国外煤层气开发利用经验对我国煤层气产业发展的启示

经济发展与环境保护的双重压力,迫使世界各国都在积极探索能源开发利用的新途径。吸取国外煤层气开发利用的先进经验,结合我国的煤层气资源特点与开发现状,提出了加快我国煤层气产业发展的建议。     

煤层气成因及产地研究

阐述了煤层气的概念,介绍了世界上煤层气的产地,探讨了煤层气的类型和成因。     

煤层气储层异常压力形成机制研究

通过对控制煤层气储层异常压力变化的因素分析,从众多因素中选取出4个具有支配地位的因素,分别是生烃作用、构造运动作用,圈闭作用、水动力作用4个方面。根据煤层气储层自身的特征和所处的地质背景,将煤层气储层异常高压区分为两类：水动力封闭型和自封闭型。同时对我国各地煤层气勘探开发取得的资料研究分析认为中国煤储层压力以低压储层为主,局部地区也不乏高压储层。     

煤层气藏储层裂缝建模研究

针对煤层气藏储层天然裂缝发育,采用DFN离散裂缝网络模型的裂缝性储层建模方法和思路。以沁端区块煤层气藏为例,首先,建立了煤层气藏三维构造模型,在构造模型的基础上,利用序贯高斯随机建模方法,建立了煤层气藏基质属性模型,为裂缝模型的建立与离散粗化奠定基础。然后,以测井解释的裂缝密度、长度、倾角、方位等统计数据为基础,在地震裂缝预测的属性体约束条件下,建立全区裂缝密度分布模型。最后,以裂缝密度分布模型为控制条件,利用离散裂缝网络技术(discrete fracture network,DFN),建立了沁端区块煤层气藏离散裂缝网络模型及其裂缝孔隙度、渗透率等属性模型。通过对模型的验证分析,认为该模型能客观真实地反应煤层气藏储层天然裂缝的几何特征和分布形态,为该区块煤层气藏数值模拟提供了地质基础和依据。     

The influence of tectonic evolution on the accumulation and enrichment of coalbed methane (CBM)

The current accumulation and enrichment of CBM reservoir is a result of the preservation and destruction of former CBM, after the superposing evolution of reversing-and-uplifting and the subsequent evolution within the coal-bearing basin. The critical moment of the CBM reservoir formation is the time when the burying depth of the overlying net thickness amounts to the least in geological history after the gas generation of coal beds. Except the coal-bearing basins of lower metamorphism, most basins suffered the evolution stage of reversion and uplift. The formation of the CBM reservoir is controlled by the beginning and lasting time, and the intensity of reversing and uplifting. The tectonic evolution after reversing and uplifting also affects the accumulation of CBM in coal-bearing basin. The CBM constantly dissipates in the area of chronically uplifting and de-nudating. The area developed overlying sedimentation is advantageous to the preservation of CBM, but also can lead to the reduction of CBM saturation.     

适用于煤层气井的潜在酸压裂液研究

据目前的统计资料表明,我国煤层气资源总量约为36.8×1012m3,可采储量为10.9×1012m3,开采潜力巨大。以沁水盆地3#煤层为例,对煤层割理特征、孔缝填充物赋存状态及类型、酸液对煤岩孔缝中的充填物溶蚀情况进行了研究。得出3#煤层主要发育两组割理系统,裂隙多为方解石充填,可通过有机酸酸化解除部分填充物对煤岩孔缝的堵塞。根据煤岩可酸化的性能特征研究出了适用于煤层气井的潜在酸压裂液。实验表明:压裂液p H在1 h后才趋于稳定,3 h时p H可降至最低(1);对煤粉的平均溶蚀率为3.48%,且具有较好的缓速性能;抗剪切性能好,2 h时表观黏度仍高于35 m Pa·s;破胶液对煤心的渗透率伤害率10%。现场应用5口井,施工曲线表明,该潜在酸压裂液能降施工压力,提高施工成功率;微地震监测结果表明,该潜在酸压裂液能够实现储层深度改造。     

沁南地区煤层气的解吸特征实验研究

通过对沁南地区煤的等温吸附解吸实验,获得30℃时不同压力点煤的含气量数据,并对实验数据进行数学拟合分析,同时考虑两者之间量纲,进而归纳出沁南地区煤层气的解吸量与压力的关系呈幂指数函数关系。     

试论煤层气地面开发的规模性

从水文地质的角度，介绍了煤层气井的生产机理及井间干扰对煤层气井组排采的影响，论证了煤层气地面开发的规模性，根据叠加原理，初步确定了煤层气地面开发的最小合理规模井数。     

阜新刘家区地质因素对煤层气地面开采的影响

为了揭示煤层气地面开采的影响因素,通过分析刘家煤层气区块煤层气资源条件、煤层气地质条件、煤层气钻井工艺及排采工艺,研究了刘家区块开采取得成功的原因。阜新刘家煤层气藏埋藏适中、煤层多且厚;盖层和断层的封闭作用、岩浆岩的圈闭封阻作用以及变质作用使刘家区块形成了局部富集的小区块。刘家区块依据区内火成岩和断层布局建井,以及根据地质条件合理的进行煤层气钻井和排采工作,是刘家区地面开采取得成功的重要因素。刘家区块煤层气地面开采的成功为其他煤层气区块的地面开采提供了依据和参考。     

不同含氮量煤层气氮膨胀液化流程优化与性能分析

针对高含氮量的煤层气液化,构建了适用于小型液化装置的氮膨胀液化流程。为考察煤层气中氮含量对液化流程的影响,分别以一定的液化率和甲烷回收率作为限定条件,通过HYSYS模拟计算对不同氮含量（0~70%）下的液化流程进行优化,并以单位产品液化功耗为主要指标,比较各种条件下的系统性能。结果表明,煤层气液化流程的性能随含氮量的变化而改变,但并非单调变化。     

基于状态的维修决策建模研究

随着装备（设备）的大型化、复杂化,准确做出维修决策越来越困难。通过问题提出、模型假设,在研究条件剩余寿命的基础上．根据不同的维修需求建立了几种基于状态的维修决策模型,通过该模型优化求解,即可容易、准确地做出维修决策,从而节省了大量人工分析计算时间,也避免了过剩维修和维修不足等问题。     

煤层气排采工艺技术研究和展望

煤层气勘探开发的主要工艺技术流程是钻井、压裂和排采,排采是煤层气开发的重要环节。作为开发链条上的重要环节,很长时期并未受到足够的重视。根据煤层气的排采机理,重点阐述了国内外煤层气排采工艺技术,提出煤层气井压裂裂缝三维延伸模型和产量动态预测模型,分析了煤层气排采不合理所造成的问题,可以通过控制生产压差和排采速度,调整排采组合方式,采用定压排采和定产排采相结合的方法来解决或缓解。实现煤层气排采定量化和自动化,对合理开发煤层气、提高煤层气藏开采规模、降低成本和优化中国能源结构具有重要意义,是十分必要和紧迫的。     

煤层气三孔双渗试井分析方法技术研究

我国煤储层普遍具有低含气饱和度、低渗透率、低储层压力和低资源丰度等"四低"特点,煤层气测试获取资料的解释理论与试采结果的符合率较低。针对以上问题开展了煤层气试井与常规试井的异同点进行分析与评价,找出煤层气试井难点。结合煤层气地质特征,开展煤层气试井方法的适应性研究,探索适合煤层气的试井工艺;开展了影响煤层气试井因素的综合分析、研究,提出试井参数优化方法及操作规程,确保取准合格的煤层气试井资料。提出了适用于煤层气的三孔双渗试井解释模型和解释方法,提高了资料处理解释的准确率。     

煤层气资源的开发和利用

介绍了我国煤层气资源的开发利用现状,分析了煤层气对煤矿安全和环境保护的影响,对煤层气利用的巨大经济效益进行了详细的论述。     

煤层气发电现状浅析

在国际能源局势趋紧的情况下,作为一种优质高效、清洁的能源,煤层气的大规模开发利用前景诱人。目前,以高能源代价实现低水平发电,造成煤层气资源存在不同程度浪费的现象。对此现状进行了分析,并提出了有关建议。     

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。     

关于三维推转模型的研究

研究了绕非主轴转动的三轴形变核的一些基本性质。发现在一定条件下绕非主轴转动是很有利的。     

煤层气井有杆泵优化设计方法研究

目前煤层气井多采用有杆泵的方式生产,但目前还没有针对煤层气井的有杆泵优化设计方法。从流入动态、下泵深度、载荷计算、冲程冲次的选择等几个方面比较了煤层气井与常规油气井有杆泵优化设计的差别,并给出了煤层气井定产量优化设计方法。最后以河东煤田柳林区块两口井为例进行了优化设计,结果表明优化后的抽油机的生产情况明显好于优化前。     

我国煤层气勘探开发现存问题及发展趋势

针对我国煤层气开发的现存问题及发展趋势,从煤层气固溶体、煤储层多相介质、煤层气超临界吸附、低煤级煤含气量、煤储层多级压力降与多级渗流、水压与气压关系、动态渗透率等方面对我国煤层气基础研究薄弱环节进行了分析;从井间距、排采制度、钻完井增产改造、适应中国煤储层物性的开发工艺、平衡开发等方面对煤层气排采现存问题进行了评述。最后指出,我国煤层气勘探开发趋势是由中高煤级向低煤级储层、由浅部向深部、由单一煤层(组)向多煤层(组)、由地面开发向井地立体式开发、由陆地向海洋、由煤层气单采向煤层气与煤成气共采的方向发展。     

低浓度煤层气火焰传播特性的实验研究

在定容燃烧弹上对低浓度煤层气火焰传播特性进行试验研究.对不同成分的低浓度煤层气、不同初始温度和不同当量比的火焰传播速度和稳定性进行分析.研究结果表明,甲烷浓度增加,火焰传播速度增加.当量比过大和过小都导致火焰传播速度降低.温度增加,拉伸火焰传播速度增加,马克斯坦常数减小,火焰稳定性降低.