煤层气排采井防煤粉技术研究

煤层气井排采过程中,地层产出煤粉随流体流动进入管柱,若不能及时随泵筒和油管被携带至地面,而在泵筒中沉淀造成泵漏失和卡泵等井下故障会严重制约煤层气开采效率.从煤层中产出煤粉的原因出发,通过研究管柱中煤粉运移规律,找出煤粉沉淀与粒径和排液速度的关系,并结合保德区块煤粉物理特性,针对煤粉沉淀原因在现场进行小缝宽筛管和加厚内衬油管等技术对策试验,效果显著;同时根据煤粉影响的前期表象,制定预防卡泵的地面管理措施,形成一套适合保德区块的防粉技术,对于其他煤层气开发区块也具有借鉴意义.     

三交区块煤层气井煤粉产出动态规律及管控措施

为查明煤粉产出对煤层气井开发的影响,揭示煤粉产出的动态规律,制定合理的煤粉管控措施;以鄂尔多斯盆地东缘三交区块8口煤层气井和典型井SJ23-1的现场煤粉体积分数监测和排采数据为依据,分析了煤粉对煤层气井排采的影响,划分了煤层气井排采煤粉的4个阶段,根据三交区块产出煤粉的动态特征和地质条件制定了合理的煤粉管控措施;实践表明:煤粉的产出是多种因素综合的结果,排采初期和产气量快速上升期是煤层气井发生卡泵的高发期,制定的管控措施能有效地减少卡泵事故的发生,减少煤粉对储层的伤害,更好地保护煤储层,延长煤层气井的生产周期,提高煤层气井的产气能力.     

煤层气有杆泵井排采煤粉产出规律表征与分析

为探索煤层气有杆泵井排采煤粉产出的实际沉降速度和临界排液量,建立了有杆泵井井筒煤粉运移动态实验平台,模拟了不同煤粉粒度、不同排液速度井筒煤粉动态运移规律。结合球形颗粒沉降末速理论公式,建立了有杆泵井排采不同煤粉粒度实际沉降速度和临界排液量计算模型。研究表明,实际有杆泵排采实际沉降速度和临界排液量与井液密度、井筒内流体流态、煤粉粒径、煤粉密度及井筒流体流速有关,且随着煤粉粒度的减小实际沉降速度和临界排液量降低,并计算出不同煤粉粒度的排采临界排液量。有杆泵井排采时实际沉降速度和临界排液量可为现场防煤粉控制、排采设备优化等方案设计提供依据。     

临汾区块煤层气井排采过程中煤粉产出规律

为研究煤层气井排采过程中煤粉产出规律以及制定合理的煤粉管控措施,选取山西临汾煤层气区块为研究对象,基于煤层气井产出煤粉体积分数的现场连续监测,利用测井曲线解释构造煤的方法,对临汾区块煤层气井产出的煤粉体积分数进行了分析,揭示了煤粉体积分数在空间和时间两方面上的产出规律,预测了产出煤粉体积分数的高值区和高发期,提出了合理的煤粉管控措施.研究结果表明:产出煤粉体积分数在空间上由东向西逐渐增加,由北向南呈高-低-高的变化趋势,主要受构造煤发育程度影响,构造煤发育区是产出煤粉体积分数的高值区;在时间上,排水降压阶段产出煤粉体积分数小,平均值为4.2%,憋压排采阶段和产气上升阶段产出煤粉体积分数增大,平均值分别为5.3%和5.5%.憋压排采和产气上升阶段是产出煤粉体积分数的高值期.     

煤层气井有杆泵内煤粉沉积的影响因素分析

依据固液两相流理论,建立了煤层气井煤粉在有杆抽油泵内的数学模型,对煤粉在泵内的运动规律进行了分析,通过求解煤层气井有杆泵内固液两相流模型及仿真分析,得到了煤粉颗粒直径、井液的入泵速度及井液中煤粉颗粒浓度等参数对有杆泵内煤粉沉积的影响,利用固体颗粒在泵筒和柱塞间隙的磨损特性,分析了煤粉对有杆泵使用寿命的影响并给出了延长检泵周期,提高泵的使用寿命的措施。结果表明：有杆泵内下端煤粉浓度较大,分布非常不均匀;有杆泵内煤粉颗粒速度分布不均匀,湍流现象比较严重,煤粉颗粒主要沉积在固定阀入口两侧。煤粉粒径越小、井液入泵速度越大和井液中颗粒浓度越小可减少煤粉在有杆泵内的沉积。在排采的过程中通过连续、稳定、缓慢的降压,减少储层出煤粉;合理调节排采系统的冲程、冲次,通过改变泵的排量提高泵入口的流速,可减小煤粉在有杆泵内的沉积,使进入泵中的煤粉尽量排出泵外进入抽油杆和油管环空,以减少煤粉对有杆泵的影响。     

煤层气水平井降压漏斗扩展规律研究

为了揭示煤层气水平井排采降压漏斗扩展规律,采用理论分析和数值模拟方法,分析了煤层气水平井排水形成区域降压及井间干扰的过程,排采三年后产生井间干扰作用,排采五年后平均采收率达到60%.提出了三段式管理井底压力的排采方法,实现水平井降压、提产、稳产,减少卡泵事故和修井作业.研究结果表明:水平井压降幅度与采收率呈正比;三段式管理井底压力的排采方法有利于区域压降扩展,充分释放煤层气井产能.     

煤层气井近井压裂裂缝充填特征与堵塞机制

近井部位压裂裂缝内微粒运移与堵塞是煤层气井减产的重要因素之一。客观查明近井压裂裂缝内充填特征规律与堵塞机制对气井解堵理论深化、解堵工艺改进非常关键。基于煤矿掘进工作面开挖观测现象,对沁水盆地南部煤层气直井近井压裂裂缝内充填特征与裂缝堵塞机制进行系统分析。结果表明:煤层气井近井压裂裂缝内充填物由煤粉、支撑剂及完井滤饼组成;完井滤饼对压裂裂缝启裂、延展及支撑剂分布具有关键控制作用,近井裂缝壁面完井滤饼能够减缓压裂液的滤失速率,但在滤饼尖灭位置压裂液滤失速率突然增大时极易脱砂形成脱砂楔体,楔体在流体冲击下压实致密,排采期气液两相流携带煤粉流经脱砂楔体时卡在砂粒间形成裂缝堵塞;基于颗粒堆积模型与黄金过滤原则,针对研究区粒度中值0.045 mm的煤粉,脱砂楔体处注入支撑剂粒径大于0.900 mm可降低裂缝内煤粉堵塞程度。     

煤层气排采产气通道适度携煤粉理论

考虑在煤储层中实际地层液混合流体中煤粉含量和煤粉颗粒群的悬浮分级,建立煤粉颗粒在产气通道内悬浮运移模型,给出煤粉悬浮排出的条件;打破以往以防煤粉为主的思想,基于液流携带建立煤层气排采产气通道内的适度携煤粉方法,基于液固两相流理论建立液流携带煤粉运移模型,并分析地层液参数和煤粉颗粒参数对适度携煤粉的影响。结果表明:煤粉颗粒粒径越小,地层液流速越大、黏度越大,煤粉在产气通道截面上分布越均匀,其悬浮排出能力越强,煤粉较易被地层液携带排出;煤层气井排采各个阶段(单相水流阶段、气水两相流阶段和单相气体流动阶段)地层液中气液固三相混合的比例不同导致地层液的黏度不同,造成排采过程中地层液携带煤粉的能力随着产气量的变化而变化。合理控制地层液的参数有利于煤粉适度排出,疏通产气通道增加其渗流能力,提高煤层气井产气量。     

内置式新型防砂管的研制与应用

预防油井出砂是保证油井正常生产的一项重要措施,出砂严重时会堵塞油流通道,损害抽油设备.早期的筛管防砂设备是从外部阻挡砂子进入管内从而起到防砂的作用,但是,由于内外产生的压力差容易使管壁变形,滤砂孔变小,最终造成油井抽空停产,具有一定的局限性.设计的内置式新型防砂管是在内衬油管上开一些缝隙,使油流通过,同时阻止一定直径的砂粒进入泵筒,这样既可以预防砂粒磨损泵和卡泵又可以起到防砂作用.内置武新型防砂管以其工艺简单,防砂效果显著,有效时间长,在出砂严重的油层具有较好的应用潜力.     

环氧树脂乳液泡沫制备及固砂性能研究

为了克服化学防砂中存在的缺陷,改善其应用效果,开展了环氧树脂乳液泡沫固砂性能的研究.以环氧树脂、自制乳化剂为原料,采用相反转法,合成了具有较低黏度的环氧树脂水乳液.将合成的乳液稀释与起泡剂、稳泡剂混合搅拌可得到稳定性良好的泡沫.实验表明,在室温下质量分数50%乳液中,当起泡剂与稳定剂用量分别为乳液质量的0.4%、3.0%时,起泡体积倍数大于4,半衰期可达到29 h以上.通过室内模拟固砂实验发现,采用环氧树脂乳化泡沫固砂,所固结岩心强度高,渗透性好,抗压强度可达5 MPa,可以为非均质油藏或水平井的防砂提供一种有效的手段.     

沁水盆地南部煤层气藏特征

以油气、煤田和煤层气勘探阶段积累的资料为基础,系统探讨了沁南煤层气藏的特征。通过对气藏静态特征（包括煤层空间几何形态、煤层气成分和含量、储层物性、吸附特征、储层压力及封闭条件）和动态过程（包括煤层气形成、运移和聚集）的分析,指出晚古生代的煤层在经历了印支期和燕山期两次煤化作用生成的煤层气,在喜马拉雅期遭受了严重的调整与改造后逐渐形成现今的沁南煤层气藏。直接控制该煤层气藏中煤层气富集程度的因素为顶底板与边界断层。目前的高产煤层气井基本上都位于地下水滞流区。     

寺河井田下组煤煤层气开发有利区优选及穿煤柱水平井井位部署

寺河井田在煤炭开采前需要通过地面预抽方式降低瓦斯含量以解决煤炭开采过程中的瓦斯突出等问题。煤矿区地面煤层气开发工程要做到与煤炭的协调开发,煤层气抽采区块的优选及井位的合理部署至关重要。本文利用FLAC3D软件模拟,建立煤层底板采动效应地质模型,开展针对性的研究上组煤采动后下伏岩层应力变化;结合煤矿采掘部署,选取下组煤煤层气开发的主控因素为指标,建立采动区下组煤煤层气开发潜力评价指标体系,采用层次分析法和模糊综合评价相结合的方法,评价煤层气开发的有利区块;以煤层气与煤炭协调开发为前提,确定穿煤柱水平井煤层气开发井位部署的原则,研究水平井设计的关键要素及内容,优化设计15口井位。研究表明：9号煤层和15号煤层都处在3号煤层开采卸压范围内;东五盘区是寺河井田部署下组煤煤层气水平井的优选区,开展的1口煤层气井最高日产气量达到了9 522 m3。     

煤层气水平井随钻地层判识技术研究

煤层气水平井是提高煤层气单井产量的有效技术措施，为确保煤层气水平井的有效钻遇率，需要进行随钻地层判识，进而对钻井施工过程实施地质导向。现有的煤层气水平井随钻地层判识技术大都以井下随钻数据进行分析，判识准确率有待提高。针对目前中国煤层气水平井钻井过程中普遍采用的仪器组合方式，在满足煤层气低成本开发的客观要求的前提下，选取了自然伽马、声波时差、补偿密度、补偿中子4个参数进行分析，采用支持向量机算法对上述测井参数进行归一化处理，根据随钻地层判识要求选择了符合条件的核函数，对相关参数进行了优化，通过对输出结果的分类实现了煤层气水平井随钻地层判识，判识准确度满足现场应用的要求。     

一种新型绕煤层固井井下装置的研制

针对煤层气井常规套管完井时水泥浆污染煤层的问题,提出一套绕煤层固井技术方案,设计研制一种新型结构的绕煤层固井井下装置;测试整套装置的耐压性,计算水泥浆通过该装置时的局部流体压耗。测试及计算结果表明:该装置可承受28 MPa的管内压力,额外增加的循环压耗约为2.2 MPa,可以满足施工需要;下入套管时,把多组装置连接在套管串上对应煤层的位置,即可实现水泥浆仅封固非煤层段,避免水泥浆和煤层的接触,从而避免水泥浆对煤层的污染,为煤层气井及油气井低压层段提供一种新的完井手段。     

Influence of overpressure on coalbed methane reservoir in south Qinshui basin

In theory, from the high temperature and pressure during the coal generating gas to the present low temperature and pressure of coalbed methane reservoir, the accumulation of coalbed methane was from oversaturated to undersaturated. The gas content of the coalbed methane reservoir in the south Qinshui basin was 12-35.7 m3/t. According to the isotherm and measured gas content of No. 3 coal, the adsorbed gas content in some wells was highly saturated and oversaturated, which was hard to theoretically understand. In addition, there were no thermogenic and biogenic gases at the late stage in the south Qinshui basin. This article proposed that the overpressure was the main reason for the present high saturation of the coalbed methane reservoir. In early Cretaceous, the coalbed methane reservoir was characterized by overpressure and high saturation caused by gas generation from coal measure source rocks. In late Cretaceous, the coalbed methane reservoir was rapidly uplifted, and with the temperature and pressure decreasing, the pressure condition of adsorbed gas changed from overpressure to normal-under pressure, which resulted in the high saturation and gas content in the present coalbed methane reservoir.     

三交地区煤层气井产量的拟合分析

以河东煤田三交区块煤层气井生产资料为基础,利用煤层气地质学和地下水动力学原理对煤层气井的生产曲线进行了拟合分析,并最终确定了两口煤层气井的水文地质参数。利用Ja-cob公式获得了既定水文地质条件下的产气量及产水量的理论曲线。对比分析结果表明,生产曲线和理论曲线拟合较好,用理论模型进行煤层气井的产能预报是可行的;理论产水量及产气量偏低的原因是由于煤层气开采过程中压裂的影响,开采初期压裂增强了煤层的渗流能力,使得实际值大于理论值。     

中煤阶煤层气井排采阶段划分及渗透率变化

煤层渗透率动态变化规律是煤层气开发所面临的重点问题之一。根据无因次产气率划分煤层气井排采阶段,结合等温吸附实验下煤层气的解吸过程确定排采阶段分界点位置。通过物质能量动态平衡理论建立中煤阶煤储层渗透率评价模型,从渗透率变化趋势、主导机制、产能动态等方面,阐释了中煤阶煤层气井不同排采阶段煤储层渗透率动态变化特征与控制机理。结果表明,排采过程中,煤储层绝对渗透率发生“先降低-后回返-再上升”的动态变化。排水阶段水相有效渗透率迅速下降,气相有效渗透率为0。储层压力降低至临界解吸压力后进入产气阶段,气相有效渗透率迅速增加,水相有效渗透率缓慢降低。产气量衰减阶段绝对渗透率开始下降,在滑脱效应影响下,气相有效渗透率仍然保持缓慢上升,水相有效渗透率降低。     

河北省煤储层物性特征分析

根据煤田地质勘探实测资料,结合汞孔径测试、扫描电镜显微裂隙观测、煤层气试井分析成果及等温吸附曲线,分析河北省煤储层物性特征。结果显示：煤层饱和吸附量受煤级控制,煤级增加,吸附能力增大;随煤层埋深增加,煤层含气量和甲烷体积分数均呈增大趋势;中孔在褐煤中比较发育,而在其他煤级中例外;储层中宏观裂隙与宏观煤岩类型关系密切;显微裂隙发育程度镜煤好于亮煤,低煤级煤好于高煤级煤;峰峰、万全、大城矿区试井渗透率较高,开平煤田不同地区煤储层渗透性变化较大。该研究为河北省煤层气的合理开发提供了依据。     

淮南煤田煤体结构分布特征及其控制因素探讨

煤体结构是影响煤层气渗透性的重要因素，查明煤体结构分布规律对于煤层气开发意义重大。通过综合分析煤层观测、勘探和开采资料，将煤体结构分为块煤、碎块煤和粉沫煤3种类型。初步查明了淮南煤田的煤体结构分布特征，并对其控制因素进行了探讨。结果表明，该区煤体结构以碎块煤和粉沫煤为主，块煤分布较少，煤体结构分布主要受到褶皱和断层等煤田构造因素的直接控制。     

大倾角储层煤层气多层合采产量控制地质与工程因素

针对大倾角储层煤层气多层合采的特点，以库拜煤田煤层气井的实际排采动态资料为基础，通过分析排采动态典型指标与地质要素和工程要素之间的关系，剖析了库拜煤田大倾角储层多层合采煤层气井产能的控制因素，并用灰色关联分析定量评价了各影响因素的重要性。结果表明：（1）大倾角储层煤层气合层排采产量与单井动用资源丰度、储层压力梯度、煤体结构、临界解吸压力、初始排水速度、压裂效果、初始见气时间具有较好的相关性，但与渗透率、吸附时间相关性较差。储层压力梯度和储层压力是影响该研究区产能的主控因素；（2）新疆库拜煤田大倾角储层靶点压力特征、含气量、渗透率基本处于同一水平，同埋深不同煤层物性非均质性较小，层间干扰作用小，较适合合层排采。论文研究成果可作为大倾角储层煤层气合层排采提供指导。