煤储层弹性能及其对煤层气成藏的控制作用

煤层气成藏维系于其能量平衡系统, 其核心是能量的有效传递及其地质选择过程. 煤储层弹性能包括煤基块弹性能、水体弹性能和气体弹性能. 在结合煤样力学实验的基础上, 对不同弹性能进行了定量分析研究, 并深入探讨了煤储层弹性能对煤层气成藏的控制作用, 结果表明: 当气藏无边水、底水时, 在成藏初期阶段, 储层的储气能力主要由煤基块弹性能控制, 气体弹性能的影响力次之, 水体弹性能影响最小. 在成藏中后期阶段, 储能主要受气体弹性能控制; 当气藏有边水、底水时, 初期阶段的储能主要以煤基块弹性能和气体弹性能为主, 但是随着水体增大, 水体弹性能的影响力增大. 中后期阶段, 还是以气体弹性能的影响为主, 占中后期全部储能的80%以上. 总之, 煤层气藏在形成初期以储存煤基块弹性能为主, 中后期以储存气体弹性能为主, 整个过程中, 水体越大, 水体弹性能对成藏的影响越大. 研究认为: 煤储层弹性能越高, 越有利于煤层气的富集成藏. 其中, 高的煤基块弹性能和气体弹性能, 有利于气藏高产, 而高的水体弹性能, 则有利于气藏稳产. 因此, 评价煤层气成藏的关键是煤储层弹性能量.     

煤层气储层裂隙检测的WOA-BP算法及应用研究

煤层气储层中裂隙的发育及空间展布特征对煤层气的勘探、开发和利用具有至关重要作用.煤层气储层裂隙检测的WOA-BP算法是将WOA(Whale Optimization Algorithm)与BP(Back Propagation)有机结合形成优势样本和二次误差控制的稳健而有效的储层裂隙检测方法.在实际地震数据中提取反映煤层裂隙的相干属性、方位角属性、倾角属性、曲率属性、构形张量属性、加权瞬时频率属性,并将其作为WOA改进的BP神经网络的输入数据,进行煤层气储层裂隙综合检测分析.以井数据、已知井产量数据、岩心薄片分析结果综合建立优势样本作为WOA优化算法改进的BP神经网络的输出评判标准,对研究区域煤层气储层裂隙综合检测分析的结果表明:WOA-BP网络能够继承和发展已有属性的优势,获得裂隙发育水平S_evlt值及分级标准,对煤层气储层裂隙发育程度进行了精细刻画,在研究区内,划分出四个裂缝存在区块,获得了优质煤层气储层,取得了很好的地质效果和勘探开发效果.WOA-BP方法促进了微裂缝预测的发展,将微裂缝预测提高到一个新的水平.     

煤层气储层物性影响因素和预测方法综述与展望

为了解决煤储层物性的预测方法问题,本文基于大量的文献调研,梳理了煤储层孔隙性和渗透性的影响因素和预测方法,并进行了预测技术展望.研究表明,孔隙性影响因素主要有煤层埋深、压实作用、变质程度和显微组分等,孔隙度预测方法主要有双侧向迭代法、阿尔奇公式裂缝孔隙度估算法、双侧向数值模拟法、相关分析方法及支持向量机等方法;渗透性影响因素主要有煤层埋深、储层压力、煤的变质程度、煤体结构、煤岩组分、应力状态、基质收缩作用和裂隙系统发育程度等,渗透性预测方法主要有F-S计算方法、基于达西定律的计算方法、相关分析法及多层次模糊综合评判法等其他方法.本文认为遵循“地质约束测井、岩心刻度测井”的原则,加强煤层气储层岩石物理研究和物性影响因素分析是基础;常规测井信息与测井新技术信息结合,“多尺度信息融合”建立煤岩孔隙度和渗透率解释新模型,充分发挥多种非线性数学方法的优势构建煤岩物性非线性数学预测方法有一定的实际意义.     

裂隙充填型天然气水合物储层的各向异性饱和度新估算及其裂隙定量评价

天然气水合物有时会以结核状、层状、脉状或块状等裂隙形态发育在深水盆地的细粒泥质沉积物中,该类型天然气水合物被称为裂隙充填型.与孔隙充填型不同,裂隙充填型天然气水合物储层由于裂隙的出现,在测井速度、电阻率和地震数据上会呈现明显的各向异性特征.本文利用细层层状介质模型和有效介质理论(EMT)新估算出印度克里希纳—戈达瓦里(K-G)盆地NGHP-01-10A和10D孔裂隙充填型水合物储层的各向异性饱和度,纵波(V_p)和垂直极化横波(V_(sv))测井速度估算的平均饱和约为20%,明显优于水平极化横波(V_(sh))估算结果,且与压力取心估算结果更为一致.倾角随深度变化曲线和不同角度估算的水合物饱和度结果都表明10A孔浅部以高倾角裂隙为主,深部出现低倾角裂隙;10D孔以垂直裂隙为主,这说明两口相距10 m的孔中裂隙在空间上延伸长度较小;而10B-08Y岩心的X射线成像定量评价结果显示水平裂隙倾角位于0°～21°,高倾角裂隙倾角位于68°～89°,裂隙尺度为厘米级,最大高度、宽度和纵横比分别为27.66 cm、6.71 cm和170.此外,水合物饱和度估算的影响因素分析表明,地层岩性和方程计算参数对饱和度估算的准确与否至关重要,与简化三相方程相比,有效介质理论计算参数的物理意义明确,参数选择简易,因此计算也更为准确与便捷.     

井筒布置及裂隙分布特征对增强型地热系统采热性能的影响

增强型地热系统(EGS)是干热岩储层良好的渗流和传热通道,EGS由注入井、含裂隙储层、采出井所组成,因此井筒布置和裂隙分布特征将直接影响到流体的流动路径,进而影响着流体的流动和传热过程.本文旨在同时考虑井筒布置与裂隙分布特征对系统采热性能的影响,建立三维井筒与热储热流耦合数值模型,分析井网布置与井间距参数变化;以及裂隙条数、裂隙迹长等裂隙分布特征变化对系统采热的影响,并以4项采热评价指标来评估地热潜能.研究结果表明：(1)注入井井数的增加会提高生产质量流率,但却不会使热突破明显提前,使得热开采速率大大提高,对系统采热有利;(2)井间距的增大可以延长系统寿命,提高开采中后期生产质量流率以及热开采速率,有利于热能提取;(3)裂隙条数的增加会导致裂隙储层连通性增强,从而导致采出温度下降更快,生产质量流率提高更大,热开采速率也明显提高,进而缩短系统寿命,且储层热提取率增大,对地层开采程度会提高;（4）裂隙平均迹长越长,采出温度越高,生产质量流率也越大,越有利于实现商业化开采,同时系统热开采速率也越大,且不会降低系统寿命,储层热提取率随平均迹长增大而减小,说明储层被开采程度较低,裂隙的贡献更大．     

常温压条件下六种变质程度煤的超声弹性特征

煤弹性是反映煤的物质组分和结构的重要力学特征之一.在钻孔与测井的约束下,运用地震勘探获取煤层的弹性特征以反映其物性等,对于煤炭井工开采和煤层气储层评价及开发具有重要的工程意义,而其中,煤样的超声实验是实现地震反演煤层物性的基础.鉴于此,本文针对中国义马、阜康、淮南、平顶山、鹤壁和焦作6个矿区采集的6种不同变质程度的原煤样30块,在常温常压条件下分别进行了沿煤层走向、倾向及垂直层理三个方向煤样的实验室超声波测量.测试结果显示:煤样纵横波速度在走向、倾向、垂向三个方向上依次减小,存在各向异性,且P波速度的平均各向异性强于S波;品质因子与弹性模量在三个方向上也存在较大差异,且S波的品质因子大于P波的品质因子;弹性模量除泊松比外,均小于一般的沉积岩.通过本实验与分析进一步证明了:Gardener与Castagna公式不适用于中国煤田的煤岩弹性描述,并给出了精度更高的经验公式.     

岩浆热场对油气成藏的影响

在油气勘探领域,沉积岩一直是研究的热点和焦点,对火成岩国内外均较少涉及且普遍认为它对油气的生成和聚集成藏有破坏作用.随着研究的进展,人们发现,岩浆侵入和喷出活动对油气成藏具有重要的作用,而且,岩浆岩本身还可能是很好的油气储层.研究表明,由岩浆侵入和喷出带来的热所形成的热场(岩浆热场)与油气成藏的关系几乎是全方位的,它几乎参与了油气生成、演化的全过程,既有有利于油气成藏的积极的一面,也有破坏油气成藏的消极的一面.大体表现在下述5个方面:(1)岩浆热场不仅可以造成围岩的变质和变形,其所带来的大量热和流体对油气的生成、运移、聚集以及油气藏的形成与保存有明显影响.(2)岩浆热场提高了有机质的热演化程度,使生油门限变浅,使烃源岩达到高成熟或过成熟,使烃源岩中残余有机质丰度降低.岩浆热场提高了盆地的地温梯度,使原本成熟度低的烃源岩达到生油窗的温度范围,促进生烃作用进程,加速烃源岩的热成熟,并为油气运移和聚集提供了运移通道、储集空间、封盖遮挡条件和圈闭构造,有利于油气的运移、聚集和成藏.岩浆热场带来的流体主要是由多元组分构成的超临界流体,其上升、对流、循环可使热场范围内的物质与能量发生调整和再分配.在流体上升过程中,可萃取、富集沉积物中的分散有机质,对生烃产生显著的加氢作用,从而为油气的形成补充物源.流体还能与围岩储层发生反应,改善储层的孔渗条件,有利于油气的聚集成藏,抑制烃类的热裂解.(3)岩浆热场还与非常规油气(页岩气、天然气水合物、煤层气等)有关.岩浆热场的作用主要是使泥页岩成熟度提高,岩浆侵入造成的构造压力使泥页岩产生大量裂缝,提高了泥页岩的有机孔隙度以及泥岩对页岩气的吸附力,使位于岩浆热场中的泥页岩生烃强度大、储集性好、吸附能力强,成为页岩气有利的富集区.(4)有机的煤、油、气与无机的金属相伴成矿(成藏)是最具吸引力的.油气田中常伴有各种金属元素,当含上述元素的热液与有机质相遇时,会促使有机质向烃类物质转化.有机与无机矿床(藏)时空上的密切联系,说明有机-无机质相互作用是多种能源矿产共存成藏(矿)的重要因素.有机油、气、煤所具有的吸附作用、还原环境和络合作用对无机铅锌金铜铀的沉淀、富集和成矿有利;同样,在烃类生成过程中,无机组分有时也具有催化剂的作用,也能使有机碳更多的与氢结合生成更多的烃类.(5)岩浆热场还是一把双刃剑,对油气成藏既有有利的一面,也有不利的一面.研究表明,油气大量生成和运移时期以前发生的岩浆活动对油气藏保存无不利影响,油气生成运移期或其以后的岩浆活动,则有可能对油气藏起明显的破坏作用.新形成的高温热场可能吞噬和破坏储油层及其结构,使油气向上散逸.此外,高温岩浆侵入生油层后,还会对周围生油母质及生成的油气进行烘烤使之炭化.