贵州省薄—中厚煤层群煤层气开发地质理论与技术

摘要

煤层群条件下的煤层气开发技术具有其特殊性,煤层群的发育特征及其赋存的开发地质环境条件深刻地影响了煤层气开发技术的可选择性。为此,本文选择煤层群发育的典型地区—贵州省西部六盘水煤田和织纳煤田为研究对象,在煤储层地质背景、煤储层基础参数和开发探索试验研究的基础上,以地质分析方法为主要手段,研究了煤层气开发地质特征和储层特征,建立了煤层气开发地质模型,阐明了煤层群条件下煤层气开发地质条件与开发工程的适配性,提出了分别基于开发地质基础和工程技术原理的煤层气资源开发类型和开发技术模式划分方案,形成了内含三项可选择关键模式的开发技术模式地质选择方法,优选了研究区煤层气开发模式与技术,强化了开发技术关键工艺,形成了本地化的开发工程技术体系。本次研究取得的主要研究成果如下:
　　1)探索了薄—中厚煤层群开发地质特征及其控制机理,建立了薄—中厚煤层群煤层气开发地质模型。分析了研究区地应力场特征、重划了煤储层渗透率类型,分别从煤层厚度、煤层间距、煤层层数三个参数及其组合识别了研究区煤层群的不同类型;发现多层、薄层发育的煤层群,较高含气性、正常—超压的储层压力状态,中—高地应力值,相对较低的渗透率是研究区煤层气开发地质环境的典型表现。开发地质模型以煤层群发育模式、煤储层参数非均质性模式、煤储层结构发育模式、煤层气排采效应与流体运移为主体,实现了煤层群条件下从储层平面展布非均质性、层间非均质性和储层内部非均质性三个尺度,对煤层气开发地质条件的区域至局部、多层至单层、宏观至微观的连续性描述,可以直观反映储层特征,有利于分层次逐步认识煤储层。
　　2)阐明了煤层群条件下煤层气开发关键技术的地质选择性,认为中近距离薄煤层发育、原生结构煤层不完整、弱富水地层特征是制约煤层气井开发工艺的三大关键地质要素,提出了分别基于开发地质基础和工程技术原理的煤层气资源类型和开发技术模式划分方案。煤层气资源开发类型至少可以划分为28种,并进一步归纳为中低渗难改造资源类型、中低渗易改造资源类型、中低渗较难改造资源类型和特低—低渗难改造资源类型四大类;煤层气开发技术模式被重新厘定为五种类型,但实际更具经济/技术可行性的是压裂改造疏水降压模式和应力释放增透降压模式。
　　3)形成了内含三项可选择关键方法的煤层气开发技术/模式的地质选择体系。三项可选择关键方法包括:煤层气开发技术模式的资源开发类型选择、煤层气开发常规井型的地质选择和卸压煤层气开发技术的地质选择。每项选择方法可以单独或组合应用,从而实现对煤层气开发技术的有效选择。不同的煤层气开发地质模型决定了煤层气资源开发类型,进一步决定了不同开发技术系列的地质适配性。六盘水煤田的煤层气资源开发类型决定了压裂改造疏水降压模式的局限性,仅支持应力释放增透降压模式中的采动区卸压煤层气地面井抽采技术或井下抽采技术,煤层气井型地质选择进一步明确了这种局限性;但煤层气资源开发类型选择和井型地质选择均支持织纳煤田利于优先采用压裂改造疏水降压模式中的多种开发技术,不同地区的采用技术受两类模式的叠加选择结果不同而具有差异性。
　　4)实现了开发工程技术体系的本地化。以煤层气开发技术的地质选择方法和煤层气开发试验的工程启示为依据,实现了开发工艺技术的本地化改进及其与研究区不同地质条件的良好匹配。通过改良井身结构、井眼入靶控制、多层合采等关键工艺,极大强化了煤层气直井和水平井开发技术的适配性;将多分支水平井和对接井嫁接,能够适应Ⅰ1、Ⅱ1、Ⅲ1类型和B、C、E、F、G类型组合的多种资源开发类型,提供了中低渗难改造资源类型的可选择技术类型;从井下安全和井孔安全两个角度,提出多煤层地面井下协同抽采方法和井孔失稳的地质机制、高危位置识别方法及预防措施,使卸压煤层气地面井开发工艺技术得以本地化。从而形成了一套以地质模型构建、地质制约条件筛选、煤层气资源开发类型判别、开发技术模式选择和关键工程技术实施为主体的薄—中厚煤层群煤层气开发地质理论与技术。
　　论文附图78幅,附表39个,参考文献248篇。

目录

封面

声明

论文审阅认定书

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

图清单

表清单

变量注释表

1 绪论

1.1 研究意义（Research Significance）

1.2 研究现状与动态分析（Research Status and Dynamic Analysis）

1.3 现存问题（Existent Questions）

1.4 研究方案（Scheme of The Thesis）

1.5 主要成果与完成工作量（Main Achievement and Material Workloads）

2 薄—中厚煤层群煤层气地质模型

2.1 煤层气地质背景（Geological Setting of CBM）

2.2 煤层气基础地质特征（Geological Characteristics of CBM） 2.2.1 煤层赋存与储层物质基础

2.3 煤层气开发地质模型（Developmental Geology Model of CBM） 2.3.1 煤层群发育模式

2.4 小结（Brief Summary）

3 薄—中厚煤层群煤层气开发地质与工程技术的适配性

3.1 煤层气开发工程基础（Foundation of CBM Development Engineering）

3.2 开发工艺主要参数地质制约（Geological Restraint of Main Parameters for Development Technology）

3.3 开发工程技术的地质适配性（Geological Adaptability of CBM Development Technology）

3.4 煤层气资源开发类型（Development Type of CBM Resource） 3.4.1 煤层气资源开发类型分类

3.5 小结（Brief Summary）

4 薄—中厚煤层群煤层气开发工程实践探索

4.1 直井开发试验与工程启示（Inspiration of CBM Development by Vertical Well）

4.2 水平井开发试验与工程启示（Inspiration of CBM Development by Horizontal Well）

4.3 卸压煤层气开发试验与工程启示（Inspiration of Relieved CBM Development by Surface Well）

4.4 小结（Brief Summary）

5 薄—中厚煤层群煤层气开发工程技术体系

5.1 煤层气开发技术模式的地质选择（Geological Choice of CBM Development Technology and Mode）

5.2 直井开发技术系列与关键工艺（Technical Series of Vertical Well for CBM Development and Key Process）

5.3 水平井开发技术系列与关键工艺（T echnical Series of Horizontal Well for CBM Development and Key Process）

5.4 卸压煤层气开发技术系列与关键工艺（Technical Series of Surface Well for Relieved CBM Development and Key Process）

5.5 小结（Brief Summary）

6 结论

6.1 主要结论（Main Conclusions）

6.2 创新点（Innovative Points）

参考文献

作者简历

学位论文原创性声明

学位论文数据集