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鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气高效开发理论技术体系

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煤炭学报 2024年第1期49卷 528-544页

作者：徐凤银聂志宏孙伟熊先钺徐博瑞张雷时小松刘莹刘世瑞赵增平王渊黄红星林海鲲中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 中国石油学会北京100724 中石油煤层气有限责任公司北京100028

针对深部煤储层埋藏深、渗透率低、应力环境复杂等开发难题,总结大宁—吉县区块近5 a勘探开发取得成果,明确了资源富集条件、有效改造体积、水平段长、良好储盖组合条件是气井高产关键因素。在“人造气藏”开发理论指导下,建立了地质-... 详细信息

针对深部煤储层埋藏深、渗透率低、应力环境复杂等开发难题,总结大宁—吉县区块近5 a勘探开发取得成果,明确了资源富集条件、有效改造体积、水平段长、良好储盖组合条件是气井高产关键因素。在“人造气藏”开发理论指导下,建立了地质-工程一体化背景下的深部煤层气高效开发技术体系:(1)基于储层资源条件、构造保存条件和工程改造条件三大类11项指标,建立深部煤层气地质工程开发甜点评价标准;(2)基于微幅构造刻画、多尺度裂缝预测、三维地质模型构建等技术,形成“地质+工程”全要素定量化、可视化表征的煤储层精细评价技术;(3)按照“地质小尺度、三维地震微尺度、轨迹走靶体、少调快钻”导向思路,形成以钻前轨迹精优设计、精准入靶及靶后微调为核心的三阶段地质工程一体化导向技术;(4)按照实现资源动用和采收率最大化为目标,形成“地应力场、天然裂缝场、人工裂缝场、井型与方位、井网井距”五位一体井网优化设计技术;(5)依据深部煤层气赋存特征、渗流机理和气井生产特征,形成以产量不稳定分析法为主,经验产量递减法、数值模拟法和经验类比等多方法结合的气井产能评价及EUR预测技术;(6)遵循“四位一体”精准选段和“井间交错+段内差异化”设计原则,形成以构建人造气藏为目标的大规模体积压裂技术;(7)根据气井气水变化特征,形成全生命周期不同生产阶段排采优化控制技术;(8)结合当前AI技术进展与深部煤层气开发规律、集输等特征,探索了地质、工程、地面等多专业一体化协同环境下集输和数智化技术。在这一成果指导下,已投产29口水平井生产初期日产量5×10^(4)~16×10^(4) m^(3),平均10.2×10^(4) m^(3),区块日产气量突破300万m^(3),对加快鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气规模上产具有重要指导意义,也为同类资源高效开发建立了参考标准。

关键词：深部煤层气鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块高效开发理论技术体系

大宁-吉县区块深部煤层气井排采制度研究与实践

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煤炭学报 2024年

作者：陈明王大猛余莉珠孙俊义冯鑫张康古现锋王立伟尹泽松张欢中石油煤层气有限责任公司临汾分公司

与中浅层煤层气相比，深部煤层气在赋存方式、产气机理、举升工艺等方面存在较大不同。排采作为煤层气开发过程中的重要一环，直接影响投产后深部煤层气井的产气效果，探究与其相适应的精细化排采制度十分必要。基于大宁-吉县区块地质... 详细信息

与中浅层煤层气相比，深部煤层气在赋存方式、产气机理、举升工艺等方面存在较大不同。排采作为煤层气开发过程中的重要一环，直接影响投产后深部煤层气井的产气效果，探究与其相适应的精细化排采制度十分必要。基于大宁-吉县区块地质条件与储层物性分析，针对主力产层8#煤开展等温吸附试验，分析深部煤层气含气性和赋存方式；考虑气井生产规律和配套采气工艺，分析先导试验29口深部煤层气井生产动态数据，初步划分深部煤层气井生产阶段，明确了不同阶段主要任务和生产特征；结合“人造气藏”开发理论和气井全生命周期生产制度设计理念，整体将气井全生命周期划分为5个生产阶段，探索形成了1套标准模板；开展现场试验，按照设计的精细化排采制度进行生产，评价深部煤层气井排采制度适用性。研究结果表明：（1）8#煤层整体发育稳定，煤体结构为原生结构煤，等温吸附实验显示兰氏体积普遍大于20 m3/t，兰氏压力大于2.8 MPa，深部煤层气储层含气饱和度较中浅层增加29.6%，以饱和-过饱和赋存状态为主，游离气占比可达20%～30%；（2）利用煤岩兰氏曲线及曲率变化、弯曲情况，得到大宁-吉县区块8#煤启动压力、转折压力、敏感压力分别为8～10 MPa、5～7 MPa和2～3 MPa，进一步通过29口气井生产动态数据生产时间与水平段长归一化处理，初步认定深部煤层气井目前经历了4个生产阶段，第Ⅰ阶段为压后放喷返排，第Ⅱ阶段主要表现为投产初期快速上产，第Ⅲ阶段主要任务是摸索合理配产，第Ⅳ阶段为产气递减阶段，圈定气井各阶段压力、产气量、产液量、返排率等参数变化范围；（3）依托气井全生命周期生产的客观规律，以控压开采为核心，将深部煤层气井生产阶段划分为5个阶段，分别为返排阶段、上产阶段、稳产阶段、递减阶段和低产阶段，同时量化了各阶段的控制指标与技术界限，因尚未有气井进入低产阶段，低产阶段有待进一步验证；（4）4口试验井平均稳产时间已达360天，远超先导试验井平均水平，首年平均单井产气量增加71.35%，精细化排采制度初步显示出较好的适应性。

关键词：深部煤层气排采制度含气量生产动态储层保护

鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气排采工艺技术进展与启示

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煤田地质与勘探 2024年第2期52卷 23-32页

作者：曾雯婷徐凤银张雷孙薇薇王倩刘印华余莉珠季亮曾泉树张康中石油煤层气有限责任公司北京100028 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 中国石油学会北京100724 中国石油大学(北京) 北京102299

相比中浅部煤层气,深部煤层气煤体结构较好、地层压力高、游离气占比较高、矿化度高、CO_(2)含量高,实施大规模压裂投产后,初期可自喷,生产参数各阶段变化大,要求排采主体工艺技术边界宽;相比页岩气和致密气,由于产出机理不同、游离气... 详细信息

相比中浅部煤层气,深部煤层气煤体结构较好、地层压力高、游离气占比较高、矿化度高、CO_(2)含量高,实施大规模压裂投产后,初期可自喷,生产参数各阶段变化大,要求排采主体工艺技术边界宽;相比页岩气和致密气,由于产出机理不同、游离气占比相对较低,深部煤层气表现出自喷周期较短,需及时辅助排水采气措施,气井长期处于解吸主控的低产阶段。以鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块为例,基于深部煤储层地质特征,系统分析深部煤层气排采过程中应力敏感效应、速度敏感性、结垢堵塞、贾敏效应、游离气占比等影响因素及其特征,指出深部煤层气排采过程中存在游离气与解吸气转化时限不明、高矿化度水及CO_(2)造成腐蚀和结垢问题突出、水平井检泵周期短等排采技术与工艺难点。为了最大限度降低井底压力、促进煤层气解吸、提高单井EUR,提出了现阶段最为适合水平井生产且经济效益最佳的水力射流泵举升工艺;提出了深部煤层气迈向绿色智慧气田开发的排采技术与举升工艺研究方向,包括加强地质工程一体化研究,建立高效排采制度,探索和试验无杆泵一体化排采工艺等。

关键词：鄂尔多斯盆地深部煤层气排采制度举升工艺绿色智慧气田

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鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气开发先导试验效果与启示

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煤田地质与勘探 2024年第2期52卷 1-12页

作者：聂志宏徐凤银时小松熊先钺宋伟张雷刘莹孙伟冯延青刘世瑞闫霞孙潇逸吴满生中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 中国石油学会北京100724 中石油煤层气有限责任公司北京100028 中国石油天然气股份有限公司青海油田分公司甘肃敦煌736202

鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块深部煤层气勘探开发取得突破对煤层气产业带来重大影响,引起业内广泛关注和跟进。前期一些学者对深部煤层气勘探开发理论技术难点与对策开展了研究,但缺乏对典型气田开发先导试验系统总结。通过深入剖析... 详细信息

鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块深部煤层气勘探开发取得突破对煤层气产业带来重大影响,引起业内广泛关注和跟进。前期一些学者对深部煤层气勘探开发理论技术难点与对策开展了研究,但缺乏对典型气田开发先导试验系统总结。通过深入剖析深部煤层气地质特征与效益开发难点,总结大宁-吉县区块开发先导试验项目取得的进展和成效,明确开发规律并提出效益开发对策。结果表明:(1)深部煤层具有广覆式发育、含气性好、游离气含量高、保存条件好、煤体结构好、脆性指数高、顶底板封盖性强等地质特征,但微构造发育、渗透性极差、矿化度高等因素制约了深部煤层气效益开发;(2)不同地质条件下气井生产特征差异较大,通过先导试验落实气井产能和适应性开发技术对策,采用滚动开发模式可有效降低煤层强非均质性带来的开发风险;(3)开展地质-工程一体化井网优化设计,构建井网与缝网高度弥合的人造气藏,可实现资源动用和采收率最大化;(4)“长水平段+多段多簇+大砂量”的大规模、大排量极限体积压裂技术可增大有效改造体积和井控储量,大幅提高单井产量;(5)深部煤层气井具有“见气时间短、上产速度快、初期产量高、递减快”的生产特征,可实现短期快速规模上产,但气田长期稳产需持续新井投入;(6)前期开发成本偏高,实现效益开发需不断提高工程作业效率、降低开发成本。综合认为,深部煤层气资源品质好,可动用性强,具备快速推广复制条件,大宁-吉县区块深部煤层气开发实践可为国内其他区块深部煤层气规模动用提供技术借鉴,对加快深部煤层气规模勘探开发具有重要意义。

关键词：鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块深部煤层气先导试验开发规律极限体积压裂技术

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低渗透煤层微观孔隙结构与煤层气解吸规律

特种油气藏 2024年第2期31卷 129-135页

作者：胡雄邬长武杨秀春成前辉朱文涛马良朱学光徐博瑞中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 中国石油煤层气有限责任公司北京100028

为研究低渗透煤层微观孔隙结构与气体解吸规律的关系,运用直接观测法、核磁共振法、液氮吸附法等实验手段,对鄂尔多斯盆地伊陕斜坡8号煤层煤样的含气量、孔隙度、渗透率、孔径分布等进行测定。结果显示:煤层气解吸特征与煤的孔径分布、... 详细信息

为研究低渗透煤层微观孔隙结构与气体解吸规律的关系,运用直接观测法、核磁共振法、液氮吸附法等实验手段,对鄂尔多斯盆地伊陕斜坡8号煤层煤样的含气量、孔隙度、渗透率、孔径分布等进行测定。结果显示:煤层气解吸特征与煤的孔径分布、孔的形态、孔的连通性以及比表面积、煤岩成分等因素有关;研究区相隔小于10 m的2套煤层,其孔隙特征、气体解吸规律差异均较大。其中,亮煤的微孔形态以一端开口的圆筒形孔和墨水瓶孔为主,微孔及吸附孔占比为39.2%,煤体微裂缝相对发育,但微孔与介孔的连通性较差,暗淡煤的微孔形态以一端开口的圆筒形孔为主,微孔及吸附孔占比为33.2%,微裂缝不发育,不同孔间连通性差。亮煤气体解吸初期产量大,后期衰减快,气体产出具有明显的阵发式特征;暗淡煤气体解吸初期产量小,约为亮煤的1/2,后期产量递减相对平缓。低渗煤层的开发对策应充分考虑煤层的孔隙结构、孔型、渗透性,应力敏感性、裂缝充填物种类等因素,在精细表征孔隙结构的基础上,根据煤层气不同解吸期特征,结合地质、开发条件制订合理的开发方案。该研究对认识煤层气产气机理及其控制因素,提高煤层气开采效率具有重要的指导意义。

关键词：孔隙结构气体解吸孔径分布液氮吸附煤层气低渗透

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煤储层含气性深度效应与成藏过程耦合关系

煤田地质与勘探 2024年第2期52卷 52-59页

作者：陈世达侯伟汤达祯李翔许浩陶树李松唐淑玲中国地质大学(北京)能源学院北京100083 国家煤层气工程中心煤储层物性实验室北京100083 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 中石油煤层气有限责任公司北京100028

埋深是影响煤层气富集程度的综合要素,理解含气性深度效应是认识深浅部煤层气赋存状态与聚集机制的重要基础。基于煤层气勘探现状,在剖析鄂尔多斯盆地东缘煤层气探井资料的基础上,综合常规-非常规油气成藏地质学理论,探讨了煤层含气量... 详细信息

埋深是影响煤层气富集程度的综合要素,理解含气性深度效应是认识深浅部煤层气赋存状态与聚集机制的重要基础。基于煤层气勘探现状,在剖析鄂尔多斯盆地东缘煤层气探井资料的基础上,综合常规-非常规油气成藏地质学理论,探讨了煤层含气量、饱和吸附量、含气饱和度深度效应及其与成藏过程的耦合关系。煤层气成藏是构造沉降阶段生烃供气和回返抬升阶段相态转化、逸散的耦合结果,体现为自封闭成藏和浮力成藏的深度耦合,含气性变化存在饱和吸附量转折和游离气滞留两个关键深度界限,且二者不具备绝对同步性:(1)饱和吸附气量是煤在特定温压条件下的固有属性,不受保存条件的严格限制,其随深度的演化过程是控制相态转换的基础,压力梯度和变质程度补偿效应会引起现今区域饱和吸附量转折深度(带)的明显滞后。(2)游离气的运聚成藏与改造定型受控于地层回返抬升阶段的遮盖条件,涉及埋深-构造-水动力场三元耦合效应及浮力、储盖层毛管力的综合影响,抬升幅度小且改造强度弱时方可具备游离气滞留保存条件,滞留深度以浅地层封闭性降低,游离气普遍散失。鄂尔多斯盆地东缘柳林-延川南一带煤层总含气量随埋深增大近乎线性增高,深部收敛趋势不明显,不同变质程度煤理论饱和吸附量转折深度为1600~2200 m,但煤阶的区域分异致使原位饱和吸附量随埋深持续增大;大宁-吉县区块游离气滞留临界深度约2000 m,2500 m处含气饱和度平均约120%,3000 m处含气饱和度预计可达136%。不同地区煤层气成藏背景和地质条件存在差异,含气性深度效应需具体分析,分析重点应聚焦于甲烷相态转换、地层封闭条件的时空演化对现今气、水分布的综合影响,以实现深部煤层气的分区分带评价和高效开发设计。

关键词：深部煤层气含气性转换深度补偿效应

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深部煤层气水平井各段产出贡献及其主控因素——以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块为例

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天然气工业 2024年

作者：闫霞熊先钺李曙光黄力王峰孙雪冬郭乐乐冯延青中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司中石油煤层气有限责任公司

在“双碳”目标背景下，实现深部煤层气高效开发、甲烷管控或近零排放具有极其重要的战略意义。但深部煤层气水平井各段产出贡献不清、主控因素不明，制约了煤层气单井产能提升和降本增效。为此，以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块地区... 详细信息

在“双碳”目标背景下，实现深部煤层气高效开发、甲烷管控或近零排放具有极其重要的战略意义。但深部煤层气水平井各段产出贡献不清、主控因素不明，制约了煤层气单井产能提升和降本增效。为此，以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块地区为例，通过示踪剂监测技术，获得了深部煤层气水平井各段差异认识，提出了基于深部煤层气“地质—工程”甜点系数的模型构建方法、“黑金”靶体和“地质—工程”甜点分类评价标准，构建了沿水平井“地质—工程”甜点模型，提取了11项地质因素和10项工程因素开展“定性+定量”评价，明确了深部煤层气水平井各段产出贡献的主控因素。研究结果表明：(1)深部煤层气水平井各井段的产出差异大，各井段产气量贡献率介于2.2%～25.3%，同一口井各井段产气量差异最高达11.5倍。(2)明确了影响水平井各井段产出主控因素是钻遇Ⅰ、Ⅱ类“地质—工程”甜点情况和压裂改造规模；钻遇Ⅰ类和Ⅱ类甜点长度占水平井长度的63.7%，其中采用相对更高规模压裂设计的Ⅰ、Ⅱ类甜点段仅占37.5%，却贡献了单井59.2%的累计产气量。(3)影响高产段的离散型因素，裂缝形态以均匀缝为主；构造曲率以正曲率和零曲率为主；媒岩类型以光亮煤和半亮煤为主。(4)利用斯皮尔曼相关系数法、层次分析法和梯度提升树法定量确定的主控因素，与基于甜点模型得到的认识一致。结论认为，研究认识为深部煤层气水平井甜点评价、“黑金”靶体钻遇率提高、压裂段簇差异化设计、施工方案优化等方面提供了新认识、新方法和新思路。

关键词：鄂尔多斯盆地深部煤层气水平井示踪剂监测产出剖面主控因素甜点机器学习

耦合大功率微波加热的煤炭地下气化CRIP工艺研究

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煤炭科学技术 2024年第5期52卷 324-334页

作者：葛腾泽王创业刘猛刘丹璐高尔斯吴松袁淑霞樊玉光中石油煤层气有限责任公司北京100028 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司北京100095 西安石油大学机械工程学院陕西西安710065

煤炭地下气化注入点可控后退(Controlled Retraction Injection Point,CRIP)工艺能够实现中深层煤炭资源的清洁高效原位开采,将我国富裕的煤炭资源转化为战略或缺的燃气资源。为取代CRIP工艺中氧气和点火液的注入、提高煤层气化反应活性... 详细信息

煤炭地下气化注入点可控后退(Controlled Retraction Injection Point,CRIP)工艺能够实现中深层煤炭资源的清洁高效原位开采,将我国富裕的煤炭资源转化为战略或缺的燃气资源。为取代CRIP工艺中氧气和点火液的注入、提高煤层气化反应活性,基于煤炭地下气化生产工艺和微波加热技术特点,创新提出了耦合大功率微波加热的煤炭地下气化CRIP工艺设计,将气化剂和微波发生器产生的微波经由连续油管注入到地下煤层并在目标气化区释放。通过理论分析和实验研究,从微波的产生、传输、释放、与煤层作用、以及产业发展模式等方面分析了该工艺设计在工程实践中面临的难题和解决方案。研究结果表明,耦合大功率微波加热的煤炭地下气化CRIP工艺在技术上是可行的;在煤炭地下气化过程中加热煤层所需的热量较大,大功率磁控管可以满足工业生产规模需求;微波能够通过双层连续油管镀铜的内管外壁和外管内壁间的环形空间远距离传输到地下煤层;微波频率越高,微波功率衰减越快,2450 MHz和915 MHz频率微波在双层连续油管中传输500 m时,其功率分别衰减至15.6%和32.1%,中深层煤炭地下气化应选用较低频率来远距离、低损耗输送微波;在双层连续油管前端的外管壁面上按一定规则割开缝隙,形成微波释能器,将微波从管线中泄漏出来辐射煤层;原煤在干燥、热解和燃烧阶段都能够较好地吸收微波能而被加热,在有氧条件下煤样温度升高到587℃时焦炭被点燃,最高温度可达1080℃;风光电−储能−煤炭地下微波气化融合产业模式能够充分利用绿色能源,实现中深层煤炭清洁高效原位开采。研究能够为微波辅助煤炭地下气化提供理论基础和技术支持。

关键词：煤炭地下气化注入点可控后退微波加热注入井系统

煤层结构数字井筒反演及有机质丰度评价方法实践

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特种油气藏 2024年

作者：黄红星杨秀春陈国辉朱文涛师斌斌何睿赵浩阳中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司中国石油煤层气有限责任公司北京润泽创新科技有限公司

煤层气是典型的自生自储型气藏类型之一，甲烷气体主要由煤层中有机碳热演化生成并大量吸附于孔隙表面，有机成分含量对于煤层生气及储气能力十分重要。但煤层气储层结构复杂，有机煤岩组分结构和无机夹矸层交互叠置发育，层内非均质性... 详细信息

煤层气是典型的自生自储型气藏类型之一，甲烷气体主要由煤层中有机碳热演化生成并大量吸附于孔隙表面，有机成分含量对于煤层生气及储气能力十分重要。但煤层气储层结构复杂，有机煤岩组分结构和无机夹矸层交互叠置发育，层内非均质性强，单井纵向煤层结构可视化难度大，制约了煤层气单井有机质丰度评价及高效开发。全直径CT扫描是近年来针对大尺度岩心的一种重要实验技术，应用该技术扫描得到的煤岩灰度值与其构成关系密切，灰度值越高则煤岩灰分、密度以及矿物含量越高，反之则越低。以大宁—吉县区块目的煤层为研究对象，通过全直径CT扫描技术与测井解释技术相结合，探究了岩石灰度与伽马、密度以及声波时差等测井数据的关系，建立了煤层结构数字井筒反演数学模型，并结合灰度与有机组分的关系，提出了全直径CT扫描单井有机质丰度评价方法。将研究区A1井反演获得纵截面与全直径CT扫描真实灰度截面对比，二者相似度高，反演灰度值与CT真实灰度值散点图分布规律一致，表明反演模型能够有效反映煤层内部非均质性结构变化。数字井筒反演及有机质丰度评价方法可为研究区煤层气井压裂选段及产能预测提供有力的技术支撑。

关键词：煤层气全直径CT扫描测井解释数字井筒单井有机质丰度