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新疆煤层气大规模高效勘探开发关键技术领域研究进展与突破方向 被引量：22
1
作者 桑树勋 李瑞明 +10 位作者 刘世奇 周效志 韦波 韩思杰 郑司建 皇凡生 刘统 王月江 杨曙光 秦大鹏 周梓欣 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期563-585,共23页
新疆煤层气资源量7.5万亿m^(3)(2000 m以浅),已施工煤层气井450口,年产气量达到0.8亿m^(3),新疆维吾尔自治区提出了2025年实现煤层气产量25亿m^(3)的目标,煤层气大规模高效开发成为紧迫的重大需求。从煤层气富集模式与选区技术、“甜点... 新疆煤层气资源量7.5万亿m^(3)(2000 m以浅),已施工煤层气井450口,年产气量达到0.8亿m^(3),新疆维吾尔自治区提出了2025年实现煤层气产量25亿m^(3)的目标,煤层气大规模高效开发成为紧迫的重大需求。从煤层气富集模式与选区技术、“甜点”预测探测技术、加速滚动开发与快速增储上产策略、地质适配性开发技术、煤层气与煤炭、油气协同开发技术5个关键技术领域,系统梳理了新疆煤层气勘探开发已取得的主要研究进展,分析提出了可能突破方向。研究表明:新疆煤储层具有多-厚煤层普遍、低阶煤发育、急倾斜煤层多见、煤体变形与构造控制显著、水文条件和露头条件复杂,和三“低”(含气量低、甲烷体积分数低、含气饱和度低)五“高”(高含气强度、高孔隙度、高地应力变化、高储层压力变化、高渗透率变化)的含气性及物性等煤层气地质独特性;煤层气成因与富集模式具有多样性,包括生物成因气、热成因气或生物-热复合成因及其相应富集模式,生物成因气藏或生物成因气贡献普遍;煤层气分布赋存规律呈现前陆盆地、山间盆地显著差异性;创新形成基于“两”分开(浅部与深部,低阶煤与中高阶煤)“两”结合(地质评价与工程评价,多元数据)的科学评价与基于“机器学习+三维地质建模”的精准选区技术是第1个突破方向。深部煤层气/煤系气“甜点”发育区域主要为盆内坳陷的凸起、盆内隆起的凹陷、盆缘斜坡,高产井位多为构造高点,发育层位为割理裂隙发育的原生结构煤层或孔裂隙发育的煤系砂砾岩储层;基于“地球物理+岩石物理+岩石力学地层新方法”和“地质甜点+工程甜点新理念”的深部煤层气/煤系气“甜点”预测探测技术是第2个突破方向。低风险、短周期、高效率、多批次工程部署是加速滚动开发的基本原则;中浅部煤层气快速增储上产技术策略是在优选新区块布井建井、对老区块煤层气井进行增产改造;深部煤层气快速增储上产技术策略是在大型盆地缓坡深部和盆内凸起“甜点”区优先部署开发;科学加速滚动开发与高效快速增储上产的工程部署方法与技术策略是第3个突破方向。在井网井型差异性优化部署、低储层伤害钻井固井、高可靠性录井测井试井、多井型高效分段压裂、低套压-控压排采管控等工程技术取得重要进展;发展构建新疆煤层气大规模高效勘探开发地质适配性技术体系是第4个突破方向。开展先采气后采煤、煤层气与煤共采、煤层气与原位富油煤共采,推动中浅部煤层气与煤炭协同勘探开发;开展煤系叠合型气藏开发、煤层气与煤系气共探共采、煤系全油气系统勘探开发,推动深部煤层气与油气协同勘探开发,已有关注和探索;煤层气与煤、油气共探共采是第5个突破方向。成果试图为新疆煤层气大规模高效勘探开发提供技术支持和工程决策参考。 展开更多
关键词 地质独特性 成因与成藏模式 工程部署方法 地质适配性技术 协同勘探开发 新疆煤层气
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新疆地区不同产水程度煤层气井排采动态与产能特征
2
作者 陈文圆 葛燕燕 +7 位作者 孔庆虎 杨曙光 李鑫 张娜 韦波 王刚 王兴刚 苏红梅 《地质与勘探》 北大核心 2025年第2期407-419,共13页
水文地质条件对煤层气的富集和产出具有重要影响。针对新疆地区不同产水程度煤层气井产能差异的问题,利用统计分析和数值模拟等手段,将煤层气井划分为低产水煤层气井、中产水煤层气井和高产水煤层气井三类。将累计排采500天、平均日产... 水文地质条件对煤层气的富集和产出具有重要影响。针对新疆地区不同产水程度煤层气井产能差异的问题,利用统计分析和数值模拟等手段,将煤层气井划分为低产水煤层气井、中产水煤层气井和高产水煤层气井三类。将累计排采500天、平均日产水量低于5m^(3)的煤层气井,划分为低产水煤层气井。该类井压力下降幅度适中(CS18井压力下降幅度51.56%),压降解吸范围受限,供气面积小。将平均日产水量介于5~10m^(3)的煤层气井划分为中产水煤层气井,该类井压力下降幅度适中(BCS-22井压力下降幅度53.67%),少见产水量过大需要长期排水无法解吸的情况。将平均日产水量高于10 m^(3)的煤层气井划分为高产水煤层气井,该类井压力下降幅度较小(T1-6井压力下降幅度30.42%),排水降压困难。进一步提出了低产水煤层气井“合理控水、适当憋压”、中产水煤层气井“连续排采、稳水稳压”和高产水煤层气井“低套压、高流压日降幅”的排采建议。该研究可为新疆不同产水程度煤层气井长期高效开发提供依据。 展开更多
关键词 煤层气 储层排采 产水量 井底流压 排采制度 新疆
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准南低质煤层气原位提质增量研究
3
作者 苏现波 丁锐 +8 位作者 赵伟仲 严德天 李瑞明 王一兵 王海超 黄胜海 周艺璇 王小明 伏海蛟 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期532-545,共14页
煤层气作为一种非常规天然气,其开发利用契合国家能源安全目标,更是对碳中和的一种助力。准南是我国重要的煤层气资源富集区之一,也是目前中国煤层气开发的热点地区,但高产井数量不多,稳产困难,迫切需要一种能够增加单井控制范围内煤层... 煤层气作为一种非常规天然气,其开发利用契合国家能源安全目标,更是对碳中和的一种助力。准南是我国重要的煤层气资源富集区之一,也是目前中国煤层气开发的热点地区,但高产井数量不多,稳产困难,迫切需要一种能够增加单井控制范围内煤层气资源量的技术;同时高CO_(2)和高H_(2)S体积分数已经成为该区煤层气的普遍现象,迫切需要一种原位处置这2种有害气体的技术,煤层气生物工程为此类煤层气的“提质增量”提供一种潜在可行技术。现场的跟踪监测以及实验室物理模拟试验表明,CO_(2)的体积分数与储层温度密切相关,产酸发酵细菌和产氢产乙酸菌能够在较为宽广的储层温度下保持活性而产生CO_(2);而相对较低的储层温度下氢营养型产甲烷菌代谢较弱、CO_(2)很难被还原,这是该区CO_(2)的主要成因。此外发现地下水中携带的有机质、SO_(4)^(2-)和原始菌群在运移过程中进行着代谢活动,随着排采的长期进行,当地下水补给速率、排采速率和产甲烷菌的代谢周期相匹配时,就会生成的H_(2)S,被称为后生生物H_(2)S。这2种酸性气体的存在,不仅影响安全生产,也大幅降低了煤层气的“质”。以准南低质煤层气为研究对象,提出了一种微生物介导的煤层气原位提质增量关键技术,并从必要性和可行性两方面阐述了该技术在煤层气增产、CO_(2)原位微生物转化、H_(2)S原位抑制方面的广阔前景。该技术的基本思路是将煤储层作为一个“车间”,微生物作为“劳动力”,将煤和原始储层中CO_(2)作为“生产资料”,制造的“产品”为甲烷,对于CO_(2)实现了生物甲烷化,对于H_(2)S实现了原位抑制,对于煤层气实现了提质增量。该技术涉及的关键挑战包括高效菌群的培养(培育温度范围宽广的氢营养型产甲烷菌)、H_(2)S原位抑制的生物压裂液研制以及提质增量的评价技术。物理模拟CO_(2)微生物甲烷化实验表明随着储层温度的增加,CO_(2)微生物累计甲烷化量逐渐增加,在55℃下达到最大值8.5 m^(3)/t,参与该过程的糖酵解、丙酮酸代谢和TCA循环的关键酶的丰度在55℃下明显高于其他原位厌氧发酵系统,提高了CO_(2)的转化效率与转化量;添加生物抑制剂的非CO_(2)气氛厌氧发酵系统生物甲烷产量为4.5 m^(3)/t,略高于对照组的4.38 m^(3)/t;而气态H_(2)S的体积分数比对照组减少了88.8%,且从第9天开始到产气结束一直为0,实现了H_(2)S的原位抑制。 展开更多
关键词 准噶尔盆地南缘(准南) 低质煤层气 CO_(2)生物甲烷化 H_(2)S原位抑制 提质增量
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倾斜煤层煤层气与煤炭地下气化协调开发技术构想 被引量：2
4
作者 韦波 杨曙光 +9 位作者 李鑫 王双明 师庆民 杨兰和 王刚 傅雪海 苏红梅 贾超 胡振鹏 赵琛 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期152-165,共14页
煤层气(CBM)开发与煤炭地下气化(UCG)是我国煤基天然气生产的重要来源,新疆前陆冲断带倾斜煤层发育区煤与煤层气资源丰富。为深入剖析倾斜煤层CBM与UCG协调开发可行性,系统剖析了现有CBM与UCG关键技术及其对CBM−UCG协调开发的借鉴意义,... 煤层气(CBM)开发与煤炭地下气化(UCG)是我国煤基天然气生产的重要来源,新疆前陆冲断带倾斜煤层发育区煤与煤层气资源丰富。为深入剖析倾斜煤层CBM与UCG协调开发可行性,系统剖析了现有CBM与UCG关键技术及其对CBM−UCG协调开发的借鉴意义,分析了倾斜煤层CBM与UCG协调开发优势、技术路径、面临的主要问题和未来研究方向,得到以下认识:①“CBM开发疏干效应”“UCG热作用解吸效应”“UCG采动卸压效应”下CBM−UCG协调开发可形成相互促进的良性循环;②提出了直井+顺煤层倾向井“先抽后烧”、顺煤层倾向井组合“边抽边烧”、定向L型CBM井+顺煤层倾向UCG井“边烧边抽”、下部煤层布置沿倾向UCG井+上部煤层布置定向L型CBM井“先抽后烧再抽”、复杂井型“井工厂式”布置等协调开发技术路径;③CBM与UCG协调开发面临地质选区评价理论基础研究薄弱、缝网条件下UCG热作用扩展范围不清、倾斜煤层UCG过程岩层移动卸压范围不明等理论问题;同时面临CBM−UCG协调开发“井工厂式”钻井技术、CBM井与UCG井协调开发生产制度、CBM与UCG协调开发地质动态测控、CBM井密封性与耐高温性保护等工程问题;④要强化倾斜煤层CBM与UCG协调开发地质选址评价研究、开发动态理论研究、工程协调技术先导性试验研究,确保协调开发安全、有序、可控、高效。 展开更多
关键词 煤层气 煤炭地下气化 倾斜煤层 协调开发 技术路径
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煤层气水平井捞砂技术优化与工程应用
5
作者 张飞 王一兵 +8 位作者 程璐 梅文博 杨琦 申文杰 曹超 来鹏 廖正凯 鲜保安 毕延森 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第3期220-230,共11页
【目的和方法】煤层气水平井生产面临完井管柱沉砂堆积、管壁结垢和卡泵等问题,导致煤层气产量下降或停产,严重制约了煤层气连续稳定生产,机械捞砂方式清除井筒内煤粉和沉砂,是恢复和提高水平井煤层气产量的有效工艺技术。针对煤层气水... 【目的和方法】煤层气水平井生产面临完井管柱沉砂堆积、管壁结垢和卡泵等问题,导致煤层气产量下降或停产,严重制约了煤层气连续稳定生产,机械捞砂方式清除井筒内煤粉和沉砂,是恢复和提高水平井煤层气产量的有效工艺技术。针对煤层气水平井机械捞砂管柱密封性差、捞砂效率低和沉砂固结等难题,优化设计并加工了爪式刮板笔尖、破砂钻头、偏心翻板和机械式旋转工具等。基于水平井机械式捞砂泵原理,将水力附加轴向力引入管柱力学模型建立了管柱−水力耦合力学模型,提出了水平井捞砂作业参数优化方法,通过工程实例分析捞砂泵单冲程往复周期对储砂管内流体流动速度和煤粉运移能力影响、翻板吸入口开放度对水力附加轴向力影响,对比分析管柱–水力耦合力学模型与常规力学模型计算管柱轴向力结果。【结果和结论】结果表明:(1)爪式刮板笔尖通过结构优化提高了水平井管底沉砂破除效率,机械式旋转工具配合破砂钻头和卡簧结构解决了管壁固结沉砂破除难题,偏心翻板与球式单流阀增加了固–液两相流通过面积和密封性。(2)ø110 mm捞砂泵在单冲程往复周期60 s条件下,可运移颗粒直径不超过2.5 mm煤屑,含有少量粒径3~12 mm煤屑,能够有效运移水平井筒内堆积煤粉颗粒至储砂管内部;捞砂泵上行、下行工况下管柱轴向力比常规起下钻分别增加906.94 N、减小37.41 N,提高了捞砂作业管柱受力计算准确性。(3)优化后的捞砂工具和工艺技术在沁水盆地10口水平井进行现场应用,单井捞砂量和单次捞砂量分别提高1.5倍、0.9倍,日均产气量和日均产水量分别增加1483.7、2.18 m3,为煤层气水平井高产稳产提供技术支撑,适用于中浅埋深煤层筛管完井和套管射孔完井的水平井及大斜度井,对推动煤层气高效开发具有重要实际意义。 展开更多
关键词 煤层气 水平井 捞砂工具 管柱–水力耦合模型 工程应用
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超临界CO_(2)浸泡中阶煤岩力学性能劣化特性及其机制
6
作者 迟焕鹏 毕彩芹 +5 位作者 宛东平 魏呈祥 蔡承政 田守嶒 郑凡石 王天宇 《石油与天然气地质》 北大核心 2025年第3期983-994,共12页
研究煤岩在超临界CO_(2)浸泡后的力学特性对于提高深层煤层气储层压裂效果及实现CO_(2)地质封存具有重要意义。通过三轴压缩实验、矿物分析以及孔渗测试,系统研究并揭示超临界CO_(2)浸泡对不同围压下中阶煤岩宏观力学性质的劣化机制。... 研究煤岩在超临界CO_(2)浸泡后的力学特性对于提高深层煤层气储层压裂效果及实现CO_(2)地质封存具有重要意义。通过三轴压缩实验、矿物分析以及孔渗测试,系统研究并揭示超临界CO_(2)浸泡对不同围压下中阶煤岩宏观力学性质的劣化机制。研究结果表明:(1)经超临界CO_(2)浸泡后,煤岩应力-应变曲线呈现出更为显著的初始压密和残余破坏特征,峰值应力明显降低,可有效削弱围压对煤岩强度增强的效应。煤岩达到峰值强度后会迅速发生失稳、被破坏,围压越高,破坏越快。(2)超临界CO_(2)浸泡对煤岩抗压强度的劣化作用较弹性模量更为显著。随着围压的增大,煤岩在超临界CO_(2)浸泡前、后的抗压强度和弹性模量均呈增大趋势,但其劣化度逐渐降低。在低围压条件下,超临界CO_(2)浸泡对煤岩力学性质的劣化效应尤为突出。(3)超临界CO_(2)浸泡对煤岩力学性质的劣化机制是:超临界CO_(2)与煤岩中的矿物组分发生物理、化学反应,导致碳酸盐矿物被溶蚀,改变煤岩的孔隙结构,促进微观孔隙的发育和扩展,导致煤岩孔隙度和渗透率显著提升,并造成煤岩表面结构被破坏。(4)与活性水相比,超临界CO_(2)浸泡对煤岩的劣化作用更强;相同围压条件下,超临界CO_(2)对煤岩抗压强度和弹性模量的劣化度比活性水分别高7.7%~36.7%和1.7%~19.4%;超临界CO_(2)主要通过化学溶蚀作用劣化煤岩力学性质,活性水则以物理分散作用为主导,导致这种作用机制差异的原因在于超临界CO_(2)的渗透能力和化学反应活性更强。研究证实,超临界CO_(2)的化学-物理协同劣化机制可显著降低煤岩强度并提升其渗透性,在黑龙江鸡西盆地深层煤层气试验井应用中,成功降低破裂压力6 MPa,实现煤层气日稳产量达1 000 m3以上。超临界CO_(2)浸泡对煤岩的劣化作用有助于深层煤层气体积压裂增产。 展开更多
关键词 力学特性 渗透率 孔隙结构 超临界CO_(2) 深层煤层气 鸡西盆地
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高挥发分烟煤储层贾敏伤害特征试验研究
7
作者 李鑫 杜世涛 +7 位作者 杨曙光 韦波 王子强 陈艳鹏 胡振鹏 程鸣 傅雪海 康俊强 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期151-160,共10页
近年来,新疆高挥发分烟煤储层成为我国煤层气开发的聚焦领域。煤层气修井停抽可导致储层贾敏伤害,进而减小煤层气井单井产能。以新疆高挥发分烟煤岩心为研究对象,通过物理模拟试验研究了高挥发分烟煤储层排采过程贾敏伤害形成特征,并利... 近年来,新疆高挥发分烟煤储层成为我国煤层气开发的聚焦领域。煤层气修井停抽可导致储层贾敏伤害,进而减小煤层气井单井产能。以新疆高挥发分烟煤岩心为研究对象,通过物理模拟试验研究了高挥发分烟煤储层排采过程贾敏伤害形成特征,并利用低场核磁共振技术分析了伤害过程特征和贾敏伤害后气相占据的孔裂隙空间。结果表明:①单相水流阶段平行层理煤心水相渗透率(0.872×10^(−3)~1.066×10^(−3)μm^(2))高出垂直层理煤心水相渗透率(0.064×10^(−3)~0.112×10^(−3)μm^(2))1个数量级。贾敏伤害稳态后平行层理和垂直层理煤心渗透率伤害率分别达40.60%、50.00%;②贾敏伤害后煤心部分水不可流动且其体积随时间增大体积增大,导致贾敏伤害后水驱过程渗透率递减;③物理模拟表明,重新开井排采无法通过地层水驱将修井停抽聚集的气体完全驱替出岩心,气体聚集成团位于中孔和大孔及裂隙中,占据渗流孔裂隙空间,导致水相渗透率减小,抑制煤层气井重新打开后排水降压;④建议通过加强气井管理、延长修井检泵周期、保持排采稳定、研制抑制贾敏的消泡剂、实施脉冲激励淘洗等方式弱化近井地带储层贾敏伤害,释放低产煤层气井产能。 展开更多
关键词 煤层气 贾敏伤害 储层伤害 低场核磁共振 物理模拟
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黔西地区石炭系页岩气钻井工程难点与对策 被引量：5
8
作者 王虎 迟焕鹏 +2 位作者 王胜建 岳伟民 孟祥龙 《断块油气田》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期909-915,共7页
黔西地区石炭系地质条件复杂,工程风险和难点多,导致钻探工作面临很大挑战。根据该地区获得的地质资料,结合区内多口页岩气井的钻井工程实践,分析该地区存在以下钻井工程难点:浅表层溶洞、裂缝发育导致钻井漏失严重,打屋坝组目的层泥页... 黔西地区石炭系地质条件复杂,工程风险和难点多,导致钻探工作面临很大挑战。根据该地区获得的地质资料,结合区内多口页岩气井的钻井工程实践,分析该地区存在以下钻井工程难点:浅表层溶洞、裂缝发育导致钻井漏失严重,打屋坝组目的层泥页岩段井壁易垮塌失稳,气层和裂缝发育层共存,部分地区含硫化氢,安全钻进风险高等。针对以上难点,提出了钻前浅表溶洞工程地球物理探测、“三开”井身结构优化设计、钻井设备优选和优快钻井等技术或方法。最后建议开展石炭系打屋坝组“漏、溢、塌”耦合作用机理研究,形成黔西地区页岩气钻井适应性工程技术体系,为实现该地区页岩气高效勘探开发提供技术支撑。 展开更多
关键词 页岩气 井漏 井壁稳定 井身结构 跟管钻井 石炭系
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吐哈煤田艾丁湖一区煤炭地下气化地质评价体系
9
作者 曾志伟 来鹏 +7 位作者 田继军 杨曙光 胡振鹏 王博 蔚雨 王海超 刘韫碹 员艺轩 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期24-36,共13页
【目的】煤炭地下气化(underground coal gasification,UCG)是传统采煤技术的革新,系统的地质评价体系构建和科学的地质选层是UCG成功的先决条件。【方法】以吐哈煤田艾丁湖一区煤储层为研究对象,采用层次分析法、变异系数法和逼近于理... 【目的】煤炭地下气化(underground coal gasification,UCG)是传统采煤技术的革新,系统的地质评价体系构建和科学的地质选层是UCG成功的先决条件。【方法】以吐哈煤田艾丁湖一区煤储层为研究对象,采用层次分析法、变异系数法和逼近于理想值的排序方法(TOPSIS法)等数学分析方法,从煤岩煤质、煤层赋存、含水层与围岩、地质构造、有害元素、地质勘查程度等方面进行了系统分析,深入探究了吐哈煤田艾丁湖一区UCG的可行性,同时构建了UCG地质选层资源评价体系并进行了气化炉址的地质选层。【结果和结论】结果表明:研究区煤的煤阶较低,煤层水分灰分较低、挥发分适中,煤层较多,煤体结构和煤层地质构造较简单,煤层埋深适中,顶底板岩性多为泥岩和粉砂岩、细砂岩,断层不发育,煤炭储量丰厚,煤层有害元素含量低,地质勘查程度较高,适宜进行UCG工作;优选出煤种、煤层埋深、顶底板岩性、煤炭储量等23个地质因素作为二级评价指标,通过合理的数理统计和科学的定量化转化,计算出了其综合权重并进行了分级处理,建立了适用于研究区的UCG多层次地质选层资源评价体系;基于该评价体系,运用加权求和法和TOPSIS法优选出的艾丁湖一区UCG有利煤层前3位均为8上>11号>7-3号煤层,最终确定8上号煤层为研究区UCG工作的最有利煤层。研究结果可为该区后续的地下气化工作实施提供科学依据,也对其他地区UCG地质选层具有借鉴意义。 展开更多
关键词 吐哈煤田 煤炭地下气化 地质评价 选层 评价体系
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