗透率、断裂构造、地应力类型和构造应力强度以及顶底板岩性组合类型等因素对排采动态的影响开展对比分析。基于静态地质条件和排采动态资料的综合研究表明:煤系地层沉积相、煤层渗透率、地应力类型和构造应力强度的差异是两个区块煤层气井排采动态差异的主要原因;单一区块内煤层气井的排采动态差异受控于局部断裂构造、地应力类型以及煤层顶底板岩性组合类型等局部因素;在煤层气开发选区和开发井位部署时,应综合考虑资源量、渗透率和多种局部地质因素的共同影响。

沁水盆地寿阳区块煤层气井产水差异性原因分析及有利区预测

沁水盆地寿阳区块多数煤层气井在排采过程中呈现出"高产水、低产气"的特点,较高的产水量严重制约了煤层气单井产能。为此,基于该区64口煤层气井的排采动态资料和相关的地质、钻井及压裂资料,从断裂构造、压裂缝类型和煤层顶底板岩性组合三方面综合分析了煤层气井产水差异性的原因,并据此提出了"避水采气"层次分析方法,预测了该区"避水采气"的有利区。研究认为,该区煤层气井产水差异性主要存在两大原因:(1)部分煤层气井位于断层附近,断层沟通了煤层顶底板的砂岩含水层,导致单井产水量较高;(2)区域地应力类型决定了该区煤层在压裂过程中会产生垂直压裂缝,其压穿岩性组合类型较差的煤层顶底板,从而沟通含水层导致单井产水量较高。结论认为:(1)煤层气生产过程中应进行"避水采气"有利区预测,其层次分析步骤为"一看断裂构造,二看应力类型,三看岩性组合";(2)该区块西部、东北部和中北部为煤层气开发的"避水采气"有利区。

沁水盆地高煤阶煤吸附时间主要影响因素分析

为了达到更好的评价煤储层开发潜力的目的,对直接关系到煤储层流体可动性的煤层吸附时间进行了研究,通过对沁水盆地寿阳和柿庄区块3、15号煤层的煤岩进行测试,分析了高煤阶煤吸附时间的特征,讨论了镜质体最大反射率(Rmax)、煤质和气体组分等因素对吸附时间的影响。研究表明:煤阶,即Rmax是影响煤层吸附时间的主要因素,镜质组/惰质组比值、气体组分φ(CO_2)/φ(CH_4)和φ(CH_4)/φ(N_2)为次要因素,单一的显微组分(镜质组、惰质组)和灰分对吸附时间的影响不大。对高煤阶煤岩而言,当Rmax<2.9%时,吸附时间随Rmax的增大而增大;当Rmax>2.9%时,吸附时间随Rmax的增大而减小,主要是由于随煤岩演化程度增高,煤岩平衡水含量与比表面积综合作用引起煤岩孔隙度、微孔隙结构及比表面积下降,导致煤岩吸附能力下降。此外,受各显微组分吸附能力差异、各类气体吸附特点差异及煤层中气体浓度差等因素的影响,镜质组/惰质组、φ(CO_2)/φ(CH_4)和φ(CH_4)/φ(N_2)均与吸附时间表现为负向包络关系。

寿阳区块煤层气采收率预测方法及井间距优化

为准确预测煤层气采收率和确定煤层气井开采合理的井间距,对数值模拟法、类比法、等温吸附法、解析法及其各自的适用条件和优缺点做了详细分析,结合3种采收率的预测方法得出了15#、9#、3#煤层的采收率;阐述了煤层气开发中井间距的设计原则,根据寿阳区块的地质和煤储层条件,设计3种不同的井间距方案,通过数值模拟预测产能,分析了井间距与产能之间的关系,得出合理的井间距;阐述了丛式井组设计开发概念思想.研究结果表明:合理的井间距为350 m×350 m,15#煤层的采收率为53.9%,9#煤层采收率为51.6%,3#煤层的采收率为47.8%.

沁水盆地寿阳区块和柿庄区块煤层气开发条件对比

基于沁水盆地寿阳和柿庄区块的地质和排采资料,从主采煤储层的资源性、储层流体可动性、压裂工程条件开展2个区块的对比分析,讨论寿阳区块煤层气开发的关键问题,提出下一步开发对策。结果表明:柿庄区块各煤层的资源性和流体可动性较好,具备单层排采的条件,而寿阳区块主力煤层的累计资源丰度高达1.57×10~8 m^3/km^2,解吸潜力大,3套煤层的有效解吸量均为9 m^3/t左右,流体可动性强,渗透率平均7.57×10^(–3)μm^2,吸附时间大于15 d,具备多层合采的条件;与柿庄区块相比,寿阳区块煤系中砂体发育广泛,煤系外源水供给能力更强,且实际压裂规模更大,断裂和压裂缝沟通含水层造成煤层气井高产水的风险更大。建议寿阳区块坚持以合层排采为主,在井层优选时,首先应规避断裂,其次应考虑目标煤层顶底板的岩性组合,同时要注意优化和控制压裂规模。

沁水盆地寿阳区块3号和9号煤层合层排采的可行性研究

寿阳区块煤储层具有层数多、单层厚度小、产能低、开采难度大的特征,为降低成本、提高煤层气资源采收率,对该区主要目标层3号和9号煤层进行合层开采是制定开发方案时的首选。在系统分析煤层气直井合层排采的关键控制因素基础上,认为煤岩及顶底板岩石力学性质、储层压力梯度、临界解吸压力、渗透率、煤储层供液能力是合层排采的主控因素,根据区内煤层气井勘探开发资料及主控因素分析了区块合层排采的可行性,指出了适合3号和9号煤层合层排采的有利区域。

沁水盆地寿阳区块煤层气井网优化及采收率预测

煤层气采收率的确定对于产业的发展具有较大指导意义。通过对类比法、解吸法、等温吸附曲线法及储层数值模拟法适用性分析,并结合沁水盆地寿阳区块煤储层特征,应用COMET3数值模拟软件,对15号煤储层生产数据进行历史拟合,校正了基础参数,基于不同井距设计了6种不同的井网方案,对各种方案进行了产能数值模拟及采收率预测。根据预测结果总结出寿阳区块采收率与钻井数关系变化规律,指出最优井间距为288m×216m,对应的采收率为50.4%。

寿阳区块15#煤层井壁失稳室内实验研究

针对目前煤层气水平井钻井过程中面临水平段井壁失稳的问题,采用扫描电子显微镜和室内煤样实验方法,以山西寿阳区块15#煤层为研究对象,开展了煤岩全岩矿物、黏土矿物组成、煤岩微观结构、煤岩化学特性及力学特性等研究,得出了导致水平段井壁失稳坍塌的主要原因是钻井液对煤岩强度的破坏,并指出提高煤层井壁稳定性的措施主要集中在提高钻井液的抑制性与封堵性。

山西寿阳15号煤层动静弹性参数实验研究

利用SD-I型声波检测仪对山西寿阳15号煤层进行超声波速度测定;利用MTS815岩石伺服试验机进行强度实验,在此基础上讨论了纵波波速与煤岩强度的关系以及动静态弹性参数间的关系。结果表明:煤岩单轴抗压强度与纵波速度呈较好的指数关系,单轴抗压强度随纵波速度增大而增大;煤岩的动静态弹性模量之间存在较好的线性关系,且煤岩的动态弹性模量大于静态弹性模量;煤岩的动静态泊松比基本上呈正相关性。给出的煤岩动静态参数间的拟合关系式有助于今后做进一步研究。

高煤级煤储层含水性特征及其对吸附能力的影响

为了研究高煤级煤储层含水性对吸附能力的影响,对阳泉—寿阳区块8件代表性煤样开展了镜质体反射率、显微组分、孔隙度、压汞、核磁共振和甲烷等温吸附等实验,分析了煤储层孔径分布、核磁共振T2谱响应特征、核磁孔隙度以及煤岩吸附能力,同时对煤储层含水性和煤储层吸附能力的相互关系进行了分析。研究结果表明:高煤级煤储层孔隙以微孔发育为主,孔隙含水性以微小孔中的束缚水赋存状态为主,且其含水量随最大镜质体反射率(Ro,m)的增大而增加。在影响高煤级煤储层吸附能力的多种因素中,煤储层含水性对煤岩吸附能力起着决定性的作用,尤其体现在微小孔中的束缚水对吸附能力的影响,束缚水含量越高,煤岩吸附能力越差。

深部煤层气异常地质特征及开发技术探讨

针对沁水盆地深部煤层气地质与储层认识不足、开发措施还在探索阶段等现状,以寿阳区块15煤为研究对象,探讨了深部煤层气地质特殊性及开发对策。研究区15煤层发育稳定,煤层厚度基本在3m左右;煤层含气量大部分在10~12m^(3)/t,纵向上受煤层埋深和变质程度的双重影响,含气量在埋深大约1200~1500m出现临界点后随深度增加逐渐降低。与其他深部地区“三高”特征不同,15煤深部储层表现为低压、高应力、中等地温的特征,属比较严重的低压力梯度和低地温梯度范畴。煤储层渗透性为高孔低渗分类,渗透率一般0.01~0.1mD,渗透性主要受煤层埋深、地应力、煤体结构和孔隙特征影响。根据15煤低水分含量、高孔隙度以及生产井产气特征,认为游离气含量可能具有较大的占比。最后提出,单独开发15煤层时可采用顶板岩层水平井分段压裂方式或围岩多分支水平井方式,该技术已在盆地南部15煤取得了产气突破;15煤层及9、3煤层多煤层开发时可采用围岩与煤层合压的垂直井方式,并对开发工程中的增产和排采工艺提出了相应的建议。

山西寿阳北区块煤层气赋存特征及勘探开发研究

为了评价山西寿阳北区块煤层气资源的开发潜力,通过搜集区内以往煤层气勘探成果以及煤层气参数井资料,从地质条件、煤层发育情况、含气性、煤储层特征等方面进行分析,分析结果表明:本区具备煤层气富集成藏的条件;山西组3号、太原组9号、15号煤层是该区目的煤层,其中15号煤层为主力煤层;该区东北部构造简单,主力煤层较发育,埋深适中,煤层较厚、含气量较高、渗透率较低,封盖性良好,是下步煤层气勘探开发的有利区。

四维动态地应力建模方法及其在寿阳区块煤层气开发中的应用

沁水盆地寿阳区块煤层气主产区15#煤层前期开发过程中大部分开发井出现低产气、高产水等问题,为了提高该区块煤层气采收率,需要对当前地应力状态及变化趋势进行评估以满足加密调整和二次压裂等开发调整方案需求。结合有限差分油藏模拟器CMG和有限元模拟器ABAQUS,提出了渗流-应力耦合的四维动态地应力建模方法,并利用该方法分析了寿阳南燕竹A2区块煤层动态地应力特征,结果表明:地应力反演结果与现场测试结果误差小于10%,证明了本文提出的四维动态地应力建模方法具有较高的计算精度;南燕竹A2区块两相邻单井地应力变化趋势相近,证明了该区块煤层储层连通性较好,但产量或孔隙压力的变化分布强弱对地应力变化和储层压实仍有一定影响;根据A2区块9口在排井地应力变化强弱对比结果,认为SYNY-136井地应力偏转程度最高,二次压裂时容易产生新裂缝,而SYNY-173井地应力偏转程度最低,二次压裂时不易产生新裂缝。本文研究成果可为煤层气排采制度调整、加密井井壁稳定性分析、二次压裂优化设计等提供参考。

寿阳区块马首区段煤层气地质特征及储量估算

通过对寿阳区块马首区段地质条件、煤层赋存特征、煤层气含气性、渗透性、解吸/吸附特征等研究，认为该区段构造简单，岩层覆盖条件较好；水文地质条件简单，地下水缓流或滞流有利于煤层气富集；主采煤层发育基本稳定，埋藏深度适中；煤层气含量较高，主要在6～16m^3/t；煤层割理裂隙发育，整体渗透率较高，非均质性较明显；煤储层处于欠压状态、实测含气饱和度较低、原地应力较低，整体上适合进行煤层气开采。在此基础上估算了煤层气资源储量，并优选区段的中、北部为煤层气开发的有利区。

寿阳区块煤层气井排采影响因素分析

通过对寿阳区块煤储层地质条件、煤层气井钻完井工艺参数及排采控制特征的分析,认为影响该区块煤层气排采的主要因素有:生产煤层渗透率低、临界解吸压力低、含气饱和度低;本区块主力煤层15号煤的顶板以灰岩为主,含有不规则的裂隙水,导致部分井产水异常;构造复杂易造成直井压裂裂缝或水平井水平段与断层发生沟通,导致煤层与外部水层发生连通而干扰煤层的排水降压;水平井钻井过程中使用的泥浆体系对煤储层造成一定伤害,部分直井压裂后未及时返排并长时间未投入排采,压裂液长期浸泡煤层;因各种原因造成频繁的排采中断。针对这些主要影响因素,提出了针对性建议。

沁水盆地寿阳区块煤层气排采动态成因机理及排采对策

以寿阳区块的静态地质资料和动态排采资料为基础,分析了寿阳区块的排采动态特征并从系统分析观和地质因素2个方面解释了排采动态的成因机理,提出了寿阳区块的排采对策。研究表明:寿阳区块排采动态呈现出单井产水量高,产气量低或不见气的特点,合层排采井的典型日产水量大于单采井产水量之和,表现出"1+1>2"的现象;典型日产气量与典型日产水量呈现负向包络关系,高产水对产气有抑制作用;造成寿阳区块煤层气井高产水的原因有2个,一是寿阳井筒—排采煤层系统为开放系统,断裂或压裂缝沟通煤层上下的含水层,造成煤层气井低效降压;二是寿阳区块煤系地层中分支河道砂体发育,且因该区发育的断裂多为高倾角断裂,当多层合层排采时,断裂沟通含水层的概率大大上升。因此,在培育高产气井时,首先要避开断层开放型系统,远离断层,其次是避开垂直压裂缝压穿型系统,因寿阳区块煤层更易压裂,故压裂时要适当降低前期采用的压裂规模,针对具体井层,需根据顶底板隔水层的厚度,保证在不压穿顶底板隔水层的前提下,优化压裂规模,以实现在规避围岩含水层不利影响的条件下最大程度地改善煤储层的渗透率。