首山一矿采空区地面高效抽采煤系气井优化设计

以平顶山矿区的首山一矿为研究对象,采用地层综合柱状、采动三带分布特征、气测录井和“O”形圈理论相结合的方法,对采空区地面抽采井的井位、层位、井身结构、抽采工艺等进行了优化设计,并对其抽采效果进行了评价。结果表明:由“三开结构”代替传统的“二开结构”,有效防止了含水层水向钻井中的漏渗,保证了产气通道的畅通性;延长了“三开筛管层段”,实现了煤系“多气源”的高效抽采;加大抽采管径并实施分级负压抽采,减小了抽采管路摩阻,提高了抽采效率。截至2022年11月底,气井平均日抽采量、甲烷浓度和累计抽采量分别为7 210 m^(3)/d、69.55%和375万m^(3),日产气量持续保持稳定。优化的首山一矿采空区高效抽采煤系气井关键环节,为类似地质条件矿井采空区地面抽采提供了借鉴和指导。

厚冲积层薄基岩条件下采动井稳孔工艺与应用

以平煤股份八矿煤层气采动井01井为研究对象,借助钻井窥视仪获取了不同层位的套管变形破坏特征,分析了导致套管变形的主要影响因素。在此基础上,设计了基于“抗、让、防”稳孔工艺的井身结构和稳孔措施,并对同一井场的05井应用。结果表明,同产气周期下,基于稳孔工艺设计的采动井套管完整度高、变形小、产气量稳定。此稳孔工艺可为相似地质条件下的采动井井身结构设计提供经验参考。

常村井田煤层气井排采储层类型划分及意义

准确划分煤层气井的排采储层类型能为排采过程压力传播研究奠定基础。以常村井田的3#煤层为研究对象,分析并选取了排采过程中影响煤储层的导流能力强弱和围岩的补给能力大小的主要参数,提出了获取这些参数的方法,确定了临界值;根据这些参数将研究区划分为4种排采储层类型,通过现场煤层气井的产水、产气情况验证了理论的可靠性,并讨论了排采储层类型划分的意义。结果表明:研究区可划分为高导流弱补给储层、高导流强补给储层、低导流弱补给储层和低导流强补给储层;高导流弱补给储层最有利于降低煤储层压力,表现出产水量小、见套压时间短的特点;低导流强补给储层表现出产水量大、见套压时间长的特点。

基于上覆岩层应力场和裂缝场演化的采动井套管破断特征及防控对策

准确确定出煤矿采动井套管破断特征并提出相应的防控对策,能为井筒长期稳定提供重要保障。以平顶山矿区的二1煤层及上覆岩层为研究对象,采用理论计算与数值模拟软件模拟方法,确定出上覆岩层离层段应力和位移分布规律,分析了上覆岩层高度、距工作面水平距离与应力、位移的相关性,拟合出上覆岩层高度、距工作面水平距离与应力、位移的关系式;根据研究区采动井的实际开发经验,确定出最佳布井区域下的套管主要破断类型,结合常用套管力学参数,得出“两场”演化下的套管破断位置及长度等特征;对常用的采动井局部防护技术进行总结,并提出对应的防控对策。结果表明:工作面推进过程中,上覆岩层应力呈现出“波动-线性降低”的变化规律,位移呈现出“几乎未发生变化-类双曲线型”的变化规律。最佳布井区域下的采动井套管主要以拉伸缩径和剪切破断为主,选择施加套管加强件对采动井套管进行加固。研究区地面采动井三开段采用N80套管时,需在煤层上部46 m亚关键层处、54 m软硬互层处分别加设抗拉伸套管加强件和抗剪切加强件;采用P110套管时,需在煤层上部46 m亚关键层处加设抗拉伸加强件。建议研究区地面采动井三开段均采用P110套管,增加采动井的井筒稳定性。该研究成果为平顶山矿区及相似条件下采动井预防套管破断提供了理论指导。

沁水盆地武乡南煤层气赋存主控地质因素及富集区预测

通过对沁水盆地武乡南区块石炭—二叠系太原组15号煤和山西组3号煤的沉积环境、地质构造以及含气性和煤层赋存特征开展研究,探讨了煤层气富集主控地质因素,并采用模糊数学评价和层次分析法,综合评价了研究区煤层气的有利富集区。结果表明:研究区太原组潮坪灰岩-砂泥岩相、山西组三角洲分流间湾泥岩-粉砂岩相和泥炭沼泽-黑色泥岩相为煤层主要形成环境,其中潮坪和三角洲分流间湾中泥炭沼泽区为煤层发育的最佳地带;两层煤赋存形态一致,均为走向北北东向、倾向向西的单斜构造,埋深自东向西逐渐加深;煤层厚度太原组15号煤由西南向东北逐渐变厚,山西组3号煤则整体从北向南逐渐变厚。煤层含气量主要受控于煤层厚度、埋深、顶板岩性特征以及地质构造。含气量与煤层厚度、埋深呈正相关性;砂质泥岩、泥岩封盖性能好,有利于煤层气的赋存;构造因素中封闭性较差的正断层导致煤层气的逸散,逆断层则相反,往往具有较好的封闭性。因此,研究区煤层气富集区为构造简单或逆断层发育、煤层厚度大,埋深大以及顶底板岩性为厚层砂质泥岩和泥岩区域,同时多层次模糊数学综合评价表明,研究区煤层气富集区15号煤、3号煤分别位于勘探井W26-W31-W41和W1-W20-W2一带。

基于神经网络的煤矿采动区地面直井产能预测

基于平顶山首山一矿煤系地质条件、采动区上“三带”发育规律和1口地面采动试验井排采数据,通过理论分析选取埋深、煤厚、渗透率、井口负压、管道压力和瓦斯浓度为地质控制参数,建立了采动直井多参数BP神经网络煤系气产能预测模型。结果表明:随着采煤工作面的推进,日产气量随排采时间呈逐渐递减趋势;不同排采阶段产气量变化较大,整体上产气规律划分为3个阶段分区:Ⅰ产气高值阶段,Ⅱ产气峰值阶段,Ⅲ产气衰减阶段。当BP神经网络隐含层神经元个数为10、30和50时,训练集、验证集和测试集数据拟合度达到90%左右,模型预测结果显示实际日产气量和预测日产气量相对误差较低,分别为3.01%、5.22%和3.35%,实际累计产气量和预测累计产气量数据相关性为0.9991、0.9997和0.9998。