煤层气完井方式和增产措施的优选分析

在借鉴国外煤层气开发的经验及分析国外工程技术特点的基础上,利用数值模拟方法,建立了基于渗透率量化分级的完井和增产措施优选准则。通过对数值模拟计算的累积产气量分析,将煤层分为低渗、中渗以及高渗3个类别,并依此选择相应最合适的完井增产方法。低渗煤层（＜0.5×10-15 m2）适合选用水平井或者多分支水平井完井;中渗煤层（0.5×10-15～10×10-15 m2）适合选用直井压裂的方式;高渗煤层（＞10×10-15 m2）适合选用洞穴和扩孔等完井方式。     

煤岩储层伤害机理及评价方法

我国多数地区煤层的渗透率较低,通常小于1×10-3μm2,煤层渗透率一般在0.1~0.001×10-3μm2,属于特低渗透或致密储层,对各种伤害因素更为敏感,伤害评价显得尤为重要。本文介绍几种评价煤岩储层伤害的实验方法,可评价压裂液对煤岩基质的伤害、对裂缝割理的伤害。     

柿庄南区块煤储层构造对渗透率控制关系的定量研究

基于柿庄南区块3~#煤层构造特征,结合测井资料和GSI多参数拟合,通过煤层构造曲率和渗透率的统计分析,定量研究煤储层构造对渗透率的控制关系。研究表明:煤储层构造曲率介于(0.3～2)×10~(-4)/m时,渗透率均大于0.2×10~(-3)μm~2;构造曲率低于0.3×10~(-4)/m或者高于2×10~(-4)/m时,煤储层渗透率均小于0.2×10~(-3)μm~2。煤储层构造曲率过高或过低都不利于渗透率的提高,以中等为好。     

卸荷煤体分数阶渗透率模型参数探讨及其在渗流模拟中的应用

采动煤体卸荷过程中,因原始及新生裂隙持续扩展而产生损伤破坏,导致渗透率急剧升高,经典煤储层应力-渗透率模型适用范围仅限于煤体线弹性变形阶段,无法反映煤体峰后渗透率的变化规律。借助在描述非线性力学行为方面具备独特优势的分数阶导数,通过已有试验和理论分析,基于现有应力-渗透率模型提出的适应于采动卸荷煤体的双参数分数阶渗透率模型,当阶数γ=0时,分数阶渗透率模型退化为经典的S-D模型,表明S-D模型是分数阶渗透率模型的一种特殊情形,当阶数γ=1时,分数阶渗透率模型表现为S-D模型的幂函数形式,展现峰后渗透率的强非线性变化特征,从而将经典S-D渗透率模型的适用范围拓展至峰后阶段。然而,双参数分数阶渗透率模型参数的物理意义不尽明确,为此,根据改进的Mazars损伤准则,获得了煤体卸荷过程中损伤变量的演化规律,借此探讨了所建渗透率模型中2个参数的关系,得到了只含损伤变量D的单参数分数阶渗透率模型,将模型中的静态参数修正为动态参数,符合损伤扩容过程中煤体割理压缩系数不断变化的事实,弥补了现有应力-渗透率模型中所引入的静态参数与损伤变量不关联的缺陷,使其物理意义更加清晰。将分数阶渗透率模型应用于充填采...     

原位地应力约束下煤储层自封闭作用及其成藏效应

关于煤层气叠置成藏效应的研究通常注重煤系地层层序地层格架的时空配置,对于原位地应力制约下储层的"自封闭效应"关注不足,应力场垂向转换诱导的煤储层渗透性的非单调性变化及其对储层压力、含气性等成藏特征参数的调控作用常被忽视。系统分析了黔西地区煤储层地应力场的垂向分布规律及其构造控制效应,揭示了渗透率随埋深的非指数变化规律及其在沁水、鄂东等含煤盆地的普适性,探讨了储层压力、压力系数垂向差异性分布及其与地应力-渗透率的匹配关系。黔西地区煤储层水平主应力(200～1 300 m)是埋深和构造综合作用的结果,含煤向斜轴部是水平主应力最为集中的区域。根据应力梯度垂向演变规律可以将其划分为应力挤压区(200～500 m,水平构造应力主导)、应力释放区(500～750 m,垂直应力主导)、应力过渡区(750～1 000 m,近向斜轴部)和构造集中区(1 000 m,向斜轴部低点部位,高应力区)。埋深中段的应力释放区有利于相对高渗储层的形成(平均0.2×10~(-15) m~2),在此深度区间上下(200～500 m,平均0.06×10~(-15) m~2;750 m,平均0.02×10~(-15) m~2)渗透率普遍较低。渗透率随埋深的这种非单调性变化规律具有普遍性,黔西盘关—土城向斜、比德—三塘向斜埋深中段均存在渗透率相对高值区,沁南(650～800 m)、鄂东(800～950 m)、滇东(600～800 m)、准南(600～800 m)等含煤盆地内这一现象也并不鲜见。原位条件下,低渗储层(0.1×10~(-15) m~2)的"自封闭"作用使其可以不依赖于盖层等封堵条件,即可构成层间相对独立的流体单元。例如,黔西地区200～500 m,750 m埋深段的低渗储层自封闭成藏作用显著,储层压力与埋深相关性较差,含气量与压力系数垂向呈"波动式"的无规律变化,常压、欠压、超压储层均有分布,流体压力系统叠置发育。500～750 m的相对高渗储层需外围形成致密的封堵盖层才能阻断层间的流体联系,相对于其他埋深区间更有利于形成统一的流体压力系统,储层压力随埋深增加或层位降低而单调递增,压力系数无明显波动,基本以常压储层为主,含气量随着埋深增大而增大。在同一煤层或气藏内部,储层相对致密部分也可能会封堵高孔渗部分的流体,导致流体压力系统横向上多段叠置。     

延长油田低渗致密储层分类研究

应用延长油田368块密闭取芯样品,以渗透率为主线,开展储层启动压力梯度、覆压敏感性、孔喉中值半径、可动流体饱和度、水驱油效率等实验研究,研究结果表明:把延长油田特低渗储层渗透率上线定为4.5×10-3μm2,致密储层渗透率上线定为0.5×10-3μm2是合理的;延长油田致密油储层渗透率小于0.1×10-3μm2,启动压力梯度1.5MPa/m,无法实现有效注水开发,水平井分段体积压裂天然能量开发是实现此类油藏有效开发的科学手段,最终采收率可得到6.4%。应用静态和动态指标把特低渗致密储层划分为4类,建立低渗致密储层评价标准,更能揭示其本质特征,符合延长油田异常低压中浅层油藏实际,对延长油田特低渗及致密油开发具有重要意义。     

中高煤阶煤储层水力压裂消突能量耗散特性

煤储层是一种三元孔隙结构和三相介质系统组成的弹性体,煤储层相比其他常规储层对应力的响应更加敏感。水力压裂前后煤储层弹性能发生聚集与耗散,能量耗散特性决定了消突能量失控方式及机制。本文根据煤岩表面学、热力学定律及中高煤阶煤全应力-应变物理模拟实验,提出了不同相态弹性能计算模型,探讨了压裂前后煤储层弹性能聚集与耗散特性,建立了中高煤阶煤储层水力压裂单位体积煤体消突能量计算模型,并界定压裂消突能量指标临界值。研究表明:煤基块弹性能是煤储层弹性能的主要组成部分,是破碎煤体的主要能量,煤基块弹性余能(Ec)是发动突出动力,煤体破碎后剩余弹能(?W)是抛出煤体的动力;压裂后区内煤储层弹性能减小,单位体积煤体弹性能和瓦斯膨胀能消突临界值为21.22,0.79 MJ,对应的瓦斯含量和瓦斯压力临界值为7.54 m3/t和0.77 MPa。     

煤层气井现代产量递减分析应用研究

为探索现代产量递减分析在煤层气井中的应用,在系统阐述现代产量递减分析方法发展的基础上,基于延川南区块某煤层气井组生产数据,应用Blasingame、Agarwal-Gardner、NPI、Transient四种现代产量递减分析图版定量评价了该井组储层渗透率、有效裂缝半长和泄流半径,研究了泄流半径与储层渗透率、有效裂缝半长以及有效裂缝半长与压裂总液量、加砂量的关系。结果表明:该井组储层渗透率为0.008~0.064×10~(-15)m~2,非均质性较强;压裂有效裂缝半长为27~72 m,与压裂总液量和加砂量呈正相关关系;单井泄流半径为36~103 m,平均56 m,与储层渗透率和有效裂缝半长呈正相关关系;当有效裂缝半长大于50 m、渗透率超过0.06×10~(-15)m~2时,泄流半径可达100 m以上。     

超临界CO_2压裂煤岩储层增产煤层气应用发展前景

超临界CO_2压裂作为新兴渗透率强化技术以其对煤岩储层独特的物理化学力学特性改造,以及对储层近乎零损伤的特点受到了研究者的广泛关注。本文通过分析对比不同压裂介质作用下煤岩体的起裂压力与时间、裂缝扩展规律及渗透率变化,结果发现,水力压裂的裂缝扩展形式单一;液态CO_2压裂的衍生裂隙发育程度不高;超临界CO_2压裂形成的层理裂隙与衍生裂隙复杂程度高。特别地,超临界CO_2压裂煤体起裂压力比水力压裂低约39.48%,起裂时间是水力压裂的1.2倍以上,渗透率变化量是水力压裂的3倍左右。总体而言,超临界CO_2对煤储层的物理化学及力学特性的改造,为煤储层致裂增渗、增产煤层气理论与技术取得突破性进展提供了新思路与方法。     

煤储层渗透率与地质强度指标的关系研究及意义

为评估煤储层整体的渗透性,引入岩体力学中的地质强度指标（Geological Strength Index,GSI）来表征煤体结构。挑选有代表性的不同煤体结构煤样,与GSI图版进行比对,获取样品的GSI值,并测试相应的渗透率。地质强度指标（GSI）与渗透率相关性明显,拟合相关系数R²=0.84,表明利用GSI来估算煤储层渗透率是可行的。GSI与渗透率关系表明,水力压裂增透仅适用于Ⅰ和Ⅱ类煤,对寺家庄煤矿15号煤层来说,储层改造的最优目标为GSI_c=52.7。     

古构造应力场与低渗煤储层的相对高渗区预测

利用古构造应力场模拟成果,结合钻孔煤芯描述、煤矿井下观测和煤层气井试井渗透率资料,在低渗煤储层广泛发育的淮南煤田预测了相对高渗区．综合分析表明,古应力高的地区也是构造煤发育区,而构造煤是导致煤储层渗透性降低的主要因素．因此,古应力较低的区域,可能是原生结构煤发育的相对高渗区．     

高煤阶煤层气富集机理的深化研究

高煤阶煤层气资源相对丰富是中国煤层气资源的重要禀赋之一,实现高煤阶煤层气大规模商业化开发突破是中国煤层气产业的世界贡献.以沁水盆地为代表的高煤阶煤层气生产基地是目前中国煤层气产量的主体来源,基于沁水盆地等高煤阶煤层气勘探开发工程实践数据和大量研究工作积累,开展了高煤阶煤层气富集机理的系统深化研究.研究工作表明:区域岩浆...     

河北省煤系天然气资源及其成藏作用

为摸清河北省煤系天然气资源潜力,揭示其耦合成藏作用,采用等温吸附、TOC含量测试、X衍射、岩石热解、高压压汞、液氮吸附、显微组分镜鉴、脉冲渗透率等试验测试,对源-储地化和物性特征进行研究,结合各赋煤构造区煤系沉积-构造演化史,进行煤系天然气资源评价并揭示其成藏作用。结果显示:河北省煤系天然气资源丰富,煤层气资源量39 015×108m3,页岩气资源量33 447×108m3,致密砂岩气资源量24 000×108m3,石炭二叠系占绝对优势;烃源岩有机质以Ⅲ型为主,成熟度Ro介于0.5%~3.0%,以成熟—过成熟阶段为主;煤对煤系天然气藏起决定作用,富有机质泥页岩起关键作用,泥页岩的厚度优势弥补了有机质"欠缺";煤系储层连通性较好,属低孔低渗型,二次生烃作用是煤系天然气成藏的关键;共生调节机制煤层气表现为层间调节,页岩气为层内调节,砂岩气为协调调节;基于共生调节机制和空间叠置关系,将煤系天然气藏分为"远源"致密砂岩气藏、"自源"页岩气/煤层气藏和"自源+他源"叠合气藏3类,后者包括3种成藏模式。     

深部煤层气异常地质特征及开发技术探讨

针对沁水盆地深部煤层气地质与储层认识不足、开发措施还在探索阶段等现状，以寿阳区块15煤为研究对象，探讨了深部煤层气地质特殊性及开发对策。研究区15煤层发育稳定，煤层厚度基本在3m左右|煤层含气量大部分在10～12m3/t，纵向上受煤层埋深和变质程度的双重影响，含气量在埋深大约1200～1500m出现临界点后随深度增加逐渐降低。与其他深部地区“三高”特征不同，15煤深部储层表现为低压、高应力、中等地温的特征，属比较严重的低压力梯度和低地温梯度范畴。煤储层渗透性为高孔低渗分类，渗透率一般0.01～0.1mD，渗透性主要受煤层埋深、地应力、煤体结构和孔隙特征影响。根据15煤低水分含量、高孔隙度以及生产井产气特征，认为游离气含量可能具有较大的占比。最后提出，单独开发15煤层时可采用顶板岩层水平井分段压裂方式或围岩多分支水平井方式，该技术已在盆地南部15煤取得了产气突破|15煤层及9、3煤层多煤层开发时可采用围岩与煤层合压的垂直井方式，并对开发工程中的增产和排采工艺提出了相应的建议。     

Drainage feature about coalbed methane wells in different hydrogeological conditions in Fanzhuang area

It is an important guarantee to enhance the production of coalbed methane (CBM) and reduce the project investment by finding out the drainage feature about CBM wells in different hydrogeological conditions. Based on the CBM exploration and development data on the Fanzhuang block in southeast Qinshui Basin and combined with the seepage principle and lithology on the roof and the bottom coalbed, the mathematical model of integrated permeability was established. By permeability experiments of the different lithologies on the roof and the floor within the 20 m range combined with the log curves, the integrated permeability of different lithological combinations were obtained. The starting pressure gradient and permeability of the roof and the floor for different lithologies was tested by ??differential pressure-flow method??. The relationships between the starting pressure gradient and the integrated permeability were obtained. The critical distance of limestone water penetrating into coal reservoirs was calculated. According to the drainage feature of CBM wells combined with the drainage data of some CBM wells, the results show that, when limestone water can penetrate into coal reservoirs, the daily water production is high and the daily gas production is low although there is no gas at the beginning of the drainage process, the CBM wells stop discharging water within 6 months after the gas began to come out, and the gas production is steadily improved. When limestone water can not penetrate into coal reservoirs, the daily water production is low and the daily gas production is high at the beginning of the drainage process, and it almost stops discharging water after some time when the gas come out, the daily gas production increases, and the cumulative water production is much lower.     

低透煤层化学改性增透技术研究现状及展望

我国煤储层的赋存特征概括为微孔隙、强吸附、低渗透,这些赋存特征严重抑制了煤层气的开采,在此基础上,储层改造技术被广泛提出.针对低透气性煤层,国内外学者提出水力压裂、水力割缝、预裂爆破等储层增透技术,这些技术均存在增透范围小、裂隙闭合快、水锁效应等问题.有学者提出采用化学方法改造煤层,利用化学试剂改变煤层理化性质继而达到...     

纳米材料稳定的微泡沫钻井液降低煤层气储层伤害的实验研究

针对我国煤层气储层低孔低压的特点,笔者提出采用纳米材料暂堵技术与可循环微泡沫钻井液相结合的技术思路。通过泡沫钻井液稳定性评价、钻井液性能参数测试与微观形态观测、煤岩膨胀性测试、煤岩滚动回收率评价、原状煤岩气体渗透率测试等方法,对纳米材料稳定的微泡沫钻井液降低煤层气储层伤害的能力进行了评价。结果表明：纳米材料可以提高泡沫钻井液的稳定性;纳米材料稳定的微泡沫钻井液密度（0.7~1.0 g/cm 3）与黏度指标可控,并且能有效抑制煤岩基质吸水膨胀,可满足低孔低压煤层的钻进要求;纳米材料稳定的微泡沫钻井液可有效封堵低孔低渗煤层,而通过表层切片处理后,煤岩气体渗透率恢复率达72%~96%。综合来看,纳米材料稳定的微泡沫钻井液不仅可以保证煤层稳定,还能降低对煤储层的伤害,适合低孔低压煤层气储层钻进。     

黔西煤层气成藏特性空间分异及其对开发的启示

黔西地区煤层气资源丰富,但赋存条件复杂,开发难度较大。基于该区煤层气井注入-压降试井数据,重新厘定了本区煤储层渗透率划分方案,分析了地应力及其控制下渗透率、压力系统、气藏类型的空间分异特征,探讨了地应力的控藏效应及其对煤层气开发的启示:区域上,六盘水煤田地应力显著高于织纳煤田,煤储层渗透率为中低渗—低渗水平,异常超压发育,具有"应力封闭"特征,而织纳煤田煤储层渗透率为中渗—中低渗水平,以欠压状态为主,表现为"压力驱动"特点,可实现压降自由传递;垂向上,300 m和600 m为黔西地区地应力的转换深度,也是控制煤层气成藏特征的临界埋深线,300 m以浅以水平应力为主导,300~600 m水平应力与垂直应力共同作用,异常高压发育,600 m以深以垂直应力占主导。600 m以浅有利于统一流体压力系统的发育,以深有利于多层叠置流体压力系统的形成,并使气藏资源类型由"压力驱动型"向"应力封闭型"转变;基于成藏要素的台阶式跃变特征和多层次模糊综合评价,推测300~600 m为本区煤层气勘探开发的黄金带,织纳煤田高产井产层普遍位于该深度范围。     

天荣矿二2煤储层物性及特征

煤储层物性及特征是煤层气地质理论的重要内容,加强其研究对提高煤层气勘探开发成效至关重要。基于天荣矿地质、煤层气勘探及相关测试等资料,采用地质与煤层气地质理论对该矿二₂煤储层物性及特征进行了研究。结果表明:天荣矿二₂煤层物理性质良好,生烃物质丰富;煤层含煤性、稳定性、可采性好,煤层气含量和纯度高,可为煤层气开发提供良好对象和气源条件;煤变质程度高,煤中裂隙相对发育,但其渗透性整体较差,渗透率分异显著且普遍低下;煤储层能量较强且分异显著,煤储层压力状态为欠压—超压型,并以正常—超压煤储层压力状态为主,有利于煤层气高产富集。     

地层压力与煤体结构耦合机理及其对含气性的影响

我国煤层气地质条件较为复杂,多遭受剧烈的后期改造,地质构造破坏严重,大部分煤层气资源埋深较深,使得勘探开发难度增大。煤层含气性作为计算煤层气资源量的关键参数,对含气性影响因素进一步分析至关重要。基于全国41个主要煤层气区块/矿区的地质资料,选取煤阶和地层压力这两个最为重深刻的因素进行分析,结果表明：1）型煤体结构产生韧性变形,地层压力释放,割理缝宽度减小,煤体重新压实,导致压力梯度高,含气量最高;型煤体结构产生脆性变形,地层压力释放,割理裂缝发育地层压力梯度低,含气量最小。2）地层压力与含气量基本是正相关关系,地层异常高压区对含气量有正向贡献,异常低压区不利于气体保存,正常压力区含气量高低不一。3）压力梯度与媒体结构可通过构造变形为纽带,产生耦合关系,影响储层含气性。