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        • 論文
        主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司、中國煤炭學會學術期刊工作委員會

        “煤層氣開發地質理論與工程實踐”專題

        來源:煤田地質與勘探

        煤層氣是重要的非常規天然氣能源,煤層氣開發具有能源、安全、環保三重效益。我國一些地區的煤層氣開發已進入商業化階段,尤以沁水盆地、鄂爾多斯盆地為代表。目前呈向西南云貴川、西北新疆和北部內蒙古等地區拓展,由淺部向深部延伸的趨勢。受制于我國特殊的構造地質條件,不同煤盆地、不同含煤地層,地質條件差異大,一個區塊成功的工程實踐不能照搬應用于其他區塊,地質–工程一體化措施研究相對薄弱,造成我國煤層氣低產井多,制約了我國煤層氣開發的商業化進程。為了探討現狀問題,展現科技工作者的最新科研成果,促進同行交流,邀請河南理工大學倪小明教授擔任客座主編,圍繞“煤層氣地質與選區評價,勘探開發技術措施與工程實踐”開展主題策劃和約稿組稿工作,以期持續推進煤層氣產業化進程。

        行業視野

        煤層氣

        類別

        40個

        關鍵詞

        36位

        專家

        8篇

        論文

        815IP

        點擊量

        342次

        下載量
        • 作者(Author): 賈慧敏, 胡秋嘉, 樊彬, 毛崇昊, 張慶

          摘要:為了實現沁水盆地鄭莊區塊北部深部煤層氣高效開發,通過深入分析煤儲層地質條件和開發資料,并對比淺部煤層氣開發數據,以含氣量評價資源為基礎,綜合儲層滲透性、地解壓差,煤體結構和地應力狀態等評價煤層氣采出難易程度,明確鄭莊區塊北部煤層氣井低產原因,并提出高效開發的適應技術。結果表明,鄭莊北部煤層含氣量整體較高,在20 m3/t以上;鄭莊北部絕大部分地區裂隙發育指數均小于140,滲透率極低;絕大部分地區地解壓差大于6 MPa,導致煤層氣井有效解吸范圍小,宏觀解吸效率低;絕大部分地區煤層中碎煤比例在0.7以上,導致水力壓裂裂縫較短;垂向應力大于水平應力,為大地靜力場形地應力,水力壓裂易形成垂直裂縫,裂縫延伸較短。極低的滲透率、相對較高的地解壓差、高碎煤占比和大地靜力場形地應力狀態耦合導致鄭莊北部煤層氣開發效果較差。仿樹形水平井采用人工井眼實現煤層密切割,縮短了煤層氣、水滲流距離,利于實現協同降壓增產,有力克服了高地解壓差的不利影響;同時采用人工井眼代替壓裂裂縫,解決研究區水力壓裂造縫短的難題,取得了產量突破,但存在不利于排水降壓和井眼易垮塌的風險,且其成本高、收效低。L形水平井密切割分段壓裂技術克服了仿樹形水平井不利因素。與直井相比,L形水平井成本增加2倍,但煤層氣產量增加近100倍;且L形水平井與仿樹形水平井產量相當,但其成本僅是后者的 40%。由此可知,L形水平井可以實現鄭莊北部深部煤層氣的高效開發。
        • 作者(Author): 李勇, 韓文龍, 王延斌, 孟尚志, 吳翔, 王壯森, 麻振濤, 劉度, 趙石虎

          摘要:大量低產低效井嚴重阻礙我國煤層氣產業發展,其中,煤粉沉降導致的裂縫堵塞、管柱結塊是氣井穩產時間短、產氣量降低甚至不產氣的重要因素。系統梳理國內外煤層氣井產出煤粉物質組成、生成機理、懸浮運移和產出控制等研究最新進展,總結煤粉凝聚–沉降及分散行為控制機理及關鍵問題,提出研究展望。煤粉問題伴隨煤層氣勘探開發全過程,涉及地質選區評價、工程壓裂施工和排采管理控制的各個方面。煤粉包括因煤體結構破壞生成的原生煤粉和工程施工形成的次生煤粉,在氣井產出中以有機碎屑和黏土礦物組成的混合物為主,部分樣品黏土礦物含量高。煤粉懸浮運移受控于儲層條件下煤巖結構和表面性質、nm~μm級煤粉顆粒的相互作用、有機質和黏土礦物的作用、通道內的氣水流動等因素。煤粉能夠適度穩定產出是排采管控的關鍵,涉及地層水環境對煤粉表面潤濕性、表面電性和空間位阻效應的影響及作用機制,以及分散劑離子加入對煤層氣的解吸和滲流能力影響等。圍繞煤粉“黏附–潤濕–凝聚–沉降全過程開展實驗模擬”和“煤粉分散穩定性優化及流動實驗”研究,以及煤粉理化性質精細表征、凝聚沉降機理分析和分散行為界定,提出適合煤粉穩定運移控制的流速,形成保持煤粉懸浮產出的基礎性依據,為保障煤層氣–水–煤粉穩定高效產出提供理論和技術支撐。
        • 作者(Author): 陳貞龍

          摘要:我國深部煤層氣資源潛力大,占總資源量的62.8%,但實現有效開發面臨強非均質性、高地應力、工藝配套難、產能低等諸多挑戰。以延川南深部煤層氣田為例,依據“沉積控煤、構造控藏、水動力控氣、地應力控滲、物性控產”五要素,將關鍵參數進行疊加,精細劃分氣田開發地質單元,厘清各開發地質單元關鍵地質屬性、開發制約條件,并制定了差異化的開發對策;形成針對層內阻塞、近井地帶結垢、深部煤層難改造、高液量難降壓等不同低效主因的治理對策和適用于深部煤層氣復雜地質條件下“疏導解堵、擾動增透、有效支撐、提液降壓”的增效技術系列。在此基礎上,提出了一整套基于“多要素耦合氣藏控制單元”的地質工程一體化增效思路和工藝技術:以提高資源動用程度為核心,針對高產區煤粉阻礙滲流通道而造成的氣井遞減,采取“氮氣擾動”形成壓力波擾動而解決層內疏通,21口井見氣效率90%,單井日增產氣量400 m3;深部煤層礦化度高易在近井筒地帶結垢是導致低產的重要因素,通過實施可控沖擊波破裂增透解除堵塞,單井日增產氣量達850 m3;以實現高應力區資源有效動用為目標,通過“長距離有效支撐、大規模體積改造”以達到深部煤儲層有效改造,實現難動儲量效益開發,實施16口井全部見效,單井日增產氣量1 500 m3,產氣水平提升5~6倍;同時在高產液低效井中持續挖潛,采取提液降壓效果初步顯現。一體化增效關鍵技術體系的研發成功,為國內深部煤層氣效益開發起到了帶動和示范作用。
        • 作者(Author): 劉冰, 張松航, 唐書恒, 王鵬飛, 翟佳宇, 紀朝琪

          摘要:沁水盆地南部煤層氣井具有“高產水、低產氣”的特征,然而也有部分井存在“高產水、高產氣”的現象。一般來說,煤層氣井高產水,多與溝通含水層相關。針對這種情況,基于沁水盆地柿莊南區塊煤儲層地質條件,結合煤層氣直井排采的實際情況,利用數值模擬方法,采用氣水兩相多組分的三維煤儲層模擬軟件(SIMEDWin)模擬煤層氣井排采中,溝通無越流補給含水層對儲層壓力變化及煤層氣水產出規律的影響。結果表明:與無含水層影響的煤層氣井對比,溝通無越流補給含水層的煤層氣井遠井地帶壓降幅度顯著,高產氣時間久,累積產氣量多,排水量大,但見氣時間較晚;含水層滲透率越大,氣井日產氣峰值越高;氣井日排水量越大,產氣速度也會越快,但產氣速度在排水量達到一定值時不再增大。綜合考慮,溝通無越流補給高滲透率含水層,增大日排水量到一定值更有利于柿莊南區塊煤層氣的增產。
        • 作者(Author): 劉曉, 李勇, 宣德全, 胡世雄, 荊天祥, 徐森

          摘要:水力沖孔是煤層瓦斯增透抽采的主要技術措施,其主要以出煤量考察卸壓效果,但是也存在出煤量大、卸壓不均一、應力易集中等問題。因此,提出軟煤夾層水射流層狀卸壓增透抽采瓦斯技術,考慮瓦斯壓力壓縮和煤基質吸附瓦斯膨脹對本體變形的影響,建立應力場、裂隙場、滲流場耦合條件下的多物理場理論模型,并結合COMSOL數值模擬軟件對軟煤夾層水射流分支數、卸壓影響范圍內煤體的瓦斯壓力和瓦斯含量變化規律進行了研究。研究表明:當水射流分支長半軸為2 m,短半軸為0.22 m時,水射流分支數為6個時較為合理;在相同出煤率情況下,相同時間內瓦斯壓力和含量均隨著與鉆孔距離的增加而減小,抽采180 d,水射流層狀卸壓有效抽采半徑約為常規水力沖孔有效抽采半徑的2.14倍,且在有效影響范圍2 m時,水射流層狀卸壓瓦斯含量降低量為7 m3/t,而常規水力沖孔瓦斯含量降低量為4.1 m3/t,水射流層狀卸壓瓦斯降低量為常規水力沖孔的1.71倍;在新義煤礦現場試驗中發現,當水射流層狀卸壓出煤率為常規沖孔出煤率的0.29~0.71倍,抽采較高濃度瓦斯時長仍是常規水力沖孔的2倍。軟煤夾層水射流層狀卸壓增透抽采瓦斯技術的提出,對未來煤礦井下軟煤夾層水力沖孔技術的發展有著重要的意義,為井下瓦斯的治理提供了新的方法和方向。
        • 作者(Author): 高玉巧, 李鑫, 何希鵬, 陳貞龍, 陳剛

          摘要:延川南區塊屬于深部高階煤煤層氣藏,受地質條件影響,區塊單井產能差異大。結合煤層氣開發動態資料,分析區塊煤層氣井富集高產主控地質因素。研究表明,氣井產能受“構造、水動力、煤體結構”三因素控制,構造控制煤層氣富集成藏,礦化度表征水動力強弱并影響煤層氣保存,煤體結構制約儲層改造。高產井主要位于埋深800~1 200 m的局部微幅隆起帶翼部以及構造平緩區,地層水礦化度(3~10)×104 mg/L,原生–碎裂煤厚度大于2.5 m,日產氣量大于1 000 m3;中產井位于埋深大于1 200 m的萬寶山西部構造平緩區,礦化度大于10×104 mg/L,日產氣量500~1 000 m3;而低產井主要靠近中部Ⅲ級斷層以及局部Ⅳ級斷層發育的斷裂–凹陷帶,礦化度低于0.3×104 mg/L,原生–碎裂煤厚度小于2.5 m,日產氣量低于500 m3。區塊產能的平面變化證實,構造是深部煤層氣高產的主要控制因素。深部煤層氣藏構造活動不發育的條件下儲層滲透率極低,可改造性差,難以獲得高產,構造活動的增強達到了改善儲層目的,背斜軸部附近產生裂隙增加儲層滲透性,易于煤層氣富集和儲層改造,局部小斷層形成微裂縫,有利于煤層氣解吸滲流,但是,構造活動較劇烈的斷層以及凹陷帶附近形成煤層氣逸散通道,不利于煤層氣的富集高產。
        • 作者(Author): 郭濤

          摘要:針對南方煤層層數多、單層薄,構造復雜,糜棱煤發育,選區評價難度大等問題,利用織金區塊勘探成果及分析化驗數據,開展了多煤層煤層氣成藏條件研究。結果表明,南方多煤層煤層氣具有“沉積控儲,保存控氣,地應力、煤體結構控產”四元富集高產規律。沉積控制煤層厚度、層數、煤巖煤質等,決定了煤層氣資源基礎,潮坪沼澤控制下的煤層分布穩定,連續性好,灰分小于20%,鏡質組體積分數大于80%。構造、水文地質聯合控制煤層含氣性,呈現出向斜核部富氣特征,珠藏次向斜翼部往核部方向,隨著埋深增大,氯根質量濃度及儲層壓力逐漸增大,含氣量由8 m3/t逐漸增大到28 m3/t。構造作用影響煤體結構、地應力大小及現今地應力狀態,進而影響壓裂改造效果、滲流條件,直接影響煤層氣井產能,研究區NE向與NW向構造分屬不同形變區,北西向構造珠藏、阿弓、三塘次向斜較北西向構造比德、水公河次向斜形成時間晚,構造作用相對弱,現今地應力小于20 MPa,煤體結構主要為原生結構煤或碎裂煤,且水平應力大于垂向應力,壓裂縫以水平縫為主,利于裂縫在煤儲層中延伸,煤層氣開發條件更有利。通過富集高產規律研究,認為南方多煤層資源基礎較好,構造及其對地應力、煤體結構的影響是多煤層選區評價的關鍵因素,巖腳向斜珠藏–阿弓–三塘次向斜為煤層氣開發有利區。區域上,遠離威寧—紫云斷裂的NE向含煤向斜是南方多煤層煤層氣勘探的重點方向。
        • 作者(Author): 常曉亮, 呂閏生, 王鵬, 李冰, 高琳

          摘要:水力壓裂是目前煤儲層改造增透的主要技術措施之一,支撐劑在壓裂裂縫中的鋪置范圍和輸送距離是衡量水力壓裂效果的重要指標。針對潞安礦區煤儲層特點,采用物理實驗和數值模擬方法,對比分析試驗煤層氣井壓裂支撐劑導流能力、鋪砂范圍、粒徑組合等因素對裂縫導流能力的影響,篩選出最優的支撐劑粒徑和粒級配比。結果表明,隨著閉合壓力增大,不同粒徑覆膜輕質陶粒支撐劑對裂縫導流能力降低;相同粒徑覆膜輕質陶粒在裂縫中形成的砂堤和鋪砂區長度是傳統石英砂的2倍左右;40~60目(0.25~0.38 mm)、16~40目(0.38~1.00 mm)、12~20目(0.83~1.40 mm)3種粒級覆膜輕質陶粒中,12~20目壓裂裂縫長度、支撐縫長和平均支撐劑濃度最小,而導流能力最高;當3種粒級40~60目、16~40目、12~20目配比為1∶6∶2時,覆膜輕質陶粒壓裂效果最好,平均裂縫縫長320 m,裂縫寬度0.672 cm,支撐劑密度5.16 kg/m2,裂縫導流能力為1.263。潞安礦區煤層氣井采用覆膜輕質陶粒支撐劑壓裂時,通過優化支撐劑粒度配比,顯著提高裂縫導流能力,以提高煤儲層滲透性和煤層氣開采效果。

        主辦單位:煤炭科學研究總院有限公司 中國煤炭學會學術期刊工作委員會

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