量化指标在煤层气开发潜力定量评价中的应用

等温吸附曲线蕴藏了丰富的煤储层信息,对于认识煤层气开发潜力至关重要。为了更好地挖掘等温吸附曲线蕴含的丰富信息,定量评价煤层气开发潜力,首先对不同盆地/地区煤岩等温吸附曲线进行了对比分析,探讨了含气饱和度和临储比比值指标的意义和局限性,在此基础上,提出临储压差、临废压差和有效解吸量3个量化指标,并结合具体实例对其应用效果进行分析和论述。研究表明,含气饱和度和临储比是比值指标,可以用来对比评价不同区块、不同煤层、不同井之间开发潜力的优劣和定性评价煤层气开发潜力;相比而言,临储压差、临废压差和有效解吸量可应用于区块和单井不同层次煤层开发潜力定量评价中,能够更好地反映煤层气开发潜力。实例分析表明,寿阳区块15号煤储层有一定的开发潜力,但因其煤岩吸附时间长(扩散速度低),需在见气后通过较长时间的缓慢排采,实现产气潜力的释放;恩洪EH-C6井需要较长时间的前期排水降压过程,但其开发潜力比较乐观。     

Productivity control factors and extraction practice of coalbed methane horizontal well

为了揭示煤层气水平井产能控制因素,采用理论分析方法分析了临界解吸压力、含气饱和度及渗透率对水平井产能的控制作用。通过山西沁水盆地南部水平井排采实践,提出了三段式管理井底压力的排采方法,即将排采制度分为井底压力大于临界解吸压力阶段、介于临界解吸压力至0．5倍,I盏界解吸压力阶段、小于0．5倍临界解吸压力阶段分别制定降压幅度。井底压力控制遵循：第l阶段落实地层供液能力,降液幅度小于3m／d;第2阶段缓慢提产,落实煤层气井产气能力,降液幅度为1rn／d;第3阶段稳定配产,维持井底压力,产气量出现下降时缓慢降液,降液幅度为0．5m／d。结果表明：三段式管理井底压力的排采方法有利于区域压降扩展和充分释放煤层气井产能。     

煤层气解吸阶段划分方法及其意义

为了定量分析煤层气解吸特征对产能的影响,基于兰格缪尔等温吸附理论,建立了煤层气解吸阶段划分方法,并通过煤层气开发实例分析了方法的指示意义。引入解吸效率定量表征不同压力下的煤层气解吸速率。根据数学曲线上的关键节点,定义了启动压力、转折压力与敏感压力;不同煤样3个关键压力点的解吸效率为定值,据此将煤层气解吸过程划分为低效解吸、缓慢解吸、快速解吸与敏感解吸4个阶段。研究表明:快速与敏感解吸阶段对煤层气井产能贡献很大,低效与缓慢解吸阶段则很小;煤层吸附能力、含气性和储集层压力是影响煤层气解吸特征的关键因素。沁南和柳林地区煤层气开发现状表明建立的解吸阶段划分方法可以有效指导煤层气开发。图11表2参13     

煤层气与页岩气吸附/解吸的理论再认识

为了解决一些煤层气与页岩气气田开发效果与预测的差异很大、产能低、递减快及开发成本高等问题,由于吸附/解吸基本理论直接影响开发方案的制定与实施,通过研究煤层气的煤化过程及页岩气的成藏过程,重新界定了孔隙中原始气-水分布状态。发现煤层气与页岩气的吸附气属于固-液界面吸附的研究领域,其吸附规律应满足适合固-液界面的Langmuir等温吸附定律,即气体的吸附量与溶液的浓度有关,而对环境压力不敏感。理论与实验研究表明固-液界面吸附气排水降压后解吸困难,吸附气多而游离气少的储层产气量很难提高,其显著不同于目前普遍使用的固-气界面吸附理论。同时研究了多孔介质中微小孔隙的气-水界面压降,发现对于微/纳米孔隙气相的压力可以远高于液相压力,而目前的测井及试井尚不能传感这种气相压力,因此会导致低估游离气的储量及其对产量的贡献。     

考虑吸附、变形的煤层气分阶段流动模型

煤岩具有微孔-中孔-大孔-裂隙多重孔隙结构,中孔-大孔中的煤层气流动规律是连接微孔解吸和裂隙渗流的桥梁,是揭示煤层气解吸-扩散-渗流分阶段产出机理的关键环节。基于受煤岩变形影响的煤层气分阶段产出特征和规律分析,建立煤层气在基质微孔表面解吸、由基质微孔向基质较大孔扩散、在基质较大孔中和裂隙空间中渗流的分阶段流动数学模型,求取裂隙中气-水两相隐式压力显式饱和度有限差分线性方程组,计算出晋试1井煤层气的产出动态,验证了考虑吸附变形的煤层气分阶段流动模型的可靠性,为完善煤层气产出动态分析和预测方法提供了理论依据。     

煤层气与致密气合采敏感性因素的数值模拟

针对煤层气与致密气资源的重叠区,多层合采是提高开发效益的有效手段。综合考虑煤层气和致密气不同的赋存机理及渗流特性,建立一层煤与一致密层合采的数学模型。由该数学模型可知,各储层渗透率、原始地层压力、兰氏常数、临界解吸压力等与煤层气吸附特性相关的参数都是影响合采产能的敏感性因素。利用数值模拟的方法,以不同参考指标(产气贡献率、采出程度、累计产气量)为量度,有针对性地对各因素进行优化分析。结果表明:由于煤层与致密层的渗流机理与压降规律不同,当煤层渗透率大于致密层时合采效果较好;煤层气与致密气合采的合理压力差应小于2.1 MPa,否则,会发生倒灌现象,从而破坏储层,导致地层污染;临界解吸压力越大,兰氏压力越大,兰氏体积越小,则合采效果越好。     

生物产气对煤层气可采性指标的影响

煤层气开发受多种因素的影响,为了研究生物甲烷代谢对煤层气开采指标的影响,选择不同煤阶的煤样进行了生物代谢模拟实验。通过生物产气数据、代谢前后煤样等温吸附和孔隙结构等参数测试,计算煤层气的采收率、含气饱和度、临储比等开采性指标并分析其变化规律。结果表明:1煤层生物产气能提高煤层气资源量,但随着煤变质程度的增加,生物产气量逐渐下降,同时煤的亲甲烷能力也降低;2生物产气对煤储层孔隙结构有明显的改善,其大孔数量和总孔容两个指标显著增加,从而提高了煤储层的孔渗性;3生物产气后煤储层的临界解吸压力、含气饱和度与采收率等开采指标也都有不同程度的提高,河南义马千秋矿和山西柳林沙曲矿煤样的含气饱和度提高的幅度较大,山西西山官地矿煤样的变化幅度次之,但总体的变化趋势具有一致性。结论认为,煤层生物产气不但能增加煤层气资源量,而且还有助于提高煤层的可采性。该研究成果可以为我国煤层气生物工程现场实施提供参考。     

甲烷在活性炭上的超临界温度吸附实验及理论分析

为研发ANG吸附剂,本文选择比表面积为2074m2.g-1的活性炭SAC-02,在温度区间263.15K～313.15K、压力范围0 MPa～8MPa,应用Setaram PCT Pro E&E测量甲烷在SAC-02活性炭上的吸附等温线,并由D-A方程、Clausius-Clapeyron方程和Virial方程标绘分析了实验数据。结果表明,当压力高于0.08MPa时,确定参数后的D-A方程预测实验数据的相对误差小于5%;甲烷在SAC-02活性炭上的等量吸附热反映了甲烷在能量非均匀表面吸附的特点,数值为13.99kJ.mol-1～17.57 kJ.mol-1,极限吸附热随温度呈线性变化,其平均值为19.43kJ.mol-1。     

中煤阶煤层气高饱和—超饱和带的成藏模式和勘探方向

中国低、中、高煤阶煤层气的资源量各占总资源量的1/3，中煤阶煤层气的勘探开发取得了一定的进展。在解剖分析鄂尔多斯盆地东缘保德区块、临兴区块和准噶尔盆地白杨河矿区、白家海凸起等地区的煤层气分布深度、成因以及高饱和—超饱和带分布特征的基础上，总结出煤层气高饱和—超饱和带的成藏模式。研究表明：①在中国中—西部盆地中，中煤阶煤层存在的深度和深度区间很大，这为中煤阶煤层气的开发提供了巨大的埋深空间，此外，中煤阶煤层气以热成因气为主，个别区块的浅层有一定程度的次生生物气补给；②针对中国煤储层渗透率低的现实，寻找高含气饱和—超含气饱和带是高效开发煤层气的关键，其中，煤层气的高饱和—超饱和带包括次生生物气补充型、二次热生烃补充型和深层型3种；③次生生物气补充型高饱和—超饱和带出现在浅层淡水入渗的影响范围内，二次热生烃补充型高饱和—超饱和带出现的深度与岩浆侵入影响的深度有关，这2种成藏模式出现在局部地区，深层高饱和—超饱和带从机理上来看较普遍，且已得到勘探实践的证实；④在积极探索次生生物气补充型和二次热生烃补充型高饱和—超饱和带的同时，寻找深层超饱和煤层气的"甜点区"，这可能成为中国煤层气未来勘探开发的重要发展方向；5利用常规油气井对深层煤层气进行探索可能是深层高饱和—超饱和带煤层气开发最有效的方式，而对于新钻的穿过深层煤层的常规油气井，应注意煤层取样和煤储层评价工作，以尽快发现更多的深层超饱和煤层气。     

中煤阶煤层气高饱和—超饱和带的成藏模式和勘探方向

中国低、中、高煤阶煤层气的资源量各占总资源量的1/3，中煤阶煤层气的勘探开发取得了一定的进展。在解剖分析鄂尔多斯盆地东缘保德区块、临兴区块和准噶尔盆地白杨河矿区、白家海凸起等地区的煤层气分布深度、成因以及高饱和—超饱和带分布特征的基础上，总结出煤层气高饱和—超饱和带的成藏模式。研究表明：①在中国中—西部盆地中，中煤阶煤层存在的深度和深度区间很大，这为中煤阶煤层气的开发提供了巨大的埋深空间，此外，中煤阶煤层气以热成因气为主，个别区块的浅层有一定程度的次生生物气补给；②针对中国煤储层渗透率低的现实，寻找高含气饱和—超含气饱和带是高效开发煤层气的关键，其中，煤层气的高饱和—超饱和带包括次生生物气补充型、二次热生烃补充型和深层型3种；③次生生物气补充型高饱和—超饱和带出现在浅层淡水入渗的影响范围内，二次热生烃补充型高饱和—超饱和带出现的深度与岩浆侵入影响的深度有关，这2种成藏模式出现在局部地区，深层高饱和—超饱和带从机理上来看较普遍，且已得到勘探实践的证实；④在积极探索次生生物气补充型和二次热生烃补充型高饱和—超饱和带的同时，寻找深层超饱和煤层气的"甜点区"，这可能成为中国煤层气未来勘探开发的重要发展方向；5利用常规油气井对深层煤层气进行探索可能是深层高饱和—超饱和带煤层气开发最有效的方式，而对于新钻的穿过深层煤层的常规油气井，应注意煤层取样和煤储层评价工作，以尽快发现更多的深层超饱和煤层气。