沁南-夏店区块煤储层地应力条件及其对渗透性的影响

采用水力压裂测试地应力方法,对沁南-夏店区块19口煤层气井3#煤层地应力分布进行了测试,并建立了3#煤层地应力、渗透率与煤层埋深以及储层渗透性与地应力之间的相关关系和模型,分析了地应力对煤储层渗透性的影响。结果表明:沁南-夏店区块最大水平主应力梯度为2.39~4.49 MPa/hm,平均为3.49 MPa/hm;最小水平主应力梯度为1.48~2.45 MPa/hm,平均为1.99 MPa/hm。煤储层渗透性受控于现今地应力和所处应力状态,煤储层现今地应力随深度的增加呈线性增大规律,煤储层渗透率与地应力之间服从负指数函数关系。煤储层埋深600 m以内,现今最小水平主应力小于12 MPa,煤储层渗透性相对较好,试井渗透率大于0.25 mD;埋深600~950 m,现今最小水平主应力为12~20 MPa,煤储层渗透性变差,试井渗透率平均为0.05~0.25 mD;埋深大于950 m,煤储层最小水平主应力大于20 MPa,试井渗透率平均小于0.05 mD。     

有效应力对煤储层不同方向渗透率影响的差异性

为探究有效应力对煤储层不同方向渗透率的影响差异，以鄂尔多斯盆地东缘柳林矿区南部4号煤层为研究对象，运用脉冲衰减克式渗透率测试方法，分析了不同有效应力条件下顺层渗透率及垂层渗透率变化规律及两者之间的相互关系。研究表明：煤储层不同方向渗透率随有效应力的增加均呈现幂指数降低的趋势，当有效应力为10MPa时，顺层渗透率及垂层渗透率均处于渗透率变化临界点，而且两者随有效应力的增大呈现线性相关的降低趋势，顺层渗透率与垂层渗透率比值为4∶1。通过对顺层及垂层的储层应力敏感性差异性研究，发现顺层及垂层裂隙压缩系数随有效应力压差的增大而减小，渗透率应力敏感性随有效应力差的增大而增大，顺层裂隙压缩系数、应力敏感性均小于垂层方向。通过煤储层不同方向的裂隙应力敏感性、渗透率应力敏感性对比分析，认为有效应力对煤储层不同方向渗透率的控制主要是由有效应力对煤基质裂隙的压缩存在空间差异性所造成的。     

煤储层地质建模思路与方法——以鄂尔多斯盆地东南缘韩城矿区为例

由于煤岩样易碎,很难通过室内实验获得煤层真实的渗透率;煤岩弹性模量低,泊松比高,对应力十分敏感,地面条件下实验的渗透率不能反映地下的情况;常用的测井物性解释方法在煤层渗透率解释中很难应用。这些因素导致煤储层地质建模不能照搬常规砂岩油气藏的方法。依据试井确定渗透率,并通过渗透率影响因素的分析,分煤岩类型建立了渗透率与地应力的定量关系。提出了四步建模法：首先建立煤储层空间格架模型,然后建立煤岩相（类型）模型和地应力模型,在三者的约束下,通过井点试井渗透率和地应力井点计算渗透率的控制,采用随机模拟技术完成渗透率模型的建立。通过矿场实际数据的检验,模型与生产状况吻合比较好,证明该建模思路与方法在实际应用中可行。     

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。     

构造对高煤级煤储层渗透率的系统控制效应—以沁水盆地为例

以我国目前极具煤层气勘探开发价值的高煤级煤盆地——沁水盆地为例，并基于丰富的煤储层试井渗透率资料和煤层气赋存的构造背景，采用定性分析和定量分析相结合的方法，探讨了构造对高煤级煤储层渗透率系统控制效应。研究结果表明：构造样式对煤储层渗透率起着重要的控制作用；中等构造曲率有利于煤储层渗透率的提高；煤储层渗透率随现代构造应力场主应力差的增大呈指数形式急剧增加，但当埋藏深度大于临界深度时，这种控制作用越来越弱，而垂向应力的控制作用将占据主导地位.     

低渗煤储层背景下高渗带主控地质因素及模式

沁水盆地南部郑庄区块相邻煤层气井地质条件和开发工艺基本相同,但产气量却有巨大差异。针对这一现象,利用构造裂隙填图、煤体结构测井解释、裂隙特征压裂曲线反演、构造曲率分析等技术,分析了煤储层裂隙系统的发育特征;从古地应力场演化、原地应力测试入手,讨论了煤储层裂隙优势方向上有效应力对渗透率的控制作用。研究认为,煤储层裂隙系统的发育特征和优势裂隙方向的有效应力,是低渗背景下高渗带的主控地质因素。建立了3种渗透率发育地质模式：一是裂隙系统发育适中与有效应力匹配型,煤储层渗透率高,煤层气井产量高;二是煤储层裂隙系统过度发育型,无论有效应力适中或者过高,两者条件均不匹配,储层渗透率较低,产气量低;三是有效应力过高型,无论裂隙发育程度如何,均会导致煤储层渗透率较低,产气量低。研究成果对于相似地质条件的煤层气区块内高渗带预测具有借鉴意义。     

煤储层渗透性研究方法及主要影响因素

煤储层渗透性是制约煤层气勘探选区的重要参数,掌握其研究方法及影响因素,对于有效预测煤储层渗透率、发展渗透性描述理论及寻找有利勘探区带具有重要意义.综述了中外煤储层渗透性研究的进展和主要研究方法,并从裂隙系统、有机显微组分和煤岩类型、煤的变质程度、有效应力和埋藏深度、构造应力场等方面对煤储层渗透性的影响进行了分析.在煤储层渗透率的研究中应结合中国煤盆地的地质背景,综合分析各因素,统一测定仪器、统一操作规范和标准,从而获取有效参数,应用先进的评价方法,才能更准确地预测煤储层的渗透率.     

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煤层甲烷在煤储层中的储集及渗流与常规天然气大不相同，其影响因素多样而复杂。 影响煤层气产量的主要因素是煤层渗透率、煤层厚度及含气量。大量煤层气井生产实践证明，含气量是影响产量的物质基础，而渗透率是影响产量大小的控制性因素。煤层含气量与煤层厚度及埋深一般有正相关关系，而渗透率一般随埋深增加而减小。用产气潜能与产气能力将更全面地反映含气量及渗透率对煤层气井产量的影响。把含气量引入达西流产量公式也许能更真实地反映甲烷气体在煤储层中流动产出的特征。     

深部煤层气成藏效应及其耦合关系

深部煤层气是中国非常规天然气勘探的一个新领域。从深部地应力状态转换、深部煤层吸附能力地温场负效应、深部温压下煤岩物理性质特殊性3个方面,分析了深部煤层气成藏的地质条件及其基本原理,论证了深部煤层气成藏效应的特殊性。结果显示：深部地应力状态发生转换的临界深度与水平最大主应力有关,对转换临界深度以深的煤储层渗透率造成不利影响;深部地温场对煤层吸附能力影响的负效应大于地层压力的正效应,造成深部煤层含气量同样存在一个临界深度,不能简单采用浅部梯度予以推测;围压是影响深部煤岩力学性质的主要因素,温度和流体压力对煤岩力学性质的影响更为复杂,它们不同程度地影响到煤储层的孔隙性、渗透性和吸附性。由于煤层围岩渗流能力的差异,深部煤层流体压力系统明显受含煤地层沉积格架的控制,可能导致同一套含煤地层中煤层与非煤储层分属于不同的含气系统。在此基础上,进一步提出了“四步递阶”的深部煤层气成藏效应耦合分析思路,为建立深部煤层气有利区带优选方法提供了基础。     

煤层甲烷气井中煤层的破坏及其后果

对典型的煤层甲烷气井从钻开井眼到生产过程中煤层的破坏及对煤层甲烷气行业的影响进行了综述.因为煤层易碎,会对煤层甲烷气井的钻井、完井和开采产生很大的影响,所产生的后果往往不容忽视.钻井过程中煤层的破坏:例如,Arkoma盆地一般采用水平井完井,但水平井钻井经常受到井壁坍塌的影响,特别是采用欠平衡钻进或钻进压力衰竭煤层时.通过对比不同煤级和不同深度的煤层在钻井过程中的稳定性,说明了煤级和深度等参数在井壁稳定性中的相对重要程度.水力压裂过程中煤层的破坏:在脆煤层中,裂缝周围孔隙压力增加会引起剪切破坏.对给定的原地应力和压裂压力,作出了剪切破坏可能性与煤级的关系图表.当煤剪切破坏后,储层中会采出煤粒,这与室内实验现象一致.煤粒的产生和运移会降低煤层渗透率和裂缝导流能力.但剪切破坏引起的剪膨也会使渗透率增加.生产过程中煤层的破坏:煤层甲烷气井投产后,如果煤层非常脆,井底流压降低会导致煤层破坏(或水平裸眼井段坍塌).借用先进的砂岩地层出砂预测技术,可以预测煤层破坏和煤粒采出的临界生产压差.可以根据煤级、生产压差、压力衰竭程度以及其他参数(如原地应力)等来表征煤岩破坏的可能性.评价煤层在钻井、压裂和开采过程中的破坏可能性与煤级和原地应力的关系,可以减少煤层破坏引起的不利后果.例如,通过降低煤层甲烷气井的生产压差可以防止或延缓脆煤的破坏,减轻微粒对地层和裂缝的堵塞、在井筒内的淤积,以及对泵或压缩机的损害.     

深部煤层气成藏条件特殊性及其临界深度探讨

深煤层概念及其评价指标的科学界定,是推动深部煤层气基础理论研究的基础。基于对地应力、含气性、储层物性及岩石力学性质等随煤层埋深变化特征的分析结果显示:相对浅部,深部煤孔隙结构变化小,中孔-微孔比例趋于均一;煤层含气量与埋深之间存在一个“临界深度”,超过此埋深之后含气量随埋深进一步增大而趋于降低;渗透率的常用对数与埋深呈线性负相关关系,暗示深部煤储层趋于致密化;深部围压正效应和温度负效应强弱相互转换,煤岩弹性模量随着埋深增加存在“拐点”。构建了基于地应力、饱和含气量、渗透率等深煤层界定指标体系。以沁水盆地为例,将该盆地深煤层界定在750m以深。即在此深度以深,煤层气成藏特征开始发生转换,其开发须针对储层特性变化采取相应的措施。      

煤基质自调节效应实验

煤储层渗透率是决定煤层气开采成败的关键参数之一。以煤基质为研究对象,根据应力来源的不同,提出了煤基质内外应力的概念。分析认为:煤储层渗透率随煤层气开采而动态变化正是煤基质内外应力综合作用的结果。随着煤层气的采动,有效应力(煤基质外力)增大,裂隙宽度减小,煤储层渗透率降低;而流体压力降低,煤层气解吸,煤基质发生收缩,产生煤基质内力,裂隙宽度增大,煤储层渗透率增高。为了探讨煤基质内外应力与煤基质变形特性的关系,开展了三轴力学实验和吸附膨胀实验,根据实验结果的分析和总结,提出了煤基质自调节效应的新观点,构建了煤基质内外应力耦合作用下的自调节模式。研究成果为煤层气的有效开采提供了理论基础。     

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煤层储集具有双重孔隙介质特征,由煤的基质微孔和割理（裂缝）系统组成，因而传统的评价常规天然气储层的方法不能适合于评价煤层气储层，如何研究煤层气测井评价技术有十分重要的意义。文章在大量文献调研的基础上，基于国内外煤层气测井技术的发展现状，综合评述了测井评价煤层气储层领域的新进展，包括测井系列选择、煤层划分和岩性,煤质参数计算、孔隙度、渗透率、饱和度、含气量等煤层气储层参数计算，煤层力学参数和地应力分析、煤层对比、沉积环境分析等等，重点论述了煤质参数、煤层孔隙度、含气量的计算方法理论，并分析了煤层气储层测井评价当前面临的技术问题、难题及今后努力的方向。     

煤层气与常规油气共采可行性探讨――深部煤储层平衡水条件下的吸附效应

在分析煤层气与常规油气共采可行性问题的基础上,采用物理模拟方法,结合地质条件分析,研究了深部煤储层在平衡水条件下的吸附效应,并初步得出一些新的认识:地层温度、埋藏深度、煤级等条件的组合,可能对煤储层平衡水含量发生不同程度的影响;深部地层条件的具体特征,可能会导致深部煤储层吸附性与浅部煤储层有所不同;在地层条件下,煤饱和吸附量随埋藏深度增大而变化的趋势在一定深度发生反转,存在一个“吸附饱和临界深度”,且临界深度随煤级的变化而有所不同,这是地热场深部增温效应与煤储层自身特性共同作用的必然结果;深部较高地层温度与较高地层压力的配置关系可能有利于煤层气的开采,存在实现深部煤层气资源与常规油气资源共采的可能性;深部较高流体压力和较高受热温度的“双重”控制效应,可能是导致深部煤储层吸附性与浅部存在较大差异的根本原因。     

储层条件下煤吸附甲烷能力预测

煤的吸附能力受煤的性质（煤阶、煤岩组分、煤体变形）和环境条件（温度、压力）的控制。探讨储层温度、压力下的煤吸附能力是含气量预测的前提和基础。根据Polanyi的吸附势理论，结合实测等温吸附数据，首先绘制了煤吸附甲烷的吸附势特性曲线，然后建立反映吸附量、温度和压力三者之间关系的数学模型。此模型可在已知某一温度下的吸附等温线时，计算任一温度、压力下煤的吸附能力，也就是储层条件下的理论最大含气量。该模型的建立使得定量评价地质历史时期煤层气的聚集与散失成为可能，并且在沁水盆地东南部得到了成功应用     

陇东煤田侏罗系煤层气成藏主控因素与模式

鄂尔多斯盆地西南缘陇东煤田低阶煤层气资源丰富,勘查开发处于起步阶段,成藏主控因素及模式认识尚不足.为弄清气体的富集规律,优选勘探靶区,运用钻探(现场解吸、试井、岩芯)、测井、水文、地球化学测试等资料,从构造演化、埋深条件、沉积环境和水文地质条件等方面讨论了气藏的煤储层特征、主控因素和富气成藏机制,划分出4种煤层气富集成...     

煤层气井钻井工艺技术探讨

我国煤层气资源十分丰富,但开发利用刚刚起步。煤层与一般油气层相比,机械强度低,孔隙度低,所以易坍塌、易污染。煤层气是吸附在煤层中的甲烷和少量的其它气体,煤层既是生气层,又是储气层,煤岩颗粒和微孔隙组成储集空间,天然裂缝是渗流通道。煤层孔隙压力低,所以开采时要先抽吸排水,压力降到解吸压力之下才能采气。采气时气水同产,地面再分离。文中主要介绍了煤层气井的井身结构、钻井参数、取心工具和工艺等。     

煤层渗透率敏感性及其对煤层气开发效果的影响

煤层由裂隙和基质组成，为双重孔隙系统。前者由割理和后生裂隙组成，为煤层气的渗流通道；后者是煤层气的主要储集空间。煤层渗透率是进行煤层气商业开发的重要评价参数，而渗透率变化规律及其对煤层气动态开发效果的影响情况则亟待进一步研究和验证。在总结分析前人研究的基础上，对煤层气有效应力变化模型进行了研究和验证，进而分析了渗透率动态变化对煤层气开发效果的影响。结果表明：在煤层气开发过程中，煤层渗透率受裂隙压缩和基质收缩的双重影响，渗透率呈现先降低后升高的特点；基质收缩起到改善煤层气渗透率的效果，能够有效地提高煤层气开发效果，故在煤层气开发中不能忽视其影响。