中国煤与煤层气共采理论技术现状及发展趋势

在国家大力推进生态文明建设的背景下,快速发展清洁的煤层气资源来代替对国民生命安全与自然环境影响恶劣的煤炭能源的需求变得越来越迫切。为此,通过分析中国煤层气开发模式与资源产量、煤矿区煤层气抽采技术发展历史、煤与煤层气协调开发模式及相应的煤层增透理论和开发技术现状,指出了煤与煤层气共采形势与理论技术发展趋势,并提出了促进实现煤与煤层气高效开发的建议。研究结果表明：(1)需进一步原始创新支撑其安全高效共采的基础关键理论,并完善煤矿区煤层增透、煤层气集输与综合利用、煤炭地下气化—煤层气联采等关键技术;(2)提升煤炭领域与石油领域学科交叉理论技术攻关和行业合作力度,形成优势理论技术与产业配置互补发展,搭建基于多领域学科融合的创新产业发展模式;(3)完善国家和地方在煤与煤层气共采领域的政策保障体制,鼓励煤炭企业与石油企业合作以促进其规模化发展。结论认为,煤炭资源平稳缩减是中国经济高质量发展的重要能源保障策略,由此推行煤与煤层气共采对于确保煤矿生产安全,缓解清洁能源短缺和降低碳排放等均具有重要的现实意义。     

基于三维地应力的渗透率转换方法

储层渗透率的测量及其储层条件下的转化方式是油藏工程研究的重要内容.随着储层岩石有效应力的增加,储层岩石孔隙半径减小,渗透率降低,地面测量的岩石渗透率比地层条件下的渗透率高.为将地面测量的渗透率应用于油藏工程,须将其换算到储层条件.根据岩石在地面和地层条件下的应力状态,研究了地面一地下渗透率的转换方法,该方法采用三维地应力,克服了仅采用上覆地层压力的不足.胜利油区渗透率覆压实验校正结果表明,仅采用上覆地层压力计算的渗透率转换值,比采用三维地应力计算的渗透率转换值明显偏小.对于中渗透地层,三维地应力的渗透率转换方法与原方法差别不大,对于低渗透地层,基于三维地应力的渗透率转换方法的计算值比原方法增大约10％.     

盖层封堵油气的机理研究

盖层在油气成藏过程中起着十分重要的作用,为了搞清盖层的封堵机理,应用石油地质、油层物理和流体力学的相关知识对其进行了深入研究。结果表明:盖层是通过毛管压力封堵油气的,地层的非均质性越强,盖层与储层的毛管压力差值越大,能够封堵和聚集的油气数量就越多,均质地层不能聚集油气。地层的非均质性成就了石油工业。油气可以从烃源岩小孔隙运移进入储集岩大孔隙,却不能从储集岩大孔隙运移进入盖层小孔隙,这就是油气运移的奇妙之处。岩石的润湿性对油气封堵也十分重要,亲油岩石不能封堵油气,亲水岩石才能封堵油气。岩石的亲水性成就了石油工业。盖层中水的烃浓度极低,不可能超过油气藏的烃浓度,因而也不能对油气进行烃浓度封堵。盖层能够封堵油气,却不能封堵地层水;盖层能够封堵油气相,却不能封堵油气分子。盖层超压是用等效深度法计算出的结果,是一个假象,并非真的超压,也不可能对油气进行超压封堵。     

长水平井的产能公式

短水平井是指水平段长度远小于泄油区域尺度的水平井,若水平段长度与泄油区域尺度基本相同,则为长水平井。目前的水平井产能公式都是针对短水平井而提出的,不适用于长水平井。采用等效渗流阻力法,推导了长水平井的产能计算公式。不能用长水平井的产能公式计算短水平井的产量,否则,会高估油井的产量。长水平井产能公式的计算结果为水平井公式计算结果的下限值。     

一种煤层气藏相渗的获得方法及曲线形态讨论

煤层气的相渗曲线通常采用气–水两相驱替实验获得,实验认为煤岩割理的两相流动区域较小,且临界流动含水饱和度较高。然而,煤层中的流体运移是一种耦合基质解吸和割理两相流动的过程。基质中解吸出的气体汇聚在割理后,与水相共同参与流动,并非简单的单向驱替过程,这导致生产过程中气驱波及效率远好于实验得到的结果。为获得煤层中的相渗规律,本文建立考虑基质解吸作用的煤层气流动拟稳态产能模型,通过联立煤层气的物质平衡方程,获得一种基于生产历史的煤层气–水相渗曲线的反演方法。同时,研究分析实验得到与反演得到的相渗曲线之间的差异,认为差异主要源于实验室单向驱替过程中较小的波及系数。最后,研究通过数值模拟分析两种相渗曲线对产气动态的影响。     

考虑解吸作用及相渗影响的煤层气产能模型研究

本文基于煤层气藏生产前期为气-水两相流动的特点,将储层的临界解吸压力作为气藏供给压力进行处理,采用数值模拟与数理推导相结合的方式得出适用于煤层气藏的新产能公式。生产曲线分析表明,随着解吸半径的不断增大,煤层气井的产能不断增大,达到气藏边界后,随着边界压力的降低,产能先增大后减小。     

对顶水油藏概念的质疑

由于某些稠油油藏没有明显的泥岩盖层,导致有学者提出了顶水油藏这个概念,但该概念违背了科学原理,容易使油藏工程领域产生混乱。为了纠正这一认识,分析了盖层的封堵机理,认为盖层不一定非得是泥岩,物性较差的岩石也可做盖层。顶水油藏并非没有盖层,只是没有泥岩做盖层而已,其有物性盖层封堵油气,并且油藏中的油水正常分布。因此,建议今后不要再使用顶水油藏这个概念。     

胜利油区中高孔隙度砂岩储层饱和度指数n的解释方法

研究了胜利油区中高孔隙度储层饱和度指数n的解释方法.实验表明饱和度指数n随储层矿化度的增加而增加,其变化遵循对数关系;在低矿化度情况下,储层饱和度指数n随孔隙度的增加而呈线性增加,在矿化度达到200 000 mg/L时,储层饱和度指数n与孔隙度关系不大且达到稳定值.由此设定解释模型,其解释方法可在已知某一矿化度条件下的n值求另一条件下的n值,也可在仅知道地层孔隙度及地层水矿化度而无实验室岩电资料的情况下解释储层饱和度指数n值.     

再谈岩石本体变形的孔隙度不变原则

油藏岩石的本体变形中,骨架颗粒形状不变的假设认为岩石在压缩过程中孔隙度保持不变,然而,岩石骨架颗粒的形状并非严格保持不变。为研究骨架颗粒形状变化对孔隙度的影响,基于弹性变形模型,采用有限元数值模拟方法,研究了多孔介质本体变形过程中的骨架颗粒变形及其对孔隙度的影响机制。结果表明,加载过程中骨架颗粒在约束方向(颗粒接触位置)位移较小,在无约束方向(孔隙位置)位移较大,从而改变了颗粒的形状,降低了岩石的孔隙度,然而,岩石矿物的杨氏模量较大,且岩石中骨架颗粒的约束条件比数值实验中更为苛刻。因此,骨架颗粒变形对于孔隙度的影响极为微弱。数值实验中的刚性表皮仅对孔隙度的初始值有一定的影响;但是岩心夹持器中的柔性表皮则对测量过程有较大的影响,这是导致实验中孔隙度较大变化的直接原因。因此,油藏开采过程中,岩石的变形过程依然可以认为遵循“孔隙度不变性原则”。