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。     

沁水盆地赵庄井田煤层气产出特征及其影响因素

沁水盆地赵庄井田3~#煤的煤层气虽然资源丰度高,但由于储集物性差等因素,导致煤层气解吸、扩散、运移产出速度缓慢,不但煤层气井单井产量低,而且产量衰减快,稳产期短,煤层气开发难度大。因此,针对煤层气产出不理想的情况,采用室内实验模拟结果和现场测试分析数据相结合方法对影响煤层气产出的原因进行了分析,指出了煤层气产出困难的3个主要影响因素:(1)3~#煤层裂缝极为发育,裂隙连通性差、充填堵塞严重;3~#煤大孔占比少,细孔、微孔占比大,煤层的渗流条件差,煤层的可动流体饱和度低,排水降压可产出的孔隙流体少,气体可解吸、扩散、渗流产出量少,致使煤层气的产出程度低;(2)3~#煤的临储比和含气饱和度低,煤层气井排水降压的可降幅程度小,压降漏斗的扩展面积小,致使产气效果较差;(3)煤层的塑性强、应力差异系数小,煤层与围岩的应力差小,煤层压裂裂缝延伸难度大,裂缝容易突破顶底板纵向延伸,压裂容易形成多裂缝,限制了裂缝长度的扩展延伸,致使压裂增产效果差。并提出优选煤层气开发有利区域、强化煤层压裂改造措施和分段压裂水平井抽采技术是实现赵庄井田3~#煤层下一步煤层气高效开发的3个有利措施。     

山西延川南煤层气田2号煤层煤相研究——煤层气开发选区意义

基于延川南煤层气田2号煤层煤相分析的基础上,探讨了煤层气富集规律与煤层煤相的关系。研究结果表明:2号煤层主要发育于下三角洲平原,其泥炭沼泽具有覆水相对较深、水体活跃、还原性较强的特征。煤层中镜/惰比、灰分产率和硫含量的平面变化比较好的表明泥炭沼泽的微相分布。煤层煤相与煤层气含量分布具有好的一致性,高镜/惰比和低灰分产率煤层具有高的煤层气含量,低镜/惰比和高灰分产率煤层具有低的煤层气含量,高的煤层气产能区主要分布于煤层厚度大、高镜/惰比和低灰分产率区。     

不同变形程度煤的吸附时间及其影响因素

基于沁水盆地南部长治和安泽区块103口煤层气井的实测资料,探讨不同变形程度煤的吸附时间及其影响因素。研究结果表明,不同变形程度煤的孔隙结构导致其解吸特征具有较大差异。随着煤变形程度的增加,吸附时间迅速减小。相对于未变形煤和弱变形煤,强变形煤由于裂隙和大、中孔隙发育较多且连通性较好,导致甲烷运移距离较短,解吸速率较大且解吸量急剧增加,吸附时间显著减小;解吸后期,强变形煤由于小孔隙和微孔隙发育,吸附能力增强且连通性较差,导致甲烷解吸和运移的难度增大,解吸速率迅速下降,而弱变形煤和未变形煤受孔隙、裂隙特征和取心煤样几何形态的共同影响,解吸速率变化较小且吸附时间较长。依据煤层气井排采数据可知,煤的变形程度差异是导致煤层气井产气量不同的主要原因,明确煤的吸附时间可以为预测煤层气井的产气量提供依据。     

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。     

高低煤阶煤层气解吸机理差异性分析

煤层的解吸作用是当煤储层压力降低时，甲烷吸附气从煤层中逸出的过程。大多数人认为煤层气的解吸过程是随着时间推移解吸量单一下降的过程，但通过实验解吸数据以及实验区块生产排采的实际情况，发现煤层甲烷解吸过程决不是单一下降的过程，并且高低煤阶有非常大的差异。高煤阶经历了快速下降到升高到再下降的过程，出现了一个波峰。低煤阶煤的解吸则出现了两个波峰。解吸过程中解吸量在快速下降后又升高的主要原因是煤基质收缩效应和自调节效应，而本质原因是高低煤阶不同的分子结构特征以及孔隙、裂隙、割理发育特征差异所导致的。     

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。     

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煤层是一种低孔隙度、低渗透率的非常规储集层。由于煤的组成、结构及演化完全不同于常规的无机岩储层，所以煤储层具有其自身的特征。研究了煤的孔隙特征、孔隙度、渗透率、吸附性能和煤的机械性质等储层特征，结果认为其孔隙特征、渗透能力、吸附能力等主要由煤的原始组成、变质程度两大因素控制；煤具很大的内表面积，吸附能力强，煤层甲烷气主要以吸附状态赋存于煤层中。     

应力条件制约下不同埋深煤储层物性差异演化

以鄂尔多斯盆地东缘煤储层为研究对象,采用水力致裂法获取地应力参数,同时利用实验室模拟技术,结合现场测试数据,从煤储层储集性和渗透性两方面开展应力条件下煤储层物性演化机理研究。随着煤层埋深的增大,地应力增高,煤岩孔隙受压闭合,煤储层孔隙度在应力作用下呈指数规律降低;不同煤阶煤岩各级孔径的孔隙在应力作用下的变形特征存在较大差异,随着应力增大,低煤阶煤岩大中孔体积下降明显,而中、高煤阶煤岩微小孔体积的下降幅度要高于大中孔。不同埋深和应力作用下的煤体变形和渗透率变化可分为3个阶段:埋深在600 m以内,地应力较低,煤岩裂隙发育较好,煤储层渗透率变化范围较宽;埋深在600~900 m,煤层处于三向受压状态,裂隙易受压闭合,渗透率普遍小于0.5 mD;埋深在900 m以下,地应力变强,且煤层受力不均,垂直主应力大于水平主应力,易产生新裂隙,煤储层渗透率出现高值。     

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     

晋城寺河矿东区3~#煤储层流体压力特征研究

煤层瓦斯原位探测技术能够完整的记录煤层瓦斯流体的细节变化。利用煤层瓦斯原位探测技术,对寺河东四盘区3#煤储层流体压力进行测试。3#煤储层的宏观以及显微观察结果表明寺河3#煤储层裂隙系统具有很强的非均质性,抽放后的残留煤层瓦斯流体的运移具有明显的瞬时波动性;该残留气体的压力总体比较低。流体的运移在不同的煤岩体以及不同的裂隙发育带具有不同的特点,流体的压力变化也与裂隙带发育特征有关。     

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...     

黔西比德—三塘盆地独立叠置含煤层气系统垂向分布与煤储层吸附—渗流特征

通过系统采集黔西比德—三塘盆地2口典型钻孔的煤与岩石样品,对岩样分别开展压汞、突破压力、扫描电镜和铸体薄片实验,对煤样开展压汞与液氮测试,以探索独立叠置含煤层气系统的分布规律和形成机制,以及多煤层与多含气系统叠置条件下煤储层的吸附与渗流特征,结果表明:层序地层格架控制了煤层围岩渗流能力的垂向变化,进而控制了含气系统的垂向分布,具体表现为最大海泛面位置发育区域稳定分布的海相泥岩,其中黄铁矿、菱铁矿、碳酸盐胶结作用强烈,岩性高度致密,孔隙极不发育且突破压力较高,可构成区域性的隔水阻气层;而层序界面附近岩层由于沉积间断时期的暴露、冲刷、淋滤造成次生孔隙发育,增强了岩层的渗透性能,使得相邻煤层存在含气性联系。基于此认识,以最大海泛面为界,将含煤地层划分为1~5号煤、6~13号煤、14~21号煤、22~32号煤及33~35号煤共5套独立含气系统。2号煤和35号煤具备有利于煤层气渗流的孔裂隙系统,其他煤层的渗流条件较差,6号煤具有较强的煤层气吸附储集能力,2、16、23、35号煤次之,21、30、32号煤吸附储集能力较差。     

基于光学显微观测的煤层裂隙发育特征、成因及其意义——以沁水盆地南部3~#煤层为例

基于光学显微观测,分析了沁水盆地南部3#煤层煤岩显微组分与内生裂隙的关系,并对外生裂隙的继承改造进行分类研究。结果表明:内生裂隙成因主要体现在显微组分的力学强度和煤化作用过程中的内张力,均质镜质体由于结构和成分均一,微孔隙发育,显微脆度高,内生裂隙最为发育;根据继承改造的方向差异,将外生裂隙继承改造类型划分为延伸型、剪切型和拓张型,外生裂隙中,张裂隙和剪裂隙发育规模大,裂隙网络发育,对储层渗透率贡献大。裂隙发育特征、类型及其成因研究,有助于认识煤储层裂隙在煤层气富集成藏和勘探开发中的作用。     

鄂尔多斯盆地合阳地区煤层气赋存特征研究

鄂尔多斯盆地合阳地区是我国煤层气勘探的重要区块,在该区进行煤层气赋存特征研究并预测煤层气资源量,对其进一步的开发十分必要。 为此,从地质条件、储层特征（煤层分布、煤层埋藏深度、煤岩特征、煤储层吸附性、煤储层压力、煤储层渗透性及煤层含气性）等方面入手,分析了该区煤层气的赋存特征。结果表明：该区煤层气的保存条件优越;主要含煤地层为二叠系山西组和太原组,含煤层 11 层,可采或局部可采煤层 4 层,煤层累计厚度为 11 m 左右,主力煤层为 5 号煤层,单层厚度超过 3 m;煤质以中-高灰分、低挥发分的贫煤为主,受构造活动破坏的影响较小,煤岩的原生结构较完整,煤储层含气量高且吸附性强。煤层气资源量预测结果表明：该区煤层气主要分布在埋深小于 1 600 m 的范围内,煤层气资源量约为 442.72 亿 m³,其中埋藏深度小于 1 300 m 的煤层气资源量约为 335.01 亿 m³。 由此可见,合阳地区煤层气具有很好的勘探开发前景。     

某油田长3低渗透率低电阻率油层分析与识别方法

某油田长3油层分布面积广、储层变化大,存在大量低电阻率油层,测井解释难度较大。为更好地认识储层的特点和识别孔隙流体性质,通过实验对储层岩石组成、充填物的成分及含量、孔隙结构等微观特性进行分析,总结储层的测井响应特征,确定导致该油层表现为低电阻率的主要原因。长3储层物性主要受充填物和孔隙结构的影响,高束缚水饱和度和高矿化度地层水则是影响其低电阻率的2个主要因素。常规测井解释方法对该区长3油层的识别具有一定的效果,但使用单一解释方法容易造成误判,核磁共振和阵列感应测井方法摆脱了仅依靠电阻率判断含油性的缺陷,在低电阻率油层识别上具有优势。     

呼和湖凹陷南部煤层气储层特征及富集区优选

呼和湖凹陷煤层气资源量大,是煤层气勘探开发的有利地区。以钻井、测井和三维地震资料为基础,应用地质统计学反演方法和三维地震蚂蚁体、相干体、曲率体属性分析技术,对呼和湖凹陷大二段3大主力煤层开展煤层厚度、孔隙度、渗透率和裂缝发育特征的平面分布预测,分析了其平面展布特征。研究结果表明:3大煤层大部分都比较发育,单层厚度3~9m;孔隙度的分布特征为1号煤层整体较高,其他两层存在局部高值区;渗透率最发育的是3号煤层;裂缝主要发育在两条大断裂附近,在凹陷中间微裂缝较发育。通过对影响煤层气富集的煤层厚度、构造、储层物性和盖层等多种因素综合分析评价,分别优选了3套煤层的煤层气富集区,为煤层气勘探部署和开采提供了有利目标。     

延川南地区煤储层孔裂隙特征研究

借助于显微裂隙分析、压汞孔隙分析和低温氮吸附等手段,研究了延川南地区煤储层孔裂隙特征。研究表明:该区煤储层显微裂隙较不发育,多以宽度小于5μm且长度小于300μm的裂隙为主体;孔隙类型以吸附孔占据主导地位,渗流孔相对不发育,连通性较差;随构造变形强度的增加,开放性孔逐步转化为细颈瓶孔,过渡孔比例下降,微孔大幅度升高,比表面积加大,纳米级孔隙总孔容升高。     

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。     

低煤阶煤储层物性演化特征及其对储层评价的影响

“第一次煤化作用跃变”使煤储层的物性在煤化作用早期阶段发生了显著的变化。鉴于这一物性动态变化特征,为厘定煤化作用跃变前后低煤阶有利煤储层的评价参数和标准,在系统采集中国主要盆地低煤阶煤岩样品的基础上,通过系列实验分析手段,研究了早期煤化作用过程中低煤阶煤储层的物质组成、孔隙-裂隙系统、储层物性等方面的变化规律。在煤化作用早期阶段,孔隙类型的变化主要表现为原生孔的破坏与收缩、后生孔和割理的形成。储集空间由以发育大孔和中孔为主的孔隙型分布,逐渐变化为以发育孔隙、裂隙为主。从褐煤到低煤阶烟煤,随着煤化作用进行,煤储层的孔隙度呈现出先快速降低之后缓慢增高的趋势;渗透率整体呈现增高的趋势;甲烷的吸附能力逐渐增强,吸附气比例逐渐增加。在详细描述"第一次煤化作用跃变"前后低煤阶煤储层的孔隙类型、孔径分布、孔隙度、渗透率及气体赋存方式的基础上,提出了褐煤与低煤阶烟煤储层评价参数权重与隶属度的差异化处理方法,以期为中国低煤阶煤层气的勘探开发提供科学依据。