延川南2#煤层地下气化制氢工艺研究

为评价延川南2#煤层地下气化的产氢潜力,在查明煤的工业、元素分析等数据基础上,通过物理模拟实验研究了氧气浓度对气化温度和H2产率的影响,并利用AspenPlus软件建立煤炭地下气化预测模型进行模拟验证,在此基础上,利用上述模型研究氧煤比和汽氧比对H2产率的影响作用。通过物理模拟与数值模拟结果得出,水蒸气在煤炭地下气化过程中起主要作用,能够有效提高H2产率,延川南地区进行煤炭地下气化时,可优选富氧-水蒸气作为气化剂,且氧气浓度为80%最为适宜。

回注管洗井工艺的理论验证及应用效果分析

为了验证现场回注管洗井工艺下入井的长度是否达到洗井目的,对循环洗井液液滴进行受力分析,发现当液滴所受重力等于气体对其浮力加拖曳力之和时,液滴沉降至井底的速度为最小速度;将其代入伯努利方程,可计算出回注管最小长度;通过将计算结果与实际下入回注管长度进行对比,得出目前应回注管洗井工艺的11口井循环洗井液液滴均可沉降至井底,都可达到洗井的目的。该公式能够为回注管洗井工艺提供理论支撑,正确指导后期现场应用。

延川南煤层气田排采井杆管防腐工艺

针对延川南煤层气田部分排采井因杆管腐蚀造成的检泵作业,开展了排采井防腐工艺的技术研究。分析了排采井的气体成分和地层产出水成分,研究了不同材质在不同水型条件下的腐蚀规律,并在此基础上找出了延川南区块杆管腐蚀的主要原因,优选KD-H03-1#型和KD-H03-2#型两种缓蚀剂。该工艺在Y3-40-24U等5口井开展了现场试验,措施后排采井日产液2.8 m3,日产气585.29 m3。结果表明:Ca Cl2水型下加缓蚀剂KD-H03-1#能延缓井下杆、管、泵的腐蚀,延长检泵周期,为延川南区块排采井的连续性排采提供了新的技术支持。

延川南深部煤层气富集规律及开发特征研究

为深入总结延川南深部煤层气的地质特征以及生产规律,研究了其富集规律及产气特征与浅部煤层气存在的差异,结果表明:延川南深部煤层气主要富集高产因素为沉积控煤、构造-水文联合控气及物性控产;从煤层气解吸机理出发,降低排采速率,延长见气周期,提高泄压体积的排采方式能保障深部煤层气井高产稳产;井组试采归一化结果表明,深部煤层气初期解吸效率低,但单井控制储量大,具有"见气晚、上产缓、稳产久、单产高"的特点;延川南深部煤层气的高产稳产效果证明此类气藏具备效益开发可行性,研究结果能为同类气藏的勘探开发提供借鉴。

深部煤层气“有效支撑”理念及创新实践--以鄂尔多斯盆地延川南煤层气田为例

中国先后在鄂尔多斯盆地东缘、沁水盆地、滇东黔西等地区进行了深部煤层气的开发试验,虽然在提高单井产量和提升现有低产低效井产能方面取得了新进展、新突破,但尚未形成系统的、能够有效指导深层煤层气勘探开发实践的理论和技术。为此,基于鄂尔多斯盆地延川南深部煤层气田多年来的勘探开发实践,针对提高煤层气单井产量和提升现有低产低效井产能的难题,通过强化煤岩特性、裂缝延伸、气体解吸—渗流机理等基础研究的再认识,开展了大量现场储层改造攻关试验。研究结果表明:①该区煤岩天然割理裂隙发育、水平应力差异系数小,缝网足够复杂,造成强滤失,导致支撑短,井下揭示支撑主缝不足30 m,常规压裂方式难以形成长距离有效支撑裂缝是导致该区深部煤层低产、低效的根本原因;②创新提出“有效支撑”理念,即极大限度地延长高效导流通道沟通煤岩裂缝,实现主裂缝充分延伸铺砂、次级裂缝有效充填达到“远支撑”目的;③开展了“远距离运移、高效率推进、大规模铺砂”等先导工艺试验,优化形成了以“大排量、大液量、大砂量”为关键参数的有效支撑压裂技术,并在该区实现规模化应用,实施开发井33口,建成产能1.44×10^(8)m^(3),其中定向井单井稳定日产气量超过1×10^(4) m^(3),水平井单井稳定日产气量(2.5~6.0)×10^(4) m^(3),实现了深部煤层气高效开发重大突破。结论认为,“有效支撑”理念及压裂技术的工业化应用,将充分释放我国深部煤层气30×10^(12) m^(3)的煤层气资源,进一步推动天然气结构优化调整,助力我国能源结构改善。

延川南煤层气田深部煤层气成藏规律与开发技术

位于鄂尔多斯盆地东南缘的延川南煤层气田从勘探发现到效益开发经历了近10年,其产能建设和开发上产的整个历程,在我国深部煤层气领域的勘探开发探索中具有很强的代表性和示范作用,气田突破了800m以浅的经济开发极限深度,实现了规模效益开发。基于对延川南煤层气田的地质特征、成藏规律以及开发生产动态的综合分析,研究了其富集高产要素以及勘探开发技术。大量实践证实了研究区煤层气藏具有三大地质特征:①埋深大、煤阶高、含气量高,资源条件较为有利;②孔隙度低、渗透率低、微孔发育有利于吸附,但孔隙连通性较差不利于产出;③储层压力系数低,开发难度较大。在深入分析深部煤层气地质成果的基础上,总结提出了“沉积控煤、构造控藏、水动力控气、地应力控缝、物性控产”的延川南深部煤层气田成藏富集高产的五要素协同控制理论,形成了适用于深部煤层气勘探开发的四大关键技术体系:①构建了以“串枝化”、“井工厂”为特色的集约化大平台钻完井技术;②形成了适用于深煤层开发的有效增产改造技术;③制定了基于解吸理论的智能化精细排采控制技术;④集成了适宜于复杂地貌的地面集输以及气田数字化技术,为同类型的深部煤层气的产能建设和经济有效开发提供了技术支撑。

延川南地区煤储层特征及煤层和井区优选评价

以延川南地区煤层气井的实验测试数据为基础,采用地质类比法对煤层的含气性及其他储层物性特征进行了对比分析,然后利用最大值标准化法和灰色关联系数法得出单煤层和井区的综合评价分数,并据此对井区进行了综合评价。结果表明,区内甲烷浓度高、含气量大、孔隙性能好、煤层厚度大,但含气饱和度和渗透率低,需要对储层做进一步的压裂改造;通过灰色关联分析,认为各因素的相关关联序为含气量>含气饱和度>渗透率>储层压力>煤厚>埋深>孔隙度>甲烷浓度,2号煤的开发条件优于10号煤,各井区中以y-3、y-16及y-6井的综合评价值较高,是下一步井网布局和煤层气开发的首选井区。

延川南煤层气田低效井原因分析与措施优选

针对延川南深层煤层气田低产低效井占比高,低产原因复杂,难以达到预期开发效果的问题,以延川南煤层气田低产低效井为研究对象,通过开展地质工程一体化研究分析,结合煤层气开发实践经验,认为排采速度不合理导致煤储层渗流通道堵塞,储层改造不到位导致泄流面积小,低压区地层能量不足导致煤层气解吸受限这三大问题是延川南低效井低产的主要原因。针对低效原因分别开展了可控强脉冲解堵、体积压裂实现裂缝转向、氮气扰动疏通促解吸等增产措施。现场应用评价结果显示,这些措施均能实现不同程度的增产,其中体积压裂可以达到有效改善储层物性的目的,单井日增产气1000~4000 m^3,增产效果显著,是延川南煤层气田目前最为有效的增产措施。

延川南区块山一段沉积相研究

沉积相研究是储层研究的基础。通过岩心观察、分析化验及测井解释等技术对延川南区块山一段的沉积相标志进行了详细的辨别,对沉积相类型进行了系统的划分,认为研究区山一段发育三角洲平原沉积,主要包括分流河道微相与沼泽微相。分流河道沉积在平面上沿南东—北西向展布,砂体的展布对沉积相的发育有明显的控制作用。

延川南区块高阶煤孔隙结构研究

为探讨延川南区块内煤层的微观孔隙结构,认识煤层气的储集和运移机理,采用低温氮吸附法对区块内的高阶煤样进行比表面积、孔容及孔径分布测试。结果显示:煤的孔隙度普遍较小,孔隙度差别较大;孔径以中孔和大孔为主,含有少量微孔,孔径主要集中在10nm-300nm。通过进一步分析样品在吸附和脱附过程中产生的滞后环,发现区块内煤的孔隙形态比较复杂,以墨水瓶状孔和平行板状孔为主,并含有少量的一端封闭的圆柱孔、平行板孔及锥形孔。

延川南区块煤层气单井产能影响因素分析

延川南区块作为中国石化第一个煤层气产建区块,目前已进入开发阶段。掌握该区煤层气井生产动态,确定其产能影响因素,对区块下一步规模化开发具有显著的指导意义。以延川南区块煤层气井生产动态为研究基础,综合运用统计、对比、数模方法,对该区煤层气排采井生产特征进行分类,分析影响该区煤层气井产能的主要因素。研究表明,该区煤层含气量对产能影响较大,而含气量受煤体结构影响显著;构造高部位相对高点及距断层200m以上区域受含水层影响较小,有利于煤层气井排水降压,获得高产;水力压裂裂缝半长与单井产能具有一定关系;适宜的压裂液量和加砂量有助于提高煤储层渗流能力,促进煤层气产出;合理控制煤层气井初期排采强度,有助于煤层气井产能的提高。

延川南区块煤层气井压裂技术研究

延川南区块地质储量丰富,具有较大的发展潜力。根据延川南区块储层特征,通过室内实验和数值模拟方法开展了压裂参数（裂缝参数、施工材料、施工规模、施工管柱）的优化研究,形成了适合延川南区块煤层气压裂配套的工艺技术系列。现场应用表明,延川南区块煤层气井压裂后,经过1~2年的排采,增产效果显著,有效地提升了延川南区块整体开发水平。

数值模拟技术在煤层气开发井网设计中的应用——以鄂尔多斯盆地延川南区块为例

煤层气井网布置的科学性、合理性对于提高煤层气产能和整体开发经济效益十分关键。首先,基于延川南区块煤层地质条件、试采分析,利用COMET3.0煤层气数值模拟软件,针对区块典型煤层气井开展历史拟合,校正该区煤储层地质参数。其次,在历史拟合基础上开展不同井网产能预测,确定了合理布井样式。最后,通过开展不同井间距的敏感性分析及经济评价的结果,最终确定该区合理的布井间距。合理开发井网参数的确定,为延川南区块整体井网方案的部署提供了科学指导。

延川南煤层气藏水文地质特征与产能关系

通过对延川南煤层气田2号煤层开发试验井组的水离子组成、水力压头的展布特征等水文参数分析,研究了水文条件与煤层气产能的关系.水文地质特征分析表明：延川南2号煤层存在3种水动力条件,随着矿化度的整体增高,单井产能明显增大;煤层压力水头越高,产能越高;万宝山构造带更利于富集成藏,其单井产能明显高于谭坪构造带,为下步煤层气开发的有利地区.研究成果进一步验证了煤层气的保存条件是决定产能的主要因素,并为该区优选开发区块、实现高效开发提供了地质依据.

延川南深部煤层气井排采制度研究

基于延川南煤层气田多年的勘探开发成果和排采实践,探讨和研究了深部煤储层应力敏感对煤层气井产气、产液的影响以及合理的排采制度。结果表明,由于深部煤储层具有低孔、低渗、强应力敏感的特征,排采速率过快煤岩易发生显著的压敏效应,造成渗透率降低,压降漏斗无法有效扩展,从而导致煤层气井产气低效;通过针对区内不同时期气井排采制度优化过程的对比和分析,逐步形成了"平衡排采、阶梯降压"的排采制度,延缓和减弱了应力敏感对储层的伤害,实现了泄压面积的持续扩大,从而保证了气井高产稳产的开发效果,这一排采制度的科学性和适用性在延川南煤层气田得到了证实。

煤层气含气量测定影响因素分析

按照《GB/T 19559-2008煤层气含量测定方法》对鄂尔多斯盆地东南缘的延川南区块内主采煤层的煤样进行含气量的测试。以不同的损失时间对含气量的测定值作图,发现煤样的总含气量随着损失时间的延长而减小;分别以同一解吸温度和不同的解吸温度得到的数据做线性回归图,通过两张图中直线斜率的对比,发现煤样的总含气量随着解吸温度的减小而减小;建议采集损失时间较少的煤样按照储层温度来恒温解吸,减小其在煤层气含气量测试中产生的误差,提高测试数据的准确性。

延川南山西组煤岩微相特征及其对煤层气开发的指导意义

延川南山西组含煤岩系发育于三角洲平原亚相,其煤相类型主要为潮湿森林沼泽相,是延川南煤层气田的主要产气层段。以岩心、测井资料、煤岩分析数据为基础,依据成煤物质的形成条件及保存环境,将煤相进一步细分为高位森林泥炭沼泽、中位森林泥炭沼泽及低位森林泥炭沼泽三种微相类型;并在此基础上,探讨煤岩微相与煤层厚度、夹矸厚度、煤岩含气量、煤岩物性及围岩封存性能的关系,揭示煤层气的高产富集规律。研究结果表明中位森林泥炭沼泽微相区最有利于煤层气开发,其次为低位森林泥炭沼泽微相区。

延川南地区含煤地层沉积环境分析

在观察大量岩芯、分析总结前人资料的基础上,对延川南地区上古生界,主要煤层发育特征进行对比,并对主要含煤地层进行沉积环境分析。认为在研究区发育山西组和太原组2套含煤地层,其中山西组的2~#煤层厚度大,全区广泛发育,是研究区的主要煤层。山西组总体为浅湖相向三角洲平原相的过渡环境,山西组下部浅湖-三角洲前缘环境是最有利的成煤环境。

延川南煤层气井合理配产及其排采控制

为了深入研究煤层气井合理配产及其排采控制方法,延长气井高产稳产期,通过对延川南煤层气田煤层等温吸附特征与气井生产参数进行对比研究,提出了煤层气井合理配产方法,并在现场煤层气井排采参数及动态规律对比分析基础上,以煤储层压力、临界解吸压力、兰氏压力、稳产压力为关键控制节点,将延川南煤层气井排采过程划分为5个阶段,对各阶段排采参数控制进行了研究。结果表明:延川南煤层气田煤层气井井底流压在煤层兰氏压力附近时,产气量达到峰值,煤层气井的稳产气量与峰值产气量,以及稳产流压与兰氏压力之间有较好的线性关系,得出的拟合公式,可以计算各井合理稳产流压和稳产气量。5个排采阶段,分别是快排期、缓慢降压排水期、上产期、产量波动期和稳产期。对于延川南煤层气田,快排期日降井底流压在0.1 MPa左右较为合理,缓慢降压排水期、上产期和产量波动期排采控制非常关键,缓慢降压排水期日降井底流压在0.003 MPa左右,上产期谭坪构造带气井日降井底流压要小于0.005 MPa,万宝山构造带要小于0.01 MPa,产量波动期日降井底流压要控制在0.003 MPa左右。

延川南区块煤层气低成本钻井工艺技术探讨

延川南煤层气区块位于鄂尔多斯盆地东缘南部,目前已进入开发阶段。相对于常规油气井,煤层气井单井产量较低,开发过程中只有实施低成本战略才能取得较好的经济效益。针对地层特点,对钻井井型、井身结构、钻井工艺、钻井液体系、装备配套等工艺技术进行了探讨,提出了在开展井身结构优化、普通钻机配套空气潜孔锤钻井先导试验的基础上,钻井井型方面以丛式井为主、钻井工艺方面以空气旋冲钻井工艺技术为主、钻井液体系方面以低成本水基钻井液为主、钻机选型方面以采用车载全液压钻机和2 000 m钻机为主等低成本钻井方案。