鄂尔多斯盆地保德区块煤层气藏描述与提高采收率关键技术

鄂尔多斯盆地东缘保德区块探明煤层气地质储量为343.54×108 m3,是我国目前开发最为成功、规模最大的中低阶煤层气田之一,但该区块煤层气井单井产气效果差异大、部分井低产低效,提高煤层气采收率是亟待解决的关键问题。为此,在精细描述了保德区块煤储层静、动态特征的基础上,开展了煤层气井产能评价,分析了保德区块北部开发区的煤层气单井和总稳产能力,总结了适宜本区的提高煤层气采收率关键技术,并利用数值模拟法对保德区块北部开发区的煤层气可采储量和采收率进行了预测。研究结果表明:①全面系统性提出了煤层气藏精细描述指标和技术流程;②提出了勘探开发全生命周期静态与动态融合、产量与效益平衡、地质与工程一体、储层稳能与保护并举的“四位一体”开发理念;③形成了储层精细描述、产能评价与采收率预测、开发井网优化、大规模水力压裂、定量化排采等技术,支撑了持续增储上产、稳产;(4)明确了单位面积等效资源量、局部高差等效高度、矿化度值、临储比、历史最高产水量、见套压产水量、井底压力和单位压降产气量是影响煤层气井产能的主要因素。结论认为,通过该区多项煤层气提高采收率技术的探索与实践,保德区块综合递减率由最高的8.45%降低至2.30%,采收率提高了9%~11%,单井采收率提高了27%,采收率技术的应用取得了良好效果,该技术为我国煤层气的高效开发提供了成功的经验和技术参考。

煤层气开发中的层间矛盾问题--以柳林地区为例

直井分层压裂及合层排采能有效降低煤层气勘探开发成本,提高煤层气产能,但层间矛盾的干扰制约了这一排采工艺的推广。借鉴常规油气层间矛盾问题相关理论,首次提出并总结了煤层气开发中层间矛盾的概念、特点和影响因素。通过分析柳林地区典型井产能曲线特征,剖析了该区层间矛盾的特征和原因。结果表明:柳林地区合层排采太原组煤层(8号+9号)和合层排采山西组与太原组煤层(3号+4号+5号与8号+9号)时,层间矛盾问题严重;引起该层间矛盾的原因有煤层物性特征和煤层顶底板水文地质条件因素,其中8号煤层顶板水文地质条件是引发该区层间矛盾的主要因素。

沁水盆地原始水动力场类型及其对煤层气排采的影响

水动力场研究在煤层气勘探开发中具有重要作用。本文首先讨论了基于煤层气井排采资料的水动力场研究方法,在分析沁水盆地柿庄区块原始水动力场特点的基础上,结合前人在盆地其他区块水动力场的研究成果,分析了沁水盆地原始水动力场的类型,进而探讨了水动力场类型对煤层气排采的控制作用。研究表明:沁水盆地自边缘向腹部依次存在重力驱动型、滞流型和压实驱动型三种类型的区域原始水动力场;重力驱动型和滞流型水动力场具备煤层气保存条件,含气量高,煤层气排采效果相对较好,而压实驱动型水动力场虽具备一定的保存条件,但因地层压力较高,煤层气井排水降压困难,产气效果较差;无论是在重力驱动型还是滞流型的区域水动力场中,局部的低势汇聚区具备煤层气保存和排采的有利条件,煤层气开发效果一般较好。在未来煤层气勘探开发过程中,应将重力流驱型或滞流型水动力场所在区域中的局部低势汇聚区作为煤层气开发的甜点区。

煤层气井有杆泵排采设备悬点静载荷计算方法

有杆泵排采设备悬点载荷是标志其工作能力的重要参数之一。悬点载荷中起主要作用的是静载荷。悬点静载荷是选择和正确使用排采设备的重要依据。在研究我国煤层气井开采实际的基础上,分析了排采设备的悬点载荷,给出计算悬点静载荷大小的方法及其变化规律,最终利用现场实测的数据对算法进行了验证。验证结果表明,悬点静载荷中起主要作用的是杆柱重和液柱重,但管外液柱对柱塞压力的影响不可忽略;上下冲程中静变形量相对较小。该计算方法步骤简单,结果符合实际,能够较好地满足煤层气井现场数据计算的需要。

多层叠置煤层气系统合采方式及其优化

针对"多层叠置煤层气系统"这一特殊煤层气成藏模式,自主研发了多层叠置煤层气系统合采试验装置,并取得:(1)开展了储层气压分别为1.0,1.4,1.8和2.2 MPa条件下4层叠置煤层气系统常规合采试验,发现在合采过程中,气体由高气压煤层通过合采井筒流向低气压煤层,抑制了低气压煤层气体的产出,不利于煤层气的合采;(2)通过优化不同煤层产气时间开展了递进合采试验,有效避免不同煤层之间发生气体倒灌现象,使得最低储层气压煤层采收率和整体采收率分别提高了6.5%和1.3%;(3)递进合采能降低高储层气压煤层产能贡献率同时提高低储层气压煤层产能贡献率,使得产能分配更加合理;(4)叠置煤层整体差异系数呈先升后降的变化趋势,表明优化前后两种合采方式差异随着合采的进行处于动态变化之中,在合采中期达到最大,在合采后期略有下降。

采动诱导应力集中对顺层钻孔瓦斯抽采影响的试验研究

利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展受采动影响导致工作面前方不同应力分布条件下的顺层钻孔瓦斯抽采物理模拟试验,对抽采过程中卸压区、应力集中区和原始应力区的煤层瓦斯压力、钻孔抽采流量、应力敏感系数和无因次渗透率等参数演化规律进行分析。试验结果表明,(1)在瓦斯抽采过程中钻孔周围瓦斯压力下降速率先快后慢,越靠近钻孔的瓦斯压力等压线越为密集,瓦斯流速越大,钻孔周围瓦斯压力梯度先增大后减小;(2)随着采动应力集中系数增大,煤层渗透率降低,瓦斯抽采流量减小,其中采动应力水平最大的应力集中1区瓦斯抽采流量最小,而应力水平最小的卸压区抽采流量最大;(3)应力集中区的应力敏感系数高于卸压区和原始应力区,而该区域无因次渗透率下降速率最慢。

铁法盆地煤层气采收率分析

根据煤层气抽采的相关概念及解吸吸附原理,分析了国内外煤层气采收率的现状,依据铁法盆地的煤层气地质条件,通过对现有资料及实际测定数据的分析计算,得出铁法盆地煤层气采收率约为39.88%-64.73%的结论,认为具有较高的开采价值。

煤层气有杆泵-速度管排采连续转换条件研究

为了解决我国煤层气井现有的单一排采工艺和设备在排采前、后期存在与产水量不配套造成的故障频发等问题,在对有杆泵与速度管排采特点分析的基础上,进行了煤层气有杆泵排采与速度管排采连续转换工艺的转换必要条件的研究。结合现场实际,提出了修正系数的概念,总结了连续转换工艺转换条件判定流程图。

铁法矿区井下瓦斯抽采与地面煤层气开发

本文介绍了铁法矿区概况,论述了铁法矿区井下瓦斯抽采、地面煤层气开发的主要技术方法;指出高瓦斯、低透气性、复合煤层群开采矿区,只要抓住瓦斯赋存规律、涌出特点,采用灵活多变的技术方法是可以实现高效瓦斯抽采与地面煤层气开发。

“煤层气井排采装备与工艺”实验教学平台研究

应非常规油气排采技术实验教学的需要,针对学生难以理解和区分煤层气排采与常规油气排采设备与工艺的差异性问题,研制了煤层气井排水采气实验教学平台。采用该平台进行综合实验教学,利于学生掌握抽水机与排采泵的工作原理和结构组成、排采冲次的调节方法和实现方式、固-液-气多相流对排采效能的影响,进而强化对煤层气井杆管环空排水-管套环空出气的工作原理和生产工艺的认知,从系统的角度加深对非常规油气排采设备的理解,提高了实验教学效果和学生的工程应用能力。

云南恩洪煤层气区块单井多煤层合采方式探讨

云南恩洪区块属于多薄煤层发育区,煤层气资源丰富,但勘探开发程度较低。以恩洪区块煤层气井资料为基础,分析了前期单井产气量低的原因,探讨了多煤层合采的必要性及开发层系划分方式和单井开发潜力,进而结合流体可动性和国外煤层气开发经验,提出适合恩洪区块的煤层气开发方式。研究表明:恩洪区块单煤层资源丰度较低,前期煤层气井动用的资源不足是产气量低的重要原因;恩洪区块单井多煤层合采动用储量多,单井合采尽可能多的厚度大于0.5 m的原生–碎裂结构煤层是提高单井产气量的有效方式;恩洪区块煤层气吸附时间短,扩散能力强,但受地应力强度大、非均质性强和煤体结构复杂影响,渗透率较低且空间变化剧烈;分段压裂适合恩洪区块多薄煤层和弱含水的煤系地层特点,多煤层合采可依据煤层垂向上分布特点合理划分开发层系进行分段压裂合层排采,进行排水阶段缓降液面—见套压后憋压—稳产期稳压,之后缓慢降压的排采措施,最后形成各组整体降压提高产量。

几种常用除氟方法对煤层气气井排水中氟的去除试验研究

煤层气开采过程中产生了大量的高氟废水,对区域水环境和水生态安全造成了巨大风险。为解决煤层气气井含氟废水超标排放对环境造成的影响,有必要选择一种成本低、效果好且易操作的煤层气气井排水脱氟方法。分别采用工程实践中最常用的几种除氟方法,即化学沉淀法(钙盐、钙盐-磷酸盐)、絮凝沉淀法(活性铝盐)、絮凝-化学沉淀法(钙盐-磷酸盐-活性铝盐)和吸附法(树脂),开展了煤层气气井排水中氟的去除试验,对比研究了不同除氟方法对煤层气气井排水中氟的去除效率和脱氟机理。结果表明:铝盐絮凝沉淀法脱氟技术能使气井排水中氟浓度达到农田灌溉用水标准;絮凝-化学沉淀法脱氟技术能使气井排水中氟浓度达到地下水Ⅲ类水质标准;树脂吸附法脱氟技术对气井排水中氟具有最高的去除效率,氟的去除率达到了97.5%,但存在吸附穿透时间短的缺点。

煤层气连续管排液采气一体化工艺研究与应用

在国内煤系地层天然气勘探开发中,煤层出水导致井筒积液,必须采取有效的排液措施。为此,提出了煤层气连续管排液采气一体化工艺,设计了排液采气井下工具,优化了井口悬挂密封结构,建立了工艺模型与作业设计方法,对比分析了多种规格连续管在不同井口压力条件下临界携液流量与沿程摩阻的变化情况,并将工具在大吉-平04井进行了现场应用。分析结果表明:连续管排液采气一体化工艺实现了一趟管柱两种工艺,达到了高效和节省成本的目的;研制的井下工具既可以实现带压作业,又可以实现注氮、生产及无压井作业;外径38.1 mm连续管在沿程损失不大的情况下更容易达到生产临界携液流量。研究结论可以为煤层气控压稳产提供技术参考。

煤层气排采中的“灰堵”问题应对技术——以沁水盆地多分支水平井为例

煤层的性质决定了煤层气在排水采气过程中"出灰"(产出煤粉)是一种必然现象,在煤层气低能量开采及关井后再次开井条件下,煤粉的产出对产能的负面影响是不可逆转的。为此,通过分析山西沁水盆地煤层气排采特征以及该区多分支水平井实钻井眼轨迹特征,找出了多分支水平井产气量达不到预期目标,以及关井实施维护性作业后难以恢复到关井前产量的2个原因:煤粉沉积堵塞了储层的运移通道,水平井段的波谷处形成的地层水和煤粉沉积加大了气体流向井底的阻力。进而提出了应对"灰堵"问题的关键技术:①煤层气水平井的井眼轨迹应在保证一定煤层钻遇率的前提下,以井眼光滑、总体上倾为原则,避免出现"波浪状"井眼;②排采井洞穴具有"沉沙"功能,便于气、液、固三相分离,是煤层气多分支水平井不可或缺的重要组成部分;③主支在稳定的煤层顶板或底板的仿树形水平井为疏灰提供了稳定的洗井通道。该研究成果为解决煤层气排水采气过程中的排灰问题提供了有益的尝试。

煤粉产出机理及排采控制措施

有效控制储层煤粉的产生和排出,需对煤层气井排采进行精细化管理。从地质特征、储层改造及排采生产等角度研究了煤粉产生机理,并用沁水盆地柿庄北矿区煤层气井的工程实际数据进行了论证。研究表明:煤储层镜质组和黏土含量高、煤层气井压裂、排采不连续及排采强度过大等均对煤粉产生具有重要影响;基于泵筒内煤粉沉降理论,通过对不同煤粉颗粒直径、不同泵径和管杆组合下排出煤粉所需最低日产水量的合理控制,可有效排出井筒煤粉。针对煤层气井不同排采阶段及出煤粉情况提出了应对措施,该方法在煤层气排采工程中具有普遍的适用性。

煤层气井排采设备供电的直流微电网优化与控制关键技术

近年来,国家大力推进煤层气勘探开发行动计划,有效促进了煤层气产业的快速发展。一方面,当前基于交流的煤层气地面排采供电网络,电费支出占生产成本一半以上,极大地制约了煤层气产业的可持续发展;另一方面,直流微电网以其控制方式简单、电能变换环节少、不存在无功功率和频率稳定等优势,已成为未来微电网的发展趋势。为解决目前基于交流的煤层气地面排采供电网络存在的用电严重不合理问题,本文拟对煤层气地面排采供电网络进行直流化改造。首先,对应用于煤层气地面排采供电网络的无功补偿装置和周期性变工况条件下的电动机节能途径进行了梳理;其次,在建立包含分布式电源、储能装置和煤层气井排采设备的直流微电网基础上,围绕其拓扑结构、优化配置、模型建立、电压稳定控制及协调运行等方面,对用于煤层气井排采设备供电的直流微电网优化与控制关键技术进行了详细阐述;最后,从拓扑结构与系统优化配置相互作用关系、双向能流下的系统稳定性判据、计及源-网-荷多因素耦合作用的电压稳定控制等关键技术进步,以及用于煤层气井排采设备供电的直流微电网应用发展前景两方面进行了展望,指出相关优化与控制关键技术的进步可为煤层气地面排采供电网络直流化提供科学依据和理论指导。

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。

牛场以古矿区煤层气赋存特征与地面抽采可行性分析

基于牛场以古矿区勘探及煤层气参数井测试资料,探讨了主采目标煤层C1和C5煤层气的赋存条件,并对其资源量进行估算。建议利用综合性试验,在井下取得成功后,再进行地面抽采,实现煤炭和煤层气综合开发利用。

Research on the pressure variation law and enhancing CBM extraction application effect of CO_(2) phase transition jet coal seam fracturing technology

Due to the limited permeability and high methane content of the majority of China’s coal seams,significant coal mining gas disasters frequently occur.There is an urgent need to artificially improve the permeability of coalbed methane(CBM)reservoirs,enhance the recovery efficiency of CBM and prevent mine gas accidents.As a novel coal rock fracture technology,the CO_(2) phase transition jet(CPTJ)has been widely used due to its advantages of safety and high fragmentation efficiency.In this study,to ascertain the effects of the pressure of CPTJ fracturing,the influence of its jet pressure on cracked coal rock was revealed,and its effect on CBM extraction was clarified.In this research,the law of CPTJ pressure decay with time was investigated using experimental and theoretical methods.Based on the results,the displacement and discrete fracture network law of CPTJ fracturing coal rock under different jet pressure conditions were studied using particle flow code numerical simulation.Finally,field experiments were conducted at the Shamushu coal mine to assess the efficiency of CPTJ in enhancing CBM drainage.The results showed that the pressure of the CPTJ decreased exponentially with time and significantly influenced the number and expansion size of cracks that broke coal rock but not their direction of development.CPTJ technology can effectively increase the number of connected microscopic pores and fractures in CBM reservoirs,strongly increase the CBM drainage flow rate by between 5.2 and 9.8 times,and significantly reduce the CBM drainage decay coefficient by between 73.58%and 88.24%.

沁水郑庄区块煤层气合层排采方法研究

本文选取了沁水郑庄区块煤层气合层排采井的产气特性数据,以合成排采井控制过程的流体相态变化表征模拟合排井与单排井的差异性。得到结论:合成排采井相较于单排井有较高的含气饱和度,煤层气的储量也是单排井的1.9倍,并且排水降液面阶段的平均单日降压幅度和套压最大日变幅也远大于单排井。