基于数值模拟方法的煤储层参数敏感性分析

为了提高彬长矿区大佛寺井田地面直井开发煤层气的产能和经济效益,利用煤储层数值模拟方法对孔隙度、煤层厚度、渗透率以及气含量等煤储层参数进行产能敏感性分析。研究表明:对于大佛寺井田煤层特征来讲,直井累计产气量和稳产期平均日产气量对气含量的敏感性最大,其次是孔隙度和渗透率,对煤层厚度的敏感性最小。煤储层参数敏感性的认识对该区煤层气开发布井、选层具有一定的指导意义。     

煤层气开发井网优化设计

煤层气田井网布置的好坏直接影响到煤层气开发的成败以及最终采收率的高低。通过数值模拟方法,给出了煤层气井网优化设计的原则以及井网优化设计考虑的因素,如井间干扰、各向异性、井距与排距之比、井网密度、井网方位等,并利用数值模拟软件对鄂尔多斯盆地某区块进行了开发井网的优化设计,为该区的煤层气开发方案设计提供了合理依据。      

煤层气开发井网优化设计——以新集矿区为例

以新集矿区为例,系统地研究了煤层气开发井网设计的具体内容及工作程序。根据对新集矿区煤储层地质条件分析,确定了煤层气开发的目标煤层以及布井间距设计原则;通过煤储层数值模拟的产能预测,确定了煤层气开发的井网布置样式;在产能预测的基础上,结合经济分析,优化了煤层气开发的布井间距,进而提出了新集矿区首期煤层气开发布井方案,并进行了产能预测。指出新集矿区煤层气开发应采用地面垂直井、采动区煤层气开发以及井下瓦斯抽放等多种开发方式综合并举的形式。      

煤层甲烷成藏的地质条件及评价预测——以华北石炭纪—二叠纪煤区为例

尽管煤层气藏与常规天然气藏存在诸多重要差异 ,特别是在煤储层的吸附性能及其不均一性等方面 ,但煤层气成藏同样需要良好的封闭保存条件、相对稳定而简单的构造条件、较高的煤层气资源丰度、较高的含气饱和度、十分有利的煤层气藏围岩封闭与合适的水文条件、较高的煤储层渗透率。煤层气藏评价的主要方面包括 :煤层气藏的资源条件、封闭保存条件、煤储层的渗透性。运用煤层气藏的概念与评价方法体系有助于推动煤层气勘探选区的技术进步 ,也有利于在靶区内优化井网的部署     

煤层气藏分析的参数与流程

煤层气藏特有的赋存状态、圈闭形式和不均一性决定了煤层气藏分析在煤层气勘探乃至开发中的重要地位.煤层气资源条件、煤储层岩石的不均一性程度是煤层气藏分析的重要方面.煤层气藏的分析评价应适应煤层气勘探开发的进程.在勘探初期评价选区阶段应以煤层气藏的地质条件分析为主.在进入井网试采阶段应突出煤层气藏分析, 特别是煤层气藏的不均一性分析.      

山西沁水盆地中-南部煤储层渗透率物理模拟与数值模拟

通过对山西沁水盆地中南部上主煤层宏观裂隙观测,力学参数测量和应力渗透率实验,分别建立了裂隙面密度、裂隙产状、裂隙宽度与煤储层渗透率之间的预测数学模型;利用FLAC—3D软件,模拟了该区上主煤层内现代地应力状态,结合煤层气试井渗透率资料,构建了应力与渗透率之间关系预测的数学模型,并对该区上主煤层渗透率进行了全面预测。通过吸附膨胀实验,揭示了各煤类煤基质的收缩特征,构建了有效应力、煤基质收缩与渗透率之间的耦合数学模型,并对煤层气开发过程中渗透率动态变化进行了数值模拟。     

地应力影响煤层气勘探开发的研究现状与展望

通过总结评述前人关于地应力影响煤层气勘探开发的相关文献和成果,讨论了地应力与煤层气成藏、地应力与煤储层渗透率、地应力与煤储层压裂改造、地应力与煤层气井位部署的关系,对相关研究工作的未来走势进行了展望。认为：地应力控制着煤层气成藏过程中的各个环节,是影响煤层渗透率中最主要的因素,也是煤层气井压裂设计和井网部署必须考虑的重要参数。地应力研究对煤层气勘探开发意义重大,且亟待加强。     

鸡西盆地梨树煤矿地面煤层气开发井网部署优化研究

为优化地面煤层气开发井网部署,以梨树煤矿煤层气地面垂直压裂井为例,利用数值模拟软件(CBM-SIM)对其生产数据进行历史拟合,修正煤储层参数,建立地质模型。在此基础上,设计了300 m×250 m、250 m×200 m、200 m×200 m三种煤层气开发井间距,进行了产能预测及采收率计算。考虑到煤矿区不同区域地面煤层气开发目的不同,从煤层气井产能与经济两个方面,优化了研究区内地面煤层气开发井网部署。研究表明:1区内井网布置形式采用矩形法,考虑到构造、煤田钻孔及地形地貌因素,局部可采用不规则井网。2区内煤矿开拓准备区采用200m×200 m的井间距,排采5 a,累计产量200.43×10~4m~3,采收率达51.28%;煤矿规划区采用300 m×250 m的井间距,排采15 a,累计产量422.64×10~4m~3,采收率达48.94%。     

晋城煤层气藏成藏机制

通过晋城煤层气的规模开发、压裂煤层气井的解剖、井下煤层瓦斯抽放、构造地应力场研究、煤储层大裂隙系统“CT”式解剖与煤层气封闭保存条件研究, 发现3#煤储层内部存在大量煤层气包, 构造微破裂作用促使煤层气包之间广泛合并联通, 煤层气包内部储层的非均质性弱化, 渗透率增加, 煤层气包内部的游离气体比例增加, 流体压力系统边界逐渐清晰并形成煤层气藏. 揭示煤层气藏的成藏机制, 认识煤层气藏的内部细节特征, 促进了该区的煤层气开发技术进步, 提高了井下煤层瓦斯的抽放效率.      

各向异性低渗透油藏菱形反九点井网压裂裂缝优化

在低渗透油藏开发中普遍采用菱形反九点井网,但采油井等缝长压裂将导致非均匀驱替,当油藏物性各向异性时,非均匀驱替现象更加明显。以往针对菱形反九点井网的研究主要基于等缝长压裂,未考虑利用不等缝长设计改善开发效果。根据某各向异性低渗透油藏基本参数建立数值模型,进行不等缝长设计,分析油藏渗透性各向异性及油水井压裂情况对菱形反九点井网水驱效果的影响。随着储层Kx∶Ky的增加,角井裂缝优化穿透比减小,而边井裂缝优化穿透比增大。在相等Kx∶Ky条件下,注水井是否压裂对角井裂缝优化穿透比影响较小,对边井裂缝优化穿透比影响较大。数值模拟结果表明,在各向异性低渗透油藏中进行不等缝长优化设计,能有效改善菱形反九点井网的开发效果,优化结果对于各向异性低渗透油藏的水力压裂设计以及井网布置具有一定的指导意义。     

山西晋城矿区成庄井田3号煤储层的物性研究

对研究区内3号煤储层的几何形态、割理和孔隙系统进行了研究,并引入了储层结构综合指数(SI)来评价研究区内煤层透气性特征和甲烷运移能力,并得出了如下结论:①全区煤层厚度稳定,是煤层甲烷的良好储集层;②根据全区割理发育程度推测出,构造主应力来自NE-SW方向;③通过孔隙系统研究,3号煤层基本上属于非渗透性储层;④成庄井田3号煤层结构综合指数(SI)等值线平面图,显示了煤层透气性由东北向西南呈逐渐变差的趋势。     

Fluid flow characteristics of Bandanna Coal Formation: a case study from the Fairview Field,eastern Australia

Fluid flow characteristics of cleat systems in coalbed methane reservoirs are crucial in reservoir management and field development plans. This paper aims to evaluate the cleat system properties including cleat porosity, permeability, and aperture as well as the impact of permeability growth on production performance in the Bandanna Coal Formation of the Fairview Field, eastern Queensland. Owing to the presence of bad hole conditions and poor core recovery of the coal intervals, the petrophysical well logs and laboratory measurements cannot be used as a source of information for this purpose. Hence, a new approach is employed that utilises early water production data to measure water in place and absolute permeability of the coal. In addition, micro-computed tomography (CT) scan method is used to investigate the cleat system that is preserved in a core sample and results are compared with the ones obtained by analysis of production data. Cleat system evaluation by analysis of production data and micro-CT scan technique provides a comprehensive approach that brings confidence in measurements and helps to obtain cleat properties at the sufficient scale for reservoir engineering purposes. The necessary information including production data and core samples are collected from a dewatering well and the nearby observation well in the study area. Analysis of early water production data (single-phase flow) indicates that coal permeability is 189 mD and the average cleat porosity is approximately 5%. High cleat porosity describes the large volume of water produced over the life of the study well. The 3D model of the fossilised cleat system constructed by the micro-CT scan method reveals that coal is well-cleated and cleat spacing and mean cleat aperture are 4 and 0.136 mm, respectively. The average cleat porosity that is measured by the micro-CT scan method is 5.7%, which is fairly close to the cleat porosity measured by analysis of production data. Production data analysis indicates that effective permeability to gas starts to grow at the midlife of the well and it strongly controls the shape of the production profile. The results of this study help in future field development and infill drilling programs in the Fairview Field and provide important insights into cleat system of Bandanna Coal Formation.     

煤层割理在煤层气开发中的试验研究

根据煤层割理渗透率的各向异性,采用垂直面割理和平行面割理两个方向布置钻孔抽放煤层气。测定研究表明:垂直面割理方向钻孔初始瓦斯抽放百米流量是平行面割理方向钻孔的1.2倍,衰减系数比平行面割理方向钻孔减少了53.7%。垂直面割理方向钻孔的抽放量在任何相应时期都大于平行面割理方向钻孔的抽放量。从而得出:垂直面割理方向钻孔抽放效果明显优于平行面割理方向钻孔,为探索提高煤层气抽放量找到了一条途径。      

考虑基质收缩效应的煤层气应力场-渗流场耦合作用分析

在煤层气的初级生产过程中,为了获取较高的生产率,需要降低储层压力,储层压力下降对于煤层气的渗透率具有两个相反的效应：（1）储层压力下降,有效应力增加,煤层裂隙压缩闭合,渗透率降低;（2）煤层气解吸,煤基质收缩,煤层气流动路径张开,渗透率升高。Shi和Durucan、Palmer-Mansoori以及Gray等都建立了包含了基质收缩效应以及有效应力的影响的渗透率模型,其模型都基于以下两个关键假设：煤岩体处于单轴应变状态以及竖向应力恒定。为了检验上述两个假设的合理性,建立了一个考虑基质收缩效应以及渗流场-应力场耦合作用下的煤层气流动模型,对煤层气初级生产过程中渗透率的变化进行了耦合分析。分析结果表明：单轴应变的假设具有合理性,而竖向应力是随指向生产井的应变梯度的变化而变化的,其对于渗透率的变化具有重要影响,因此,竖向应力恒定的假设可能导致渗透率预测出现误差;上述渗透率模型都可能低估煤层气初级生产过程中渗透率的变化。     

我国煤层气储层研究现状及发展趋势

通过对煤层气储层描述及储层评价，煤储层分布，预测及选区评价，煤储层研究方法及实验技术等方面的系统评述后认为，我国目前已基本掌握了煤储层地质特征研究和地质评价选区技术，煤层气储层工程技术和储层模拟软件系统，并在煤层气储层研究方面有所突破，但我国煤储层的构造复杂，煤层多强烈变形，煤层结构常呈碎粒状及糜棱状等，煤储层多为贫煤和无烟煤，呈“三低一高”（煤层压力较低，煤层渗透率低，在水压裂等强化措施下形成的常规破裂裂缝所占比较低；煤层普遍具有较高的吸附力）的物性特征，且变质程度偏高，高煤级煤（贫煤一无烟煤）占49％，独具“中国特色”，进而讨论了当前我国煤层气储层研究急待解决的8个方面的科技问题和难点，指出了在21世纪初中我国煤层气储层研究的7个发展趋势。     

煤矿采动条件下煤层气储层模型及应用

煤矿区煤层气开发受煤矿采动影响,为实现煤矿采动条件下煤层气井产能数值模拟,抽象概化了采动条件下煤层气开发的地质模型,构建了采动条件下煤层气储层的数学模型,并通过对CBM-SIM软件二次开发,实现了采动条件下煤层气储层的数值模拟。在建模和数值解算软件开发中,基于采动离层量变化曲线公式构建了采动条件下储层渗透率变化曲线公式,利用采动井水位变化规律构建了储层漏失水量变化公式,利用时间卡机制解决了煤储层渗透率及漏失水量的动态求解和循环迭代过程中作为系数和边界条件的调用赋值,实现了渗透率随采动影响的动态变化、储层水漏失降压和储层产气的耦合解算。应用开发的软件对淮南矿区某矿采动条件下煤层气抽采井生产数据进行历史拟合和产量模拟应用,预测煤层气产量曲线与实际生产曲线基本一致,判定系数达到0.92。      

沁水盆地南部TS地区煤层气储层测井评价方法

煤层气是一种自生自储于煤岩地层的非常规天然气资源,其储层测井评价内容及方法不同于常规天然气,在煤层气勘探开发过程中更关注于有关煤岩工业分析组分、基质孔隙度、裂缝渗透率及煤层含气量等一系列关键的储层参数。针对沁水盆地南部TS地区煤层气勘探目标层,分析了各种测井响应特征,采用回归分析法计算煤岩工业分析组分;针对煤层气含量影响因素众多且较为复杂的特点,结合相关地区煤岩样品实验分析结果,利用基于等温吸附实验的兰氏煤阶方程估算煤层含气量参数;通过煤岩孔隙结构的分析,采用变骨架密度的密度孔隙度计算公式求取煤岩总孔隙度,利用迭代逼近算法计算裂缝孔隙度;根据煤岩裂缝中面割理发育而端割理不甚发育的特点,以简化的单组系板状裂缝模型计算煤岩裂缝渗透率。通过对TS-A井进行实际计算,结果表明,煤岩工业分析组分和煤层含气量计算结果精度高,总孔隙度一般在5.5%左右,而裂缝孔隙度则大多小于0.5%,裂缝渗透率主要分布在0.001×10-3～10×10-3μm2之间,孔渗参数计算结果与相邻井区现有资料相符。采用测井方法可以快速、系统地对煤层气储层多种参数进行准确评价。     

低渗透油藏菱形反九点井网不等缝长优化研究

在低渗透油藏开发中广泛使用菱形反九点井网,但针对不同位置生产井及注水井的裂缝缝长配比关系还缺少广泛深入的研究。基于长庆油田某低渗透油藏参数,建立了数值模拟模型,在菱形反九点井网中分别设置不同的边井、角井和注水井裂缝穿透比,研究不同裂缝配置模式对水驱开发效果的影响。流线模拟及数值模拟计算结果表明,在注水开发中,注水井缝长是影响油田产液量及水驱效果的关键因素;边井裂缝较角井裂缝更易见水,对油田综合含水影响较大,在菱形反九点井网中需要进行不等缝长优化设计;边井裂缝缝长对水驱效果的影响分为早、中、晚期(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)曲线段,随着注水井裂缝穿透比增加,早期(Ⅰ)曲线段增长,中期(Ⅱ)曲线段缩短,而晚期(Ⅲ)曲线段变化较小;随着角井裂缝穿透比增加,采出程度逐渐增大,当角井裂缝穿透比较大时,存在“反转”现象;随着注水井裂缝穿透比增加,角井裂缝优化穿透比减小,而边井裂缝优化穿透比增加。该研究成果对于指导低渗透油藏菱形反九点井网裂缝优化设计,提高波及系数和开发效果具有重要的指导意义。     

Shrinkage and swelling of coal induced by desorption and sorption of fluids: Theoretical model and interpretation of a field project

Geologic sequestration in deep unmineable coal seams and enhanced coalbed methane production is a promising choice, economically and environmentally, to reduce anthropogenic gases such as carbon dioxide in the atmosphere. Unmineable coal seams are typically known to adsorb large amounts of carbon dioxide in comparison to the sizeable amounts of sorbed methane, which raises the potential for large scale sequestration projects. During the process of sequestration, carbon dioxide is injected into the coalbed and desorbed methane is produced. The coal matrix is believed to shrink when a gas is desorbed and swell when a gas is sorbed, sometimes causing profound changes in the cleat porosity and permeability of the coal seam. These changes may have significant impact on the reservoir performance. Therefore, it is necessary to understand the combined influence of swelling and shrinkage, and geomechanical properties including elastic modulus, cleat porosity, and permeability of the reservoir.The present paper deals with the influence of swelling and shrinkage on the reservoir performance, and the geomechanical response of the reservoir system during the process of geologic sequestration of carbon dioxide and enhanced coalbed methane production in an actual field project located in northern New Mexico. A three-dimensional swelling and shrinkage model was developed and implemented into an existing reservoir model to understand the influence of geomechanical parameters, as well as swelling and shrinkage properties, on the reservoir performance. Numerical results obtained from the modified simulator were compared to available measured values from that site and previous studies. Results show that swelling and shrinkage, and the combination of geomechanical and operational parameters, have a significant influence on the performance of the reservoir system.     

煤层气在煤储层中的扩散及其影响因素

煤层气在煤储层中的扩散是指从煤基质孔隙表面上解吸的煤层气运移到割理系统的主要过程。发生扩散的前提条件是气体浓度差的出现，衡量扩散能力大小的重要参数是扩散系数。前者为由解吸速度、解吸气量和煤层气产量、井孔压力降等因素控制的动态参数，而后者为主要受扩散物质性质、扩散介质特征、扩散系统的温度、压力和孔隙结构形态等因素影响的静态参数。煤层气在煤储层中的扩散量与煤层气浓度差和扩散系数呈正比关系。