煤层气储层可改造性评价——以郑庄区块为例

我国煤层气资源探明率与动用率“双低”,导致煤层气增产显著放缓,已经成为制约我国煤层气产业发展的瓶颈问题。常规煤储层评价较少考虑煤储层的可改造性潜力,导致发现的优质储量偏少,已发现的储量动用率偏低,因此,迫切需要开展煤储层可改造性评价研究。以沁水盆地南部郑庄区块为例,系统开展了岩心与大样物理模拟实验、测井与地震反演分析等;通过对比分析典型井储层地质特征与微地震水力压裂裂缝监测结果,指出影响煤储层可改造性的关键地质因素为煤体结构、宏观煤岩类型、煤层构造变形、煤层地应力、煤层与顶底板的抗拉强度之差,建立了煤储层可改造性综合定量评价模型;并对郑庄区块煤储层可改造性进行了评价分区,其结果得到了区内千余口产气井的验证。研究成果可用于指导尚未动用储量区的煤层气建产和已动用储量区的开发方案优化调整,根据不同区块储层地质特点选择适应性的工程技术与改造方案,以实现地质工程一体化,是我国煤层气“增储上产”的关键。     

新疆巴里坤矿区煤层气赋存规律及控气地质因素

新疆巴里坤矿区唯一含煤地层为下侏罗统八道湾组(J1b),根据煤层赋存状态可分为西区、中区与东区,通过对矿区大量钻孔数据和生产矿井实测资料的综合分析,基本查明矿区煤层气赋存状态为水平方向上从西到东呈阶梯状增长、垂直方向上随煤层埋深呈线性增长的赋存规律。矿区煤层气赋存受多种控气地质因素共同作用:稳定的沉积环境有利于成煤聚煤,为煤层气的生成提供了原始条件;后期的构造运动导致西部矿区煤层抬升露头,中东部矿区逆冲、压扭性断层发育,断层面的封闭性与构造煤的透气性共同导致煤层气在近断层处的应力集中带聚集形成气顶;地下水对游离态煤层气形成有效封堵,且随着煤层埋深煤层含气量有显著增大的趋势。上述控气地质因素共同造成巴里坤矿区煤层气赋存呈现西部逸散、中东部富集形成水力封堵-断层型煤层气藏。     

沁水盆地郑庄区块北部煤层气直井低产原因及高效开发技术

为了实现沁水盆地郑庄区块北部深部煤层气高效开发,通过深入分析煤储层地质条件和开发资料,并对比浅部煤层气开发数据,以含气量评价资源为基础,综合储层渗透性、地解压差,煤体结构和地应力状态等评价煤层气采出难易程度,明确郑庄区块北部煤层气井低产原因,并提出高效开发的适应技术。结果表明,郑庄北部煤层含气量整体较高,在20 m³/t以上;郑庄北部绝大部分地区裂隙发育指数均小于140,渗透率极低;绝大部分地区地解压差大于6 MPa,导致煤层气井有效解吸范围小,宏观解吸效率低;绝大部分地区煤层中碎煤比例在0.7以上,导致水力压裂裂缝较短;垂向应力大于水平应力,为大地静力场形地应力,水力压裂易形成垂直裂缝,裂缝延伸较短。极低的渗透率、相对较高的地解压差、高碎煤占比和大地静力场形地应力状态耦合导致郑庄北部煤层气开发效果较差。仿树形水平井采用人工井眼实现煤层密切割,缩短了煤层气、水渗流距离,利于实现协同降压增产,有力克服了高地解压差的不利影响;同时采用人工井眼代替压裂裂缝,解决研究区水力压裂造缝短的难题,取得了产量突破,但存在不利于排水降压和井眼易垮塌的风险,且其成本高、收效低。L形水平井密切割分段压裂技术克服了仿树形水平井不利因素。与直井相比,L形水平井成本增加2倍,但煤层气产量增加近100倍;且L形水平井与仿树形水平井产量相当,但其成本仅是后者的 40%。由此可知,L形水平井可以实现郑庄北部深部煤层气的高效开发。     

河东煤田三交区块水文地质条件与控气特征

河东煤田中部三交区块煤层具有适合于煤层气开采的甲烷气藏量,通过对该区煤层气赋存特征、水动力场特征、水化学场特征分析,认为区块中南部地下水的滞留与封闭区是最具有煤层气开发前景的区域.煤层气井组排采试验资料表明,甲烷含量、裂隙发育程度、水动力条件三者的耦合是保证煤层气井稳定高产的充分必要条件.     

沁水煤田南部煤层气构造控气特征研究

从构造对煤层、煤层气的生、储、存的控制作用出发,对晋城矿区大宁二号、潘庄一号、二号和樊庄四井田的地质资料进行了分析,研究了构造对煤层气赋存的特征,预测出各井田中间部位为富集带,是开发的首选目标。     

沁水盆地南部郑庄区块15号煤与3号煤储层物性及产气差异研究

随着煤层气勘探开发的深入,同一区域不同层系开发差异逐步呈现,深化储层认识对开发策略的制定显得尤为重要,以沁水盆地南部郑庄区块为例,以往重点关注主力层3号煤资源,根据区块增产需求,需要逐步多层系开采。本研究重点剖析15号煤层气资源,采取与开发较为成熟的3号煤层气资源对比分析的方法,得出储层差异和分区差异,并推测其成因机制,指导针对性开发策略的制定。通过钻井岩心描述及镜下观察,结合分析化验、地震勘探、测井及生产等资料,对比研究了郑庄区块15号煤层与3号煤层在煤厚、物性和含气性等方面的差异。结果表明:与3号煤层相比,15号煤层厚度较薄,且平面分布不稳定,存在局部分叉现象;总体上,15号煤层含气量与3号煤层相当,一般为10~29 m3/t,但在区块内部呈现出具有一定规律的分区差异;15号煤层的吸附时间较3号煤层明显缩短,表明其较为有利的开发潜力。研究认为,沉积环境差异和构造影响程度不同是导致两套煤储层物性和含气性差异的主要原因,太原组障壁海相沉积环境水体变化大导致15号煤层沉积厚度平面变化大,强还原沉积环境造成15号煤层镜质组分含量较高;相比于3号煤层,局部地段太原组15号煤层受基底构造、断层、褶皱等地质构造影响更为明显。根据煤储层参数特征,将15号煤有利区划分为三类,指出开发“甜点区”;试采结果表明,I类区15号煤层套管压裂水平井日产气量突破10 000 m3,3号、15号煤层直井合采较单采3号煤层产量翻番;Ⅱ类区15号煤层套管压裂水平井获得高产,为区域增产、规模扩建起到技术支撑作用。      

铁法盆地煤变质作用及煤层气生成特征

对铁法盆地的地质背景、煤系上覆地层和埋藏史、岩浆活动、煤体结构、煤阶分布、煤变质特征等进行了综合分析,认为铁法盆地的煤变质以浅成岩浆热变质作用为主;煤层热解气生成的时间、条件和方式受煤变质过程控制;煤变质与煤层气是同一地质环境下一个事物的两个方面。     

长治区块煤层气赋存特征及控气因素

沁水盆地长治区块现处于开发初期,煤层气资源条件较好,产能潜力大。依据现有地质资料和测试数据,对该区块煤层气赋存特征及控气因素进行了分析,认为区内煤储层吸附、解吸能力强,吸附时间短,但储层渗透率低。区块内含气量自东北到西南逐渐降低,主要受控于埋深、顶板厚度和地质构造条件,表现为:随埋深和顶板泥岩厚度的增加含气量降低;正断层附近煤层含气量随远离断层面而升高,同一断层上盘较下盘更利于煤层气封存,向斜轴部含气量高于翼部,背斜构造则反之。     

沁水盆地郑庄区块北部煤层气直井低产原因及高效开发技术

为了实现沁水盆地南部中深部煤层气高效开发,以郑庄北−沁南西区块为研究对象,基于参数井取心分析测试、注入/压降测试、地应力循环测试结果和大量动静态数据,通过与浅部对比,阐述了中深部煤储层特征,分析了从浅部到中深部煤层直井压裂和水平井分段压裂两种开发技术的改进,进而提出了中深部煤层气主体开发技术。结果表明,郑庄北−沁南西区块3号煤平均埋深1 200 m左右,为中深部煤层气储层。随着埋深增加,研究区含气量和吸附时间均先增加后降低,含气量和吸附时间峰值分别位于埋深1 100~1 200 m和800~1 000 m;随着埋深增加,研究区地应力场类型发生了2次转换,埋深小于600 m时,为逆断层型地应力场类型,水力压裂易形成水平缝,利于造长缝;埋深大于1 000 m时为走滑断层型地应力场类型,水力压裂易形成垂直缝,裂缝延伸较短;埋深为600~1 000 m时,地应力场由逆断层型向走滑断层型转换阶段,水力压裂形成的裂缝系统较为复杂。与浅层相比,中深部储层含气量、解吸效率和应力场发生明显转变。随着埋深增加,无论是直井(定向井)还是水平井,均应采用更大的压裂规模才能获得较好的效果。对于直井,埋深大于800 m后,压裂液量达到1 500 m³以上、排量12~15 m³/min以上、砂比10%~14%以上,单井日产气量可以达到1 000 m³以上;对于水平井,埋深大于800 m后,压裂段间距控制在70~90 m以下,单段液量、砂量分别达到2 000、150 m³以上,排量达到15 m³/min以上开发效果较好,单井产量突破18 000 m³。随着埋深增加,水平井开发方式明显优于直井,以二开全通径水平井井型结构、优质层段识别技术和大规模、大排量缝网压裂为核心的水平井开发方式是适用于沁水盆地南部中深部煤层气高效开发的主体工艺技术。

     

基于主地质参数的煤层气有利开发区优选及应用

煤层气有利开发区既是煤层气富集区、高渗区,又是煤层气高产区,因此寻找能表征煤层气富集区、高渗区和高产区的主地质参数,是解决煤层气有利区优选问题的关键。基于区块尺度的煤层气有利区优选,建立了一种定量化的综合评价方法：(1)以含气量、储层压力、临界解吸压和试井渗透率为主地质参数并作为评价指标,以煤层气井稳产阶段平均日产气量作为衡量指标,采用灰色关联度分析法定量地确定各评价指标的权重系数以及评价值函数;(2)借助于MapInfo professional软件,计算煤层气区任意位置的综合评价值;(3)用产气量对综合评价值进行标定,确定煤层气开发区类型及分布范围。将该方法应用于沁水盆地南部勘探程度较高的郑庄区块,预测出煤层气有利开发区(产气量＞2 000 m³/d)的分布范围,研究结果对于下一步的煤层气钻井部署具有一定的参考意义。     

西山区块煤储层含气性及甲烷碳同位素分布特征

煤层含气性是决定煤层气勘探开发的重要参数,煤层气甲烷碳同位素能有效反映煤层气的赋存条件。根据煤层气井实测含气量数据,剖析了山西沁水盆地煤层含气量分布特征,建立了煤层含气量与煤层埋深、地质构造之间的相关关系和模型,探讨了煤层甲烷碳同位素分布特征及其对含气性分布的指示作用。研究表明：西山区块2号煤层平均含气量6.87 m³/t,8号煤层平均含气量8.4 m³/t,9号煤层平均含气量7.6 m³/t,煤层含气量主要受煤层埋深和构造形态的影响。研究区8号煤层甲烷碳同位素为–65.33‰~–40.94‰,平均–45.88‰,煤层含气量与甲烷碳同位素之间成正相关关系,随着含气量的增加,甲烷碳同位素也逐渐变重。煤层甲烷碳同位素主要受控于煤层气解吸–扩散–运移效应和地下水动力作用等。     

关于煤层甲烷资源量分级的思考

通过对淮南煤田西部煤层甲烷资料的分析, 选择了煤炭储量的类别、煤层甲烷含量的有效测点密度和评价验证钻孔中参数的获取情况作为煤层甲烷资源量分级的综合指标, 建立了包括实证、控制、概略、远景和潜在等五个级别的煤层甲烷资源量的分级标准。     

山西沁水煤层气田煤层气成藏条件分析

沁水煤层气田单层煤层厚，分布在1～12m之间，一般大于6m，热演化程度高，R0分布在2．6％～3．7％之间，含气量大于14m^3／t，煤层气资源丰富。煤层气组分和碳同位素组成特征表明：沁水煤层气田热成因的煤层气在煤层中经历了解析-扩散-运移等作用，在构造高部位富集成藏，成藏期后的煤层气藏保存条件好，在上述3个因素的作用下．使得沁水煤层气田煤层气成藏条件较好，富含煤层气资源。     

沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井煤层气地球化学特征及成因

为了研究废弃矿井中煤层气成因,以沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井为例,抽采废弃矿井中煤层气并进行化学组分和同位素测试,并采集部分废弃矿井水样品测试水中离子浓度、pH值等进行研究。结果表明：潘庄区块废弃矿井中煤层气CH₄体积分数平均值为91.99%,CO₂为1.26%,N₂为6.73%;甲烷碳同位素（δ¹³C₁）值为-31.36‰~-33.53‰,平均-32.25‰,氢同位素（δD）值为-182.76‰~-193.20‰,平均-187.538‰。废弃矿井排采水中阴阳离子主要为Mg²⁺、K⁺、HCO₃^-、Cl^-、Na⁺、SO₄^2-和NO₃^-等,产出水型为Mg-（HCO₃）₂型,表明矿井水受到地表水的强烈影响。废弃矿井中煤层气主要以热成因气为主,少量次生生物气。与附近未开采煤储层相比,研究区废弃矿井中的环境更有利于次生生物气的生成。     

彬长矿区水文地质特征及其对煤层气的控制作用

对彬长矿区水文地质特征进行了详细的论述,结合煤层实测含气性特征,探讨了水文地质条件对该区煤层气成藏的控制作用。研究表明:研究区构造简单,延安组煤系含水层与其他含水层不具明显水力联系,有利于煤层气富集成藏,同时使得煤系含水层地下水补给只能来源于区外侧向径流补给;矿区划分为3个水动力强弱不同的区域:侧向径流补给区、弱径流区和相对滞流区,其中位于矿区东南部的相对滞流区,也是水势低洼带煤层气汇集区,有利于煤层的富集成藏。同时,东南部煤层的含气量最高,说明该区水文地质条件确实对煤层气成藏起着关键作用。     

颗粒煤甲烷吸附过程扩散特征

为了研究甲烷在颗粒煤中扩散、吸附至平衡过程的扩散特性,基于颗粒煤吸附甲烷幂函数扩散模型,利用磁悬浮天平高压等温吸附仪,测定不同压力下颗粒煤甲烷吸附过程中扩散量随时间变化值,研究颗粒煤甲烷吸附达到平衡前的扩散特征。实验结果表明：平衡压力对颗粒煤甲烷吸附和扩散特性影响显著;吸附量和平均扩散系数随着压力增大而增大;颗粒煤甲烷吸附过程扩散系数随时间呈幂函数衰减,前500 s衰减幅度较大,平均扩散系数与时间呈负相关关系。研究认为颗粒煤吸附甲烷幂函数扩散模型对于描述颗粒煤甲烷吸附扩散过程具有较高准确性,有助于分析煤层气排采过程煤层气吸附量的动态变化,提高煤层气采收率。     

方位伽马在煤层气水平井中的应用

水平井作为煤层气开发的一种井型,施工难度相对较大,主要体现在安全着陆、钻遇率、储层保护、防塌防卡等,其中煤层钻遇率是提高产气量的重要指标。随着钻井技术和随钻仪器的不断发展,保障储层钻遇率的相关地质参数探管、短节和地质导向技术也相继应用在煤层气水平井施工中。现阶段在煤层气水平井中,伽马探管,特别是方位伽马探管的运用较广,利用伽马测井划分岩性、地层对比、计算地层视倾角的功能,为现场决策者提供井内地质参数,能够有效地为钻井服务。本文通过一口煤层气水平井的施工,介绍了方位伽马在煤层气水平井中的应用。     

考虑应力敏感性的煤层气井排采特征

与裂缝性砂岩气藏相比,煤层气藏是一种具有阶段性应力敏感特征的特殊裂缝性气藏。在煤层气排采初期, 有效水平应力起主导作用, 随着有效应力的增大,渗透率逐渐减小;当割理内部流体压力降低到解吸压力之后, 由于基质收缩,渗透率可得到一定程度恢复。所以,提高煤层气排采效果的重要举措,是尽可能提高煤层气压降-解吸的面积。在煤层气开采初期,不合理的高排采速率将引起近井地带渗透率降低,影响压降漏斗的传播,造成增排不增产的后果。通过岩心应力敏感实验,得到了岩心渗透率随有效应力的变化规律。以煤层气开采井为例,利用ECLIPSE E300三维双重孔隙介质多组份模拟器,证明了初期排采量并非越大越好,而是存在一个合理值。该结论可用于指导煤层气井的开采。     

煤基质中甲烷扩散动力学特性研究

甲烷在煤基质中的质量传递过程可用费克第一定律或费克第二定律来模拟。本文通过等温吸附-解吸实验的动力学数据,以费克第二定律为理论基础,对煤基质球形单元模型建立了试验求取扩散特性的方法。晋城煤样等温吸附及解吸实验的数据处理结果表明,吸附-解吸速率均随压力及煤样气含量的增加而增加;吸附速率与解吸速率随压力的变化曲线基本相同。     

临汾区块煤层气井排采中产出煤粉特征

基于煤层气井产出煤粉浓度的现场连续监测,采用煤粉浓度监测仪、激光粒度测试仪、反射偏光显微镜、X射线衍射、电子扫描电镜带X射线能谱仪,研究了临汾区块煤层气井排采过程中产出煤粉的浓度、粒度、成分和表面特征,分析了煤粉特征的影响因素,探讨了煤粉产出机理。结果表明,临汾区块平均煤粉浓度随排采阶段的变化趋势是排水降压阶段<憋压排采阶段<气水合采阶段;不同开发层段产出的煤粉浓度变化趋势是单采5号煤<合采5号和8号煤<合采（4+5）号、（8+9）号煤。煤粉颗粒粒径分布范围广,为0.5~1 000 μm,多集中在100 μm以下。煤粉成分以无机矿物和镜质组为主,无机矿物以硬石膏、黄铁矿和伊利石为主。将煤粉颗粒分为光滑表面和粗糙表面两种,光滑表面的煤粉颗粒以C元素为主,粗糙表面的煤粉颗粒以Fe、S、O元素为主。煤粉产出与煤中矿物含量、镜质组含量以及构造煤发育程度和排采阶段有关。