沁南-夏店区块煤储层地应力条件及其对渗透性的影响

采用水力压裂测试地应力方法,对沁南-夏店区块19口煤层气井3#煤层地应力分布进行了测试,并建立了3#煤层地应力、渗透率与煤层埋深以及储层渗透性与地应力之间的相关关系和模型,分析了地应力对煤储层渗透性的影响。结果表明:沁南-夏店区块最大水平主应力梯度为2.39~4.49 MPa/hm,平均为3.49 MPa/hm;最小水平主应力梯度为1.48~2.45 MPa/hm,平均为1.99 MPa/hm。煤储层渗透性受控于现今地应力和所处应力状态,煤储层现今地应力随深度的增加呈线性增大规律,煤储层渗透率与地应力之间服从负指数函数关系。煤储层埋深600 m以内,现今最小水平主应力小于12 MPa,煤储层渗透性相对较好,试井渗透率大于0.25 mD;埋深600~950 m,现今最小水平主应力为12~20 MPa,煤储层渗透性变差,试井渗透率平均为0.05~0.25 mD;埋深大于950 m,煤储层最小水平主应力大于20 MPa,试井渗透率平均小于0.05 mD。     

深部煤层气成藏条件特殊性及其临界深度探讨

深煤层概念及其评价指标的科学界定,是推动深部煤层气基础理论研究的基础。基于对地应力、含气性、储层物性及岩石力学性质等随煤层埋深变化特征的分析结果显示:相对浅部,深部煤孔隙结构变化小,中孔-微孔比例趋于均一;煤层含气量与埋深之间存在一个“临界深度”,超过此埋深之后含气量随埋深进一步增大而趋于降低;渗透率的常用对数与埋深呈线性负相关关系,暗示深部煤储层趋于致密化;深部围压正效应和温度负效应强弱相互转换,煤岩弹性模量随着埋深增加存在“拐点”。构建了基于地应力、饱和含气量、渗透率等深煤层界定指标体系。以沁水盆地为例,将该盆地深煤层界定在750m以深。即在此深度以深,煤层气成藏特征开始发生转换,其开发须针对储层特性变化采取相应的措施。      

煤层气储层孔渗参数的应力响应特征

由于煤岩质软易碎且力学强度小,煤层气储层具有较强的应力敏感性。在开发排采过程中受孔隙流体压力减小、有效应力增大的影响,储层中的孔-裂隙发生闭合,孔隙度和渗透率降低,致密程度增强,煤岩体对应力的响应程度也随之发生改变。基于力学形变理论,通过推导建立耦合力学应变的孔渗模型,计算并分析轴向应力作用下的煤岩孔隙度和渗透率变化规律,并采用"平均孔隙压缩系数"函数代替传统火柴束模型中的孔隙压缩系数常量,形成改进火柴束模型,以此来分析孔隙压缩系数改变对孔渗参数的影响。结果表明:随轴向应力增加,煤岩的孔隙度、渗透率及孔隙压缩系数均减小;孔渗参数与轴向应力之间满足负指数型数量关系;孔隙压缩系数随轴向应力的动态变化引起孔隙度和渗透率随轴向应力降低的速率减慢。因此,煤层气储层孔渗参数与应力应变之间具有地质关联性,评判储层物性时应考虑孔渗参数的应力敏感程度。     

构造抬升对高、低煤阶煤层气藏储集层物性的影响

构造抬升对高、低煤阶煤层气藏储集层物性的影响具有显著差异。低煤阶煤层主要为基质型孔隙，高煤阶煤层主要为裂隙型孔隙。煤岩储集层原地受力分析表明，构造抬升使得基质承受的压力降低。构造抬升模拟实验及煤基质、裂隙渗透率应力敏感性实验表明，构造抬升后煤层压力传导加速，割理开启，渗透率变大；基质渗透率比裂隙渗透率的应力敏感性弱。分析认为：构造抬升对高煤阶煤储集层物性影响明显，地层压力降低，割理、裂缝开启，裂隙渗透率显著增强；高煤阶煤层强烈抬升会使其渗透率增大，造成气体大量散失，对煤层气聚集不利；低煤阶煤层储集层物性受构造抬升影响较弱，由于构造抬升，压力降低，煤层气运移速率增大，对煤层气开采有利。图4参19     

煤变质程度对中低阶煤储层孔裂隙发育的控制作用

煤变质程度是控制煤储层物性的关键因素,不同煤阶煤储层孔裂隙发育特征存在较大差异。以鄂尔多斯盆地东缘山西组煤层为例,基于SEM、荧光显微观察、压汞、低温液氮吸附、低场核磁共振和X-CT扫描三维重构等实验技术手段,研究不同煤阶煤储层物性特征及变化规律,揭示煤变质程度对孔裂隙发育的控制作用规律。研究表明:随着变质程度增高,煤中植物组织孔、粒间孔等原生孔隙减少而气孔等次生孔隙增加;孔隙度呈"减小—增大—减小"的波状变化,大中孔比例先减小后趋于稳定,微小孔比例变化趋势与之相反;吸附孔孔径增大,BJH总孔体积和BET比表面积减小,孔隙结构趋于均一而孔隙表面先变粗糙后逐渐光滑;煤中裂隙先减少后增加,裂隙性质逐渐变好,裂隙排列逐渐规则化。     

澳大利亚M区块低煤阶煤层气井产能主控因素及合理开发方式

为了研究低煤阶煤储层资源,结合低煤阶煤层气井的生产特征和气田地质模型资料,建立了低煤阶煤层气井数值模型,并进行了产能影响因素敏感性分析,明确了影响煤层气井产能的主控因素,基于储层物性划分,开展了低煤阶煤层气合理开发方式的优化研究。结果表明：合采井纵向穿过J和T共2套煤层组,纵向储层控制程度高、排水量大,有助于降压解吸,增加单井产量;影响低煤阶煤层气井产能的主控因素有累计净厚度、渗透率、含气量、井距和含气饱和度;埋深< 250 m的储层最优井距为1 500 m,埋深为250～350 m的储层最优井距为1 200 m,埋深为350～400 m和埋深为400～450 m的储层最优井距为1 000 m,埋深450～600 m的储层最优井距为800 m,埋深> 650 m的储层最优井距为700 m。该项研究为气田的有利区筛选和开发优化提供了理论基础和技术支撑。     

临汾区块上主力煤层地应力场特征

文中对临汾区块33口煤层气探井主力煤层水力压裂获得的地应力数据进行了分析,认为该煤层储层压力、破裂压力和闭合压力均与煤层埋藏深度呈线性正相关关系。1 070 m以上,煤层地应力状态以垂直应力(σv)大于水平最大主应力(σH)大于水平最小主应力(σh)为主,最小主应力小于15 MPa,煤层处于伸张状态;1 070~1 200 m,煤层地应力状态转化为水平最大主应力,约等于垂直应力,约等于水平最小主应力,最小主应力15~20 MPa,煤层由伸张状态向挤压状态过渡;1200~1 500 m,煤层地应力状态转化为水平最大主应力,约等于垂直应力大于水平最小主应力,最小主应力大于20 MPa,煤层处于挤压状态。随着煤层最小地应力的不断增大,煤层的渗透性不断下降,裂缝逐渐减小,趋于闭合;煤层最大水平主应力方向主要为NEE方向。     

基于变孔隙压缩系数的深部低阶煤层渗透率实验

深部低煤阶煤渗透率研究可为深部煤层气评价选区提供关键依据。基于应力-孔隙压缩系数-渗透率三者关系理论分析,利用高温覆压孔渗透实验数据,构建了变孔隙压缩系数下深部煤层渗透率预测模型。实验结果显示,变孔隙压缩系数下渗透率的预测模型较定孔隙压缩系数下渗透率预测模型能更为准确描述深部煤层渗透率,老君庙矿区的初始孔隙压缩系数为0.09 MPa^-1,孔隙压力随有效应力变化的衰减系数为0.07 MPa^-1,且初始渗透率随着温度升高而降低。根据孔隙压缩系数的定义,计算得到孔隙压缩系数。计算结果显示：实测孔隙压缩系数与拟合孔隙压缩系数之间的相关性较强;随着埋深增加,定孔隙压缩系数较变孔隙压缩系数模型下预测的渗透率偏低,揭示了该地区深部煤层渗透率并非如前所预期之悲观,仍存在一定可采潜力。     

深部煤层气成藏效应及其耦合关系

深部煤层气是中国非常规天然气勘探的一个新领域。从深部地应力状态转换、深部煤层吸附能力地温场负效应、深部温压下煤岩物理性质特殊性3个方面,分析了深部煤层气成藏的地质条件及其基本原理,论证了深部煤层气成藏效应的特殊性。结果显示：深部地应力状态发生转换的临界深度与水平最大主应力有关,对转换临界深度以深的煤储层渗透率造成不利影响;深部地温场对煤层吸附能力影响的负效应大于地层压力的正效应,造成深部煤层含气量同样存在一个临界深度,不能简单采用浅部梯度予以推测;围压是影响深部煤岩力学性质的主要因素,温度和流体压力对煤岩力学性质的影响更为复杂,它们不同程度地影响到煤储层的孔隙性、渗透性和吸附性。由于煤层围岩渗流能力的差异,深部煤层流体压力系统明显受含煤地层沉积格架的控制,可能导致同一套含煤地层中煤层与非煤储层分属于不同的含气系统。在此基础上,进一步提出了“四步递阶”的深部煤层气成藏效应耦合分析思路,为建立深部煤层气有利区带优选方法提供了基础。     

黔北小林华矿区高阶煤层气藏特征及开采技术

为了揭示黔北小林华矿区煤层气成藏特征,从构造、水文地质、含煤性、储集性、封盖条件等方面,分析了该矿区煤层气赋存的基本地质条件,并研究了主力煤层的储层特征。结果表明:煤层气资源主要赋存于上二叠统龙潭组上、下2个煤组的5层主要煤层中,煤层单层厚度较薄,累计厚度较大,煤阶为3号无烟煤,煤岩原生结构较完整;煤储层埋深适中、含气量高、吸附性强,储层压力梯度平均为0.87 MPa/100 m,孔隙连通性较好,孔隙度平均为2.95%,渗透率平均为0.03 mD,并提出了目标煤层、钻井工艺、压裂改造、合层排采等方面的建议。该矿区高阶煤层气保存条件优越,且下煤组煤层总体优于上煤组煤层,适宜进行煤层气地面开发。     

华北地区煤储层渗透率的外在影响因素分析

通过对华北地区16个目标区60层次的试井渗透率的统计发现，在我国华北地区复杂的地质背景下，原地应力等外在因素对于煤储层渗透率的影响是很显著的。研究表明，煤层渗透率的决定因素是原地应力，煤层埋藏深度对渗透率的影响是第二位的。渗透率随地应力增大而减小；渗透率与埋藏深度之间的关系受原地应力的影响。只有区别不同应力环境，才能分析渗透率随深度变化的趋势。通过分析煤储层渗透率的外在影响因素，对于与预测煤层气的解吸特征，为下一步做好压裂设计，达到增产效果起到了积极的作用。     

东营凹陷沙河街组近岸水下扇低渗储层成因

为了阐明渤海湾盆地东营凹陷北部陡坡带近岸水下扇低渗储层成因,应用岩心和储层分析资料,通过储层岩石特征、成岩作用、成岩序列和孔隙演化及其控制因素分析,指出东营凹陷北部沙河街组近岸水下扇砂体由长石砂岩、长石质岩屑砂岩等构成,储层经历了较强机械压实作用、碳酸盐胶结作用、碳酸盐和长石溶解作用等成岩作用,现储层埋深1 700~3 500 m,处于中成岩演化阶段,总体形成了中低孔低渗（孔隙度平均为11.3%,渗透率平均为23.12×10^-3 μm²）储层。储层中低孔低渗主要受控于较强的压实作用和较强的碳酸盐胶结作用,但溶蚀成岩作用对于改善储层质量起到了重要作用。主要在2 900~3 200 m深度段,有机酸对砂岩长石颗粒的溶蚀,形成的粒间和粒内孔隙不仅增加了孔隙度,而且提高了储层渗透率,改善了储层质量（孔隙度可达到25%,渗透率达到1 000×10^-3 μm²）。显然,发现溶蚀作用及其形成的次生孔隙发育深度段对于预测有利储层是非常重要的。     

惠民凹陷沙河街组基山三角洲中孔低渗储层成岩作用和有利储层成因

惠民凹陷沙河街组基山三角洲砂体主要由长石砂岩和岩屑长石砂岩构成。该储层在成岩演化过 程中,经历了压实、胶结、溶解和交代等成岩作用,现埋深1 600～3 500 m,处于中成岩演化阶段,总体为 中孔、低渗储层。溶蚀作用对于改善储层物性起到了重要作用,尤其是在2 400～2 600 m 深度段有机 酸对长石颗粒的溶蚀所形成的粒间和粒内孔隙,使储层孔隙度和渗透率均得到了提高,从而改善了储层 物性,其中孔隙度可达25%,渗透率可达50 mD。因此,溶蚀作用及由其产生的次生孔隙发育段对于有 利储层的预测非常重要。     

沁水盆地郑庄区块煤储层水力压裂曲线类型及其地质影响因素

基于郑庄区块64口直井的压裂曲线分析,对水力压裂裂缝的扩展规律进行了总结,深入探讨了水力压裂曲线类型与煤体结构、天然裂缝发育、埋深和构造应力的关系。研究结果表明:最小水平主应力值较大、裂缝发育情况较差,不利于煤层起裂形成主缝,易形成上升型压裂曲线;最小水平主应力值较低、裂缝发育条件较好时,煤层容易起裂形成主缝,易形成下降型、稳定型和波动A型曲线;当垂向主应力与最小水平主应力相差不大时,易同时发育水平缝和垂直缝,形成波动B型曲线。大样煤岩压裂模拟实验表明该评价结果具有较好适用性。     

珠江口盆地陆丰凹陷深层砂岩储层特征及主控因素

珠江口盆地陆丰凹陷深层碎屑岩储层埋深普遍大于3 000 m,储层质量较差且非均质性强,制约油气高效勘探。综合运用岩心、薄片鉴定、物性测试、压汞测试以及测录井等分析手段,对陆丰凹陷古近系文昌组和恩平组深埋碎屑岩开展了储层岩石学特征、成岩作用及优质储层主控因素研究。研究表明,古近系文昌组岩石类型为岩屑质石英砂岩,储层孔隙主要由原生孔和次生孔构成,表现为一套特低-低孔隙度（平均孔隙度为9.42%）、超低-低渗透率（平均渗透率为8.38 mD）储层特征;恩平组储层主要由长石岩屑质石英砂岩构成,储层总体属于低-中孔隙度（平均孔隙度14.66%）、低-中渗透率储层（平均渗透率为198.43 mD）,以原生孔为主。在3 600~4 400 m深度段,发育一套高孔隙度的优质储层带,主体为原生孔,可见大量次生溶蚀孔隙,孔隙度可达20%,渗透率可达263.74 mD。这套优质储层形成条件包括：①先天条件好,长距离搬运的辫状河三角洲前缘中厚层砂体,具备岩性较粗、石英含量高、杂基含量低和结构成熟度高的特征,保留了较多的原生孔隙;②与生烃液态窗埋深对应良好,有机酸易对储层中长石和岩屑产生强烈溶蚀,明显改善了储层物性;③油气充注发生在长石和岩屑溶蚀之后、晚期碳酸盐胶结物大量形成之前,是优质储层得以保存的又一重要条件。总体而言,沉积条件、溶蚀作用和油气充注时间三者的良好匹配是深层优质储层形成的根本原因。这些认识对于珠江口盆地深层油气勘探以及相似地质背景的优质储层预测具有一定的启示作用。     

火山岩储层地质研究回顾

火山岩油气藏广泛分布于全球13国家的40余个盆地中，是油气勘探的重要领域之一。经过近20年的积累，火山岩储层研究取得了丰富的成果，已成为研究的热点。研究结果表明，火山岩发育11类28型孔隙，其中原生气孔、炸裂缝和冷凝收缩缝等为特有的类型，原生孔缝与次生孔缝的组合形成优质储层；盆地内火山岩多属于中—低孔、中—低渗储层，局部可发育高孔、中—高渗储层；火山岩的孔隙度和渗透率随埋深的增大而减少，通常在3 km之上（沉）火山碎屑岩的孔隙度和渗透率高于熔岩类，在3 km之下则相反；总体来看各类岩性均可发育有利储层，但在具体的区块中只能有特定的岩性发育有利储层；岩相中有5相7亚相可成为有利相带；储层分布模式受火山地层单元约束，如熔岩流垛叶体和熔岩穹丘形成"上好下差"的模式，熔岩流储层物性高于熔岩穹丘；火山机构的中心相带储层物性好于近源相带、远源相带最差。多数有利储层分布在喷发间断不整合界面或构造不整合界面之下的200 m范围之内。盆地火山岩储层是多种成岩作用的综合叠加结果，具有复杂的形成过程，特别是火山地层经受了多次抬升和埋藏时其储层演化过程更加复杂。其中挥发分逸出、冷凝收缩、埋藏前风化、脱玻化作用等是火山岩储层特有的储层成因类型，高含量的酸性条件下易溶成分为溶蚀/溶解提供了物质基础。火山岩储层特征和分布规律研究基本达到定量阶段、而储层形成机理研究还处于定性阶段，基于火山地层单元的储层建模和孔隙成因量化研究应该是下一步研究的重点内容。     

火山岩储层地质研究回顾

火山岩油气藏广泛分布于全球13国家的40余个盆地中，是油气勘探的重要领域之一。经过近20年的积累，火山岩储层研究取得了丰富的成果，已成为研究的热点。研究结果表明，火山岩发育11类28型孔隙，其中原生气孔、炸裂缝和冷凝收缩缝等为特有的类型，原生孔缝与次生孔缝的组合形成优质储层；盆地内火山岩多属于中—低孔、中—低渗储层，局部可发育高孔、中—高渗储层；火山岩的孔隙度和渗透率随埋深的增大而减少，通常在3 km之上（沉）火山碎屑岩的孔隙度和渗透率高于熔岩类，在3 km之下则相反；总体来看各类岩性均可发育有利储层，但在具体的区块中只能有特定的岩性发育有利储层；岩相中有5相7亚相可成为有利相带；储层分布模式受火山地层单元约束，如熔岩流垛叶体和熔岩穹丘形成"上好下差"的模式，熔岩流储层物性高于熔岩穹丘；火山机构的中心相带储层物性好于近源相带、远源相带最差。多数有利储层分布在喷发间断不整合界面或构造不整合界面之下的200 m范围之内。盆地火山岩储层是多种成岩作用的综合叠加结果，具有复杂的形成过程，特别是火山地层经受了多次抬升和埋藏时其储层演化过程更加复杂。其中挥发分逸出、冷凝收缩、埋藏前风化、脱玻化作用等是火山岩储层特有的储层成因类型，高含量的酸性条件下易溶成分为溶蚀/溶解提供了物质基础。火山岩储层特征和分布规律研究基本达到定量阶段、而储层形成机理研究还处于定性阶段，基于火山地层单元的储层建模和孔隙成因量化研究应该是下一步研究的重点内容。     

7000 m以深优质砂岩储层的特征、成因机制及油气勘探意义——以库车坳陷下白垩统巴什基奇克组为例

超深层碎屑岩储层物性一般极差,单井油气产能低,但塔里木盆地库车坳陷新近钻探的博孜9井却在7 600 m以深的下白垩统巴什基奇克组仍然钻遇了优质厚层储层,并获得了高产工业气流。为了揭示该储层的特征和成因、降低超深层油气勘探的风险,基于岩心、测井和实验分析等资料,结合区域温压条件和储层埋藏演化史,探讨了巴什基奇克组储层的特征、形成机制及其油气勘探意义。研究结果表明:①该区巴什基奇克组超深层储层岩石类型为中、细粒长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩,颗粒呈点—线接触,储集空间以原生粒间孔为主,现今仍处于中成岩演化阶段;②与其他超深层裂缝性低孔砂岩储层不同,该套超深层储层为孔隙型储层,孔隙度介于4%～13%,渗透率介于0.1～50.0 mD,孔渗相关性较好;③巴什基奇克组沉积期广泛发育三角洲前缘厚层砂体,中、细砂岩占比超过85%,颗粒抗压能力强,此后储层经历了早—中期长时间浅埋藏,晚期快速深埋,埋藏压实效应较弱,晚期上覆古近系巨厚膏盐岩层受冲断挤压形成顶蓬构造,进一步抑制垂向压实,同时研究区远离造山带和构造转换带,侧向挤压应力弱,原生粒间孔得以大量保存。结论认为:粗岩性、弱压实和低构造应力是该套超深层优质储层发育的关键;7 000 m以深规模有效储层的发育为库车坳陷天然气高丰度富集和万亿立方米储量规模提供了有利的物质条件,油气勘探潜力巨大。