构造煤孔隙结构对煤层气产气特征的影响

采用压汞实验和低温液氮吸附实验分析了构造煤的孔隙结构特征,结合地面煤层气抽采试验,探讨了孔隙对煤层气产气特征的影响。论文将煤中孔隙划分为4种类型:吸附孔隙(孔径小于10nm)、游离孔隙(孔径10~100nm)、扩散孔隙(孔径100~1 000nm)和渗流孔隙(孔径大于1 000nm)。研究发现构造煤孔隙系统呈"两极化"分布,即吸附孔隙、游离孔隙、渗流孔隙居多,扩散孔隙少;孔隙类型主要以圆筒形孔、墨水瓶形孔和狭缝平板形为主。构造煤的孔隙系统决定了煤中气体储集量大、但产出运移通道不畅,由此导致地面煤层气井排采过程中的波动产气特征。     

黔西比德——三塘盆地多层叠置独立含煤层气系统发育规律与控制机理

在多煤层含煤地层中,往往形成垂向上叠置发育的多个独立含煤层气系统,严重影响了多煤层合排效果。以黔西比德—三塘盆地为对象,运用含气量梯度和压力系数的变异系数定量表征独立含气系统的发育程度,揭示其平面分布规律,并从构造、沉积、水文等3个方面综合分析其地质控制因素。研究认为:研究区周缘主干断裂以及由此形成的三角形构造控制了区内应力应变特点和聚煤作用,由西缘断裂带向盆地内部应力应变逐渐减弱,煤层厚度和稳定性逐渐增加,泥岩顶板渐趋发育;沉积相带呈NE向展布,并随着海水作用的增强,由西向东沉积特征发生规律性变化,砂泥比降低,沉积旋回渐趋发育,并易于形成黄铁矿、高岭石等成岩矿物充填孔隙;地下水总体由NW向SE方向径流,流动过程中渗流阻力增大,滞留程度增加。在构造、沉积、水文的耦合控制之下,独立含气系统由盆地NW向SE方向渐趋发育。依此进行了叠置含气系统发育程度分区,勘探开发实践在一定程度上佐证了分区的客观性。     

深部煤层游离气形成机理及资源意义

落实我国分布广泛、规模巨大的深部(埋深在2000m以上)煤岩地质体中的煤层气资源具有重要意义.文中以鄂尔多斯盆地8#煤为对象开展了系统研究,通过岩心含气量检测和等温吸附实验发现,深部煤层含气量高(平均高达20 m3/t),且大于地层条件下的理论吸附量;利用煤岩物性、压汞、吸附/脱附等实验结果分析认为,深部煤层含气量高是因煤系(煤)岩性圈闭中聚集了游离气.综合地层埋藏演化史和煤岩孔隙结构特征等资料研究认为:煤岩微孔吸附甲烷达到饱和后,裂隙之中聚集了大量游离态甲烷;围岩封盖能力和后期煤岩吸附增量决定了现今煤层中游离气饱和度.研究指出,深部煤层气资源通过有效储层改造后,较浅层有降本优势,是一个具有经济价值的天然气勘探开发新领域.     

高阶煤的孔隙结构特征及其对煤层气解吸的影响

以沁水盆地高阶煤3^#煤层为研究对象,借助高压压汞实验对高阶煤的孔隙参数进行测试,研究了高阶煤的孔隙结构特征,采用解吸速率实验对高阶煤的解吸速率和解吸量进行分析,并探讨了孔隙结构对煤层气解吸产出的控制规律。结果表明:3^#煤层的孔隙半径较小,煤层孔隙结构复杂;煤层主要以气体吸附孔和气体扩散孔为主,气体渗流孔占比很少,煤层的吸附气体体积大、吸附性能强、气体的扩散、渗流条件差。3^#煤层孔隙结构分形特征曲线呈"两段型",孔径大于940.7 nm时,不具有分形特征;孔径小于940.7 nm时,分形维数介于2.67~2.76之间,具有很好的分形特征。高阶煤的煤层气解吸特征具有快速解吸和慢速解吸2个阶段,快速解吸时间短,解吸量占比低;慢速解吸时间长,解吸量占比高,煤层气解吸困难。煤层的孔隙结构对煤层气的解吸具有重要影响,高阶煤较差的孔隙结构控制着煤层气解吸速率慢、解吸量低、产出程度低,煤层气井生产实践中表现为开始阶段产气量增长快,产气高峰时间短,稳产气量低、生产时间长,煤层气开发难度大。研究结果为高阶煤的煤层气抽采效果评价提供参考依据。     

韩城矿区煤储层特征及煤层气资源潜力

为了加强韩城矿区煤层气资源的系统评价工作,以覆盖全区的煤层气探井获取的原始资料为基础,对韩城矿区地质条件、煤储层特征、煤层含气性等方面进行了研究,并运用逐步回归分析的数学方法建立了煤层气资源量的计算模型,最终对煤层气资源量进行计算。研究结果表明:该区主要的含煤地层为二叠系山西组和太原组,主力煤层3号、5号和11号煤层分布稳定,镜质组含量较高,煤变质程度高,吸附煤层气的潜力较大;影响煤层含气量的主控因素为埋藏深度、构造条件、水文地质条件、镜质组反射率、灰分含量、显微组分及盖层条件;煤层含气量较高且含气饱和度高,但煤层渗透率相对较低,小于0.5m D,后期开发需要加强对煤储层的改造。煤层气资源量预测结果表明:该区煤层气总资源量为858.25×10~8m~3,资源丰度为0.93×10~8m~3/km~2,其中煤层埋深小于1200m的煤层气资源量为672.32×10~8m~3,资源丰度为1.08×10~8m~3/km~2。     

深部煤储层孔隙结构特征及其勘探意义——以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块为例

深部煤层气是煤层气勘探新领域，资源潜力巨大，2021年，鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块(大吉区块)2 000 m以深的煤层气勘探开发取得重大突破，吉深6-7平01井初期产气量达10×10⁴m³/d,揭开了盆地深部煤层气规模勘探开发的序幕。缺少针对性孔隙特征的系统研究，制约了研究区深部煤层气的高效开发。基于岩心和扫描电镜、全直径CT扫描、储集物性测试、CO₂低压吸附、N₂低压吸附、高压压汞等测试资料，系统分析了大吉区块太原组深部8号煤层的储层特征和孔隙结构，结果表明：(1)深部8号煤储层形成于潟湖相覆水森林沼泽，煤岩类型以光亮煤和半亮煤为主，有机质热演化程度高(R_o平均为2.81%),割理和裂隙较为发育，但多被次生矿物充填，有效裂缝占比低。(2)深部8号煤储层储集物性较差，基质孔隙度在3.60%～6.11%,平均为3.65%,基质渗透率在0.001～0.060 mD,平均为0.016 mD,属于特低孔、特低渗储层；孔隙类型以微孔为主，宏孔次之，介孔欠发育；微孔的比表面积占比达99...     

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。     

煤系气叠置含气系统与天然气成藏特征——以沁水盆地榆社—武乡示范区为例

中国煤系气资源丰富，其中沁水盆地是中国煤系气分布的主要盆地之一，明确煤系气叠置含气系统分布特征，有助于实现煤系气的共探合采。为此，以沁水盆地榆社—武乡示范区石炭系—二叠系含煤地层为研究对象，在分析煤系气地质特征的基础上，划分了煤系气叠置含气系统，研究了煤系气的源岩—储层共生组合特征、储层分布特征、共生成藏特征，并详细分析了示范井的压裂合采效果，预测了示范井产量。研究结果表明：(1)研究区目标煤系空间上发育3个独立叠置含气系统，其中含气系统Ⅰ是以15号煤和富有机质泥岩为主要烃源岩的“泥岩—煤—泥岩”组合；含气系统Ⅱ是以11号、12号煤和富有机质泥岩为主要烃源岩的“泥岩—砂岩—煤—泥岩”组合和以8号煤与富有机质泥岩为主要烃源岩的“泥岩—煤—砂岩—泥岩”组合；含气系统Ⅲ是以3号煤和富有机质泥岩为主要烃源岩的“泥岩—煤—砂岩”组合；(2)煤系气储层具有单层厚度薄、累计厚度大的空间展布特征，各含气系统中气藏组合类型以煤层气为主，页岩气和致密砂岩气发育较差；(3)示范井煤系气合采甜点含气层段发育于含气系统Ⅱ和Ⅲ，具备压裂合采基础，运用电缆桥塞与射孔联作投球分层压裂工艺配套技术实现了深部煤系气的有效...     

煤储层储集性能主控因素分析

煤层气主要以吸附状态存在于煤层中,而其吸附量取决于煤层的储集物性,因此研究煤层储集性能的主控因素对于煤层气的勘探和开发具有重要意义。将煤层孔隙分为基质孔隙和割理孔隙,并分析了煤层孔隙的构成特征。从煤的物质组成和演化程度方面分析了基质孔隙发育的影响因素,认为煤层基质孔隙度的影响因素主要包括显微组分、灰分含量、变质程度等;利用逐步回归分析方法研究了镜质组含量、壳质组含量、惰质组含量、灰分含量、镜质体反射率等5个参数对煤层储集性能的影响。研究认为镜质体反射率(变质程度)和惰质组含量是影响煤储层储集性能的主控因素。     

华北地区石炭二叠系煤岩与煤层气储层物性分析

本文以丰富的地质资料对华北地区石炭三叠系煤岩的割理、吸附、孔隙溶积、含气性、灰分产率进行了较为系统的研究,建立了煤岩与煤层气储层物性的关系。提出了镜质组含量高的煤岩类型有较好的煤层气储集物性条件。华北地区石炭二叠系太原组、山西组煤层在北部和南部煤岩类型相对较差,中部最好,为煤层气储集条件有利区。      

鄂尔多斯盆地东缘上古生界煤系叠置含气系统发育的沉积控制机理

鄂尔多斯盆地东缘煤层气、致密砂岩气及页岩气"三气"共存,该区上古生界煤系储层垂向上存在着多个独立的含气系统,目前对该类煤系叠置含气系统发育的沉积控制机理尚缺乏系统深入的研究。为此,基于该区临兴区块上石炭统本溪组—下二叠统山西组钻井岩心观察及钻井、测井资料分析结果,探讨了上述问题。研究结果表明:(1)该区煤系叠置含气系统的发育受控于层序格架内具低孔隙度、低渗透率和高突破压力的含菱铁矿层(关键层)的空间展布;(2)关键层的发育受控于区域海侵事件层的空间分布,主要发育于最大海泛面附近并构成叠置含气系统隔水阻气的边界;(3)二级层序内最大海泛面附近广泛发育的关键层,构成了全区稳定发育的含气系统边界,三级层序最大海泛面附近发育的关键层常因后期(水下)分流河道冲刷切割而保存不全,促使相邻层序的煤系储层组合成统一的含气系统,为该区煤层气与致密砂岩气的共采创造了有利的地质条件。     

柳林杨家坪试验区煤层气含气量模型探讨

柳林杨家坪试验区为石炭二叠系煤系地层,以四、五、八等三层为主力煤层。煤层既是煤层的生气层,又是煤层气的储集层,煤层气主要是以吸附形式储存于煤储层孔隙的内表面上。煤层作为生产层,首先必须有资源保证。煤层的分布、厚度、埋深、煤阶、灰分含量等诸多因素影响煤的含气量。含气量是客观地质存在,含气量数据受诸多地质和非地质因素的共同控制和影响。含气量模型是通过逐步回归分析的方法建立含气量与其影响因素的线性方程,进而研究各影响因素对含气量的贡献。     

煤层气的开采机理研究

煤层气为自生自储型非常规天然气资源。为了更好地开发煤层气,需要深入研究煤层气的开采机理。煤层气赋存于煤岩层的割理和基质孔隙中,以吸附状态为主,且与地层水共存。煤层气从孔隙壁面上解吸下来之后,才能被开采。开采地层水导致地层压力下降,进而导致煤层气解吸成为自由气,解吸后的煤层气沿割理渗流至井底后被采出地面。煤层气的开采过程包括脱气、解吸和渗流3个阶段。扩散不是煤层气的开采机理。     

沁水盆地南部3号与15号煤层产气量差异因素

利用扫描电镜、压汞试验资料对沁水盆地南部3号和15号煤的孔-裂隙充填特征、孔隙结构类型进行分析。在此基础上,结合88口井的排采数据,对比了两煤层的生产特征,并探讨了3号和15号煤层产气量悬殊的原因。研究表明导致15号煤层产量低的原因有:15号煤层孔隙、裂隙充填较3号煤层严重,充填物质以方解石为主,次为黄铁矿、黏土矿物,造成15号煤层渗透率明显低于3号煤层;与3号煤层相比,15号煤层大孔隙含量低且孔隙连通性差,孔径分布不利于煤层气的渗流;15号煤层埋深较3号煤层层大,厚度小于3号煤层。     

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煤层甲烷在煤储层中的储集及渗流与常规天然气大不相同，其影响因素多样而复杂。 影响煤层气产量的主要因素是煤层渗透率、煤层厚度及含气量。大量煤层气井生产实践证明，含气量是影响产量的物质基础，而渗透率是影响产量大小的控制性因素。煤层含气量与煤层厚度及埋深一般有正相关关系，而渗透率一般随埋深增加而减小。用产气潜能与产气能力将更全面地反映含气量及渗透率对煤层气井产量的影响。把含气量引入达西流产量公式也许能更真实地反映甲烷气体在煤储层中流动产出的特征。     

低渗透煤层微观孔隙结构与煤层气解吸规律

为研究低渗透煤层微观孔隙结构与气体解吸规律的关系,运用直接观测法、核磁共振法、液氮吸附法等实验手段,对鄂尔多斯盆地伊陕斜坡8号煤层煤样的含气量、孔隙度、渗透率、孔径分布等进行测定。结果显示：煤层气解吸特征与煤的孔径分布、孔的形态、孔的连通性以及比表面积、煤岩成分等因素有关;研究区相隔小于10 m的2套煤层,其孔隙特征、气体解吸规律差异均较大。其中,亮煤的微孔形态以一端开口的圆筒形孔和墨水瓶孔为主,微孔及吸附孔占比为39.2%,煤体微裂缝相对发育,但微孔与介孔的连通性较差,暗淡煤的微孔形态以一端开口的圆筒形孔为主,微孔及吸附孔占比为33.2%,微裂缝不发育,不同孔间连通性差。亮煤气体解吸初期产量大,后期衰减快,气体产出具有明显的阵发式特征;暗淡煤气体解吸初期产量小,约为亮煤的1/2,后期产量递减相对平缓。低渗煤层的开发对策应充分考虑煤层的孔隙结构、孔型、渗透性,应力敏感性、裂缝充填物种类等因素,在精细表征孔隙结构的基础上,根据煤层气不同解吸期特征,结合地质、开发条件制订合理的开发方案。该研究对认识煤层气产气机理及其控制因素,提高煤层气开采效率具有重要的指导意义。     

阜新刘家区煤层气储层特征及产能分析

目前国内低阶煤地区进行产能分析及采收率预测的较少,而刘家区煤层煤类为长焰煤,属低阶煤,已开采近20年。因此在该区进行煤层气储层特征研究及产能分析对该区煤层气开发的可采储量估算、井位部署、单井产能及生产年限预测具有重要的作用。通过对地层特征、构造特征、岩浆岩分布情况、煤层特征、煤储层封盖特征及煤层含气性、煤储层等温吸附特征、煤储层孔隙度及渗透率、煤储层原始地层压力等综合分析和评价,总结其对煤层气开发的影响。结果表明:①刘家区煤层气开发的主要目的煤层为阜新组的孙本、中间、太平上和太平下层,煤层顶板均为泥岩夹泥质砂岩及粉砂岩段,泥岩厚度大,裂隙不发育,是良好的盖层;②煤层含气量为5.65～12.50 m~3/t,煤层含气饱和度较高,有利于气体的产出;③通过对3口典型煤层气井的生产数据产量递减分析及预测,刘家区煤层气井平均累计产气量1 693×10~4 m~3,平均单井采收率63%,平均生产年限在20年以上。结论认为刘家区煤层气具有较大的开发利用价值。     

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文中重点讨论了煤孔隙的固气作用分类方案,用压汞法和液氮吸附法联合测试了沁水盆地南部煤样品煤孔隙并分析了固气作用煤孔隙发育特征,探讨了固气作用煤孔隙类型的成因与分布规律。认为：煤中存在渗流孔隙、凝聚—吸附孔隙、吸附孔隙和吸收孔隙四种固气作用孔隙类型;沁水盆地南部C—P煤储层凝聚—吸附孔隙较其他地区同煤级煤显著发育,凝聚—吸附孔隙和吸收孔隙对煤比表面积有重要贡献;煤的岩石学结构决定渗流孔隙发育,吸附孔隙、吸收孔隙与煤的有机大分子结构有关,凝聚—吸附孔隙可能是煤的有机大分子结构和岩石学结构演化共同作用的结果。     

大宁—吉县区块深部煤层气相态控制因素及含量预测模型

鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块深部煤层气资源丰富，近年来的开发实践打破了深部煤层气资源难以开发利用的传统认识。目前，深部煤层气勘探开发仍存在一系列地质难题尚未解决，特别是煤层的含气性控制因素及游离气含量预测等，严重制约着深部煤层气的资源评价与高效开发。综合利用煤层气开发地质资料和实验测试手段，对比分析大宁—吉县区块中—深部煤层(1 000～1 500 m)与深部煤层(大于1 500 m)的含气性差异，揭示了深部煤层含气性的内在与外在控制因素，建立了不同相态煤层气的含气量预测模型与垂向分布模式。研究结果表明：深部煤储层整体处于含气过饱和状态，其游离气占比为17%～43%,且随着储层压力升高呈增大的趋势，游离气含量与含水饱和度呈负相关关系。在达到吸附饱和之前，煤储层压力对煤层吸附甲烷有促进作用，而温度和水分则会抑制甲烷的吸附作用。相对于低阶煤而言，高阶煤对甲烷的吸附能力更强，这主要与煤岩的物质组成、孔隙结构、甲烷分子与煤表面之间发生的物理化学反应等因素相关。受多种因素共同制约，煤层中的吸附气含量随着埋深的增大呈现出“快速升高—增速减缓—缓慢下降”的变化趋势，游离气含量呈现出“稳定升高—增速...     

贵州西部织金区块多煤层条件下煤层气开发序列

贵州西部地区二叠系含煤层系广泛发育,但单层薄、层数多,多煤层分布导致煤层气藏多层叠置,煤层气地质条件复杂、开发难度大。为最大限度地发挥煤层气井的生产潜力、提高煤层气田的开发效益,明确多煤层条件下煤层气的开发序列就显得尤为重要。为此以该区织金区块为例,根据煤层间距和岩性组合,将煤层划分为上、中、下3个煤组,分析了煤层的含气性、煤体结构和煤层顶底板封闭性,结合煤层探井试采结果,确定了该区多煤层条件下煤层气的开发序列。结论认为：①地层岩性变化与煤层纵向分布限制了该区单层煤层气的开发;②下煤组作为优先开发层系;③采用整体开发,直井和定向井结合,逐层压裂的思路,首先动用下煤组4层（23号、27号、30号、32号煤层）煤层气资源,而将中、上煤组作为后备接替层系。