重奖征集煤层气开采与常规油气开采的异同 [复制链接]

大多数煤层气藏初始含水量很高,储层压力为水压力,气体吸附在煤的内表面上。因此,煤层气的开采首先需要经过排水,使地层压力下降。当地层压力下降到临界解吸压力以下时,气体开始解吸并在裂缝中流动,这时,气产量上升,一般经过三至五年的时间达到最高值,在达到最高产量稳产一段时间后,产量平稳下降,这时的产量曲线与常规气藏的产量曲线相似。煤层气井的生产时间可以持续10年到20年,最多可达30年。但对于常规砂岩气井而言,煤层气井的产气量一般比较低。

在常规砂岩气藏中,井间干扰表现为通过邻井注气,保持地层压力以达到稳产。而煤层气藏的井间干扰主要表现为通过邻井排水加速压力均衡下降,产出更多的气。
另外,泥浆和水泥对煤储层的伤害要比常规储层严重得多,应尽力避免。

煤层中的割理分为端割理和面割理，一般认为面割理方向的渗透性好，端割理方向的渗透性因为受煤储层层理结构的限制稍微差一些，从而导致了整个煤储层的渗透性非均质。面割理和端割理渗透性的差异导致了面割理方向的流动强度远远大于端割理方向的流动强度。煤层气的生产大多需要排水降压，只有当地层压力达到临界解吸压力以后，吸附于基质微孔隙中的吸附气体才能逐渐解吸出来。沿着渗透性好的面割理方向，降压速度大于端割理方向，相同的时间内以及煤储层的长期生产过程中，沿着面割理方向的压降漏斗波及范围大于端割理方向，所以煤储层的开发从经济性和由于渗透性的非均质性导致的地层层间干扰出发考虑，在煤层气开发的井网部署中，应该充分考虑面割理和端割理渗透性的差异，将不利的因数转化为有利的条件，即面割理方向井距大一些，而在端割理方向的井距小一些，优化合理的井距，选区适当的井布置方式，利用层间干扰，提高单井产量，降低开发成本。
煤层气开发井网不部署方式有矩形井网、菱形井网、“W”性井网和单井排等。通过对黑勇士盆地普拉特煤层组上部A煤层的测试，揭示了气渗透率的非均质性条件大约为16：1，面割理方向渗透性好。在16：1的储层条件下，采用4x1的矩形井网开采比采用正方形的井网更有利于开发采气，5年时间采气量从3.08x106m3增加到了3.56x106m3，15年的时间从6.25x106m3增加到了8.04x106m3。虽然产量增加不是很大，但是开发煤层气的成本明显降低了，极高了经济效益。
对于非均质性强渗透性强的煤层，采用矩形井网开发效果较好。对于煤层，即使再均质性不大或者是均质的条件下，由于面割理和端割理方向渗透性的差异，整个储层的渗透性任然是非均质的。所以煤层气开发多是采用矩形井网，理想的部署情况如下图，井距可以通过煤层气藏数值模拟确定。

   煤层气井固井的特点和难点
   与天然气井相比煤层气产量低，可供开采期的时间又比较长，加上独特的开发与开采方式，因此给固井设计与施工提出了更高的要求。固井质量要高，层间封隔要好，而且固井施工对煤层的伤害小。和一般油气井相比，煤层气井固井的特点及难点主要表现在以下几个方面：
1  煤层埋藏浅，替浆量少，顶替效率低
煤层气井井深浅，固井时替浆量少（一般井泵替钻井液只有5～11m3），注水泥完毕即有一半体积以上的水泥浆进入环空。受设备及井下条件的限制，固井时根本达不到紊流顶替的排量。紊流顶替时环空返速高，摩阻大，在低压易漏的井中甚至会压漏地层，同时对水泥浆性能要求也比较高。
2  煤储层压力低，封固段长
由于煤层气独特的开采方式，因此一般要求全井封固，封固段长一般在300～1200m之间。由于封固段长，煤层孔隙压力梯度低，水泥浆密度比钻井液密度高得多（钻井液密度一般在1.03～1.08g/cm3之间）。固井过程中水泥浆密度高或施工不当，易形成高的过平衡压力，固井过程中很容易漏失。一方面水泥浆低返，影响封固质量；另一方面水泥浆渗入煤层，对煤层造成大面积的伤害。
3  水泥浆配方设计困难
煤层气井井深浅，井底温度低（如晋城地区煤层气井井底温度一般在25～45℃之间），上部井段温度更低，远远小于油气井的井底温度。低温下水泥浆特别是低密度水泥浆的水化速度缓慢，水泥石早期强度、后期强度低。为加快水泥的水化速度，提高早期强度，必须加入早强剂或促凝剂。但是一般的早强剂或促凝剂会破坏降失水剂的降失水效果，与降失水剂配伍的早强剂及促凝剂少。以前固井中这个问题都没有解决好，控制了水泥浆滤失量，水泥石的早期强度低，甚至长时间不凝固；加入早强剂，提高了早期强度，水泥浆的滤失量又得不到控制，二者很难同时兼顾。
4.煤层易受到伤害，保护煤层的难度大
煤储层渗透性低，属于低渗储层，任何环节的污染都会对煤层造成永久性伤害。钻开煤层后，甲烷气从煤的内表面解吸、扩散，通过裂缝流到井内。如果煤层的孔隙和裂缝一旦受到损害，其损害程度比常规油气层严重得多，不仅使气体的渗流通道受损，而且还会影响甲烷气的解吸过程。固井过程中如果环空的液柱压力高，水泥浆的失水量大，水泥浆性能差或施工不当，很容易对煤层造成伤害。

我是学勘探的，对煤层气有点接触，浅谈一下我的粗浅认识。据我所知，煤层气的生产周期很长，之前多半要进行地下趋水，然后进行趋替开采，因此效益回收不快，这几年比较流行的有co2趋替煤层气，实线co2减排的同时可以提高煤层气采收率。国家近年对煤层气的开采非常鼓励，好像有政策上的鼓励。

煤层气的开采我认为重要的是一个工艺问题，由于煤层气开发研究和实践的整体素质偏低，导致一些新技术无法完全使用，特别是对煤层的污染问题，目前是产量差距很大的一个主要原因，本人主要从事工艺方案的编制和实施，从施工过程来看，如果没污染或者污染很小，气量能成倍增加，低成本开发是造成低效益的直接原因

煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷),与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，热值是通用煤的2-5倍，主要成分为甲烷。1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。煤层气空气浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。煤层气的开发利用具有一举多得的功效：提高瓦斯事故防范水平，具有安全效应；有效减排温室气体，产生良好的环保效应；作为一种高效、洁净能源，商业化能产生巨大的经济效益。
　　煤层气或瓦斯的热值跟甲烷(CH4)含量有关，地面抽采的煤层气甲烷(CH4)含量一般大于96.5%，当甲烷含量97.8%时，在0℃, 101.325kPa下，
　　高热值：QH=38.9311MJ/Nm3(约9299 kcal/ Nm3)
　　低热值：QL=34.5964MJ/Nm3(约8263 kcal/ Nm3)
　　井下抽采的煤层气（瓦斯）目前一般将甲烷(CH4)含量调整到40.8%后利用，此时瓦斯的热值为：（在0℃, 101.325kPa下）
　　低热值：14.63MJ/m3(约3494 kcal/ Nm3)
　　高热值：16.24 MJ/m3(约3878 kcal/ Nm3)
　　煤层气可以用作民用燃料、工业燃料、发电燃料、汽车燃料和重要的化工原料，用途非常广泛。每标方煤层气大约相当于9.5度电、3 m水煤气、1L柴油、接近0.8kg液化石油气、1.1-1.3L汽油，另外,煤层气燃烧后几乎没有污染物，因此它是相当便宜的清洁型能源。
　　煤层气比空气轻，其密度是空气的0.55倍，稍有泄漏会向上扩散，只要保持室内空气流通，即可避免爆炸和火灾。而煤气、液化石油气密度是空气的1.5—2.0倍，泄漏后会向下沉积，所以危险性要比煤层气要大的多。
　　煤层气爆炸范围为5—15%，水煤气爆炸范围6.2—74.4%，因此，煤层气相对于水煤气不易爆炸，煤层气不含CO，在使用过程中不会象水煤气那样发生中毒现象。
　　煤层气的开采一般有两种方式：一是地面钻井开采；二是井下瓦斯抽放系统抽出,地面钻井开采的煤层气和抽放瓦斯都是可以利用的，通过地面开采和抽放后可以大大减少风排瓦斯的数量，降低了煤矿对通风的要求，改善了矿工的安全生产条件。地面钻井开采方式，国外已经使用，我国有些煤层透气性较差，地面开采有一定困难，但若积极开发每年至少可采出50亿立方米；由于过去除了供暖外没有找到合理的利用手段，未能充分利用，所以，抽放瓦斯绝大部分仍然排入大气，花去了费用，浪费了资源，污染了环境。
　　我国煤层气资源丰富，居世界第三。每年在采煤的同时排放的煤层气在130亿立方米以上，合理抽放的量应可达到35亿立方米左右，除去现已利用部分，每年仍有30亿立方米左右的剩余量，加上地面钻井开采的煤层气50亿立方米，可利用的总量达80亿立方米，约折合标煤1000万吨。如用于发电，每年可发电近300亿千瓦时。

煤层气俗称“瓦斯”，是赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的一种天然气体，国际上惯称其为煤层甲烷(Coal bed Methane，简称CBM)。它是地史时期煤中有机质的热演化生烃产物，它的生成是以煤岩有机组成为基础，以各种地质运动、构造活动引起的沉积埋藏导致的煤化作用为辅助条件，内外因共同作用的结果。
经过多年的开发和研究发现我国煤层气储层具有以下特点：
     （1）“四低”特性
        我国煤层气储层具有低含气饱和度、低渗透率、低储层压力（储层能量）和低资源丰度，这些特性严重限制了煤层气的开发。“四低”是影响我国煤层气单井和先导性开发试验井组稳定日产量的最重要因素。
       （2）原地应力比较大
        煤层气的原地应力比较大，阻碍了裂隙的发育以及割理和裂隙之间的联通，降低了储层的渗透性，影响流体从裂缝到井筒之间的流动，进而影响产气效果。      
（3）强烈的非均质性
        煤层气储层的非均质性主要指在小范围内煤层气储层特性发生  改变，即含气性、渗透性、压力系统等发生改变，引起井间干扰效应降低，在有限的开采范围内不能够形成有效的压降漏斗，达不到预期的干扰效果，使井网内单井产量相差很大。
       （4）低煤阶煤炭资源丰富
        我国的低煤阶煤炭资源量占全国煤炭资源总量的56.97%，是非常有潜力的煤层气勘探开发目标区，也是今后煤层气开发的主要目的层。

现将天然气与煤层气藏开发比较得表格放在附件里面，希望对大家有帮助。

来源于SPE91482

煤是一种非均质的各向异性的孔隙介质，它的一个显著特点是它具有两个孔隙系统：大孔隙系统和微孔隙系统。大孔隙即割理，组成了煤层中的天然裂缝，这对所有的煤层都是如此。微孔隙或基质孔隙占据了绝大部分的含气量。煤的这种特性造成一个双重孔隙系统。煤层气藏区别于常规天然气藏的特点主要有以下三个方面 ：首先，煤层既是生气层又是储气层；第二，气体不是以压缩的状态存在而是以吸附的形式存在于煤层中，这样，P-V关系不是由真实气体定律控制而是由吸附等温线或解吸等温线控制；第三，在气藏开发以前，割理中一般是含水的，所以，如果煤层中的含气量在平衡等温线以下，气藏就只产水而不产气，直到气藏压力下降到使含气量在平衡等温线上时，才有气产出。
大多数的煤层气藏在得到商业气产量之前都要先进行排水 。在排水的过程中，割理中的静水压力将降低。由于压力的降低使得割理—基质界面的气体解吸。这样，煤基质中的气体就开始扩散。这个气体在煤基质中的扩散过程可用菲克定律（Fick’s Law）来描述, 解吸过程可用朗格缪尔等温线（Langmuir isotherm） 描述。随着解吸的进行，煤层中的大孔隙中就有了一个自由气的含气饱和度。解吸出来的气就会随着水的产出通过割理系统流到井底，然后产出地面。这个大孔隙里的两相流满足达西定律（Darcy’s law）。割理系统中的流动动态受孔隙度，渗透率和相对渗透率的控制。解吸气不断进入大孔隙，割理系统的含气饱和度不断增大，气流量快速上升，因此，水的产量将快速下降直到气的产量达到最大值——峰值。排水过程可能需要数月或几年。气产量峰值时间是一个重要的参数。因为从那时起煤层气藏的生产动态将与常规气藏相似。
煤层气藏的生产动态分析是一项具有挑战性的工作。因为它与常规天然气藏不同，煤层气藏是一个各向异性双重介质的水气两相流环境。解吸过程的存在使得生产机理更加复杂。这些特点对于煤层气藏的开发与预测评价都有重要影响。煤基质与割理系统中的复杂的耦合作用对煤层气藏的气产量的影响很大。因此，常规的生产递减曲线不适用于煤层气藏的生产动态预测。
在过去的20年里，第29号令的颁布为推动煤层气产业的发展发挥了重要作用。但是，在这个用气以常规天然气为主的国家里，那时将煤层气的地位变得跟常规天然气一样重要的推动力首先应该是技术进步 。这些进步包括对煤层气生产基本原理的进一步理解，对含气饱和度测试方法的进一步改进，气藏参数测量技术的进步以及气藏模拟技术的进步。应该提出，气藏模拟是评价气藏参数对煤层气生产动态预测影响的非常好的工具。