煤层气藏与页岩气藏

该文介绍了煤层气藏和页岩气藏的储层机理及其钻井、完井和开采方法;储量的计算方法;商业价值的评估;美国主要煤层气藏和页岩气藏的地理位置、产量和开采特点;煤层气藏和页岩气藏开发的技术支持以及在美国以外国家的发现现状。煤层气藏和页岩气藏的开发在美国已进行了二十多年,美国的经验会对其他国家的煤层气开发起到很好的借鉴作用。     

修正岩石压缩系数的页岩气藏物质平衡方程及储量计算

由于页岩气藏孔隙度变化与常规气藏孔隙度变化不一样,受有效应力和基质收缩的耦合作用,前者使孔隙度减小,后者使孔隙度增加,因此建立页岩气藏物质平衡方程时必须考虑二者的综合作用。从物质平衡原理出发,运用Bangham固体变形理论、Langmuir等温吸附模型,推导出了修正岩石压缩系数的页岩气藏物质平衡方程,并对方程线性化,得到只含有原始游离气和原始吸附气的直线方程。代入实际生产数据,求得关于线性方程的数据点,并对数据点线性拟合,其拟合方程的斜率是原始游离气的含量,截距是原始吸附气的含量,两者相加求得页岩气藏的原始地质储量。实例分析表明,考虑基质收缩效应,使得页岩压缩系数前期不断减小,后期趋于稳定;由于压缩系数的改变,使得页岩气藏储层孔隙度的变化比常规气藏缓慢;通过对页岩气藏岩石压缩系数的修正以及实际生产数据点的线性拟合,求得页岩气藏中吸附气的含量增加,游离气的含量减少,页岩气藏总地质储量增大,且与实际储量更加接近。     

沁水盆地含煤地层天然气统筹勘探方法及有利区预测

中国含煤地层分布广泛、厚度大,其中的煤岩、页岩、暗色泥岩和暗色灰岩等具有"多阶连续生气"的特点,气源供给充足,因而含煤地层天然气资源潜力巨大。不同相态天然气赋存机理各异且相互之间存在"动态转化",源内体系主要是吸附气和部分游离气,可以形成煤层气藏和页岩气藏;源内游离气经历初次运移,以源外游离气、溶解气、输导体吸附气形式存在,主要形成常规圈闭气藏、致密气藏和水溶气藏。因此,含煤地层天然气具有"多源多相、动态转化"的特点,形成了多种类型气藏共生的独特现象。通过建立含煤地层多类型气藏的共生组合模式,分析了不同类型气藏的成因机制及分布规律,提出了沁水盆地含煤地层天然气统筹勘探方法,针对不同类型气藏及其组合模式,通盘筹划、优化程序、协同部署,实现多类型气藏快速高效勘探。沁水盆地多类型共生气藏形成了7种勘探目标:包括"四气"共生组合1种(即煤层气+致密砂岩气+页岩气+常规圈闭气)、"三气"共生组合2种(即煤层气+致密砂岩气+页岩气和煤层气+致密砂岩气+常规气)、"两气"共生组合1种(即页岩气+常规气)和独立气藏类型3种(即煤层气、页岩气、常规气分别独立成藏),明确了沁水盆地不同组合类型气藏的有利分布区,并提出了气藏共生组合适用的统筹勘探思路与方法。     

页岩气藏表观渗透率和综合渗流模型建立

页岩储层结构复杂,多尺度效应明显,存在黏性流动、滑脱效应、Knudsen扩散以及表面扩散等多重运移机制。利用Knudsen数划分流态,绘制了考虑真实气体效应的流态图版。考虑多重运移机制,建立了页岩气藏表观渗透率模型;在此基础上综合考虑吸附解吸以及溶解气扩散影响,建立了页岩气藏多重介质不稳定渗流数学模型,明确了不同运移机制对页岩气藏非稳态产能的影响。结果表明:不同运移机制之间既相互联系又相互制约;Knudsen扩散和表面扩散均通过改变表观渗透率大小,对生产中期阶段的气体流动能力产生重要影响;溶解气和吸附气均是页岩气的重要赋存形式,是开发过程中自由气的补充,对气井生产中晚期非稳态产能具有显著影响;溶解气与吸附气能够增加气藏的累产气量,减缓气藏压力的下降速度。     

川南深层页岩气藏含气量及可压性测井评价方法

川南深层页岩气藏相对于中-浅层页岩气藏具有埋藏深、温度高及压力高的特点,影响了深层页岩气的游离气/吸附气含量占比及地层可压性。深层页岩气藏的游离气/吸附气含量占比增大、地层岩石塑性增加,使得单一页岩脆性指数不能准确表征地层可压性,因此,深层页岩气藏游离气含量的准确评价是深层页岩气藏含气性评价的关键。基于储层孔隙度、泥质含量与TOC多元回归方法下的饱和度计算模型,解决了深层页岩气藏含气性测井评价难题;同时建立基于页岩地层岩石力学脆性与断裂韧性指数结合的深层页岩地层可压性测井评价方法,有效地评价了页岩气藏高温高压下的储层可压性,在川南深层五峰组-龙马溪组页岩气藏测井评价中取得了良好的应用效果。     

考虑多组分吸附的页岩气储量计算

页岩气藏是一种主要以游离态、吸附态和溶解态赋存于泥、页岩中自生自储的非常规气藏。由于页岩气存在吸附解吸等特性,常规气藏储量计算方法没有合理考虑吸附气和游离气相所占体积而导致计算的页岩气藏储量偏高。从页岩气藏储层特征及气体赋存形式的研究出发,研究多组分气体吸附情况下的页岩气藏地质储量计算方法。通过实例分析表明该方法更加符合页岩气藏实际,为合理评价页岩气藏的储量和开发方案提供了科学依据。     

页岩气藏吸附特征及其对产能的影响

页岩气藏中部分气体以吸附态存在,且受页岩性质和储集层条件的影响,吸附气约占总含气量的20%~85%.页岩吸附能力与有机质含量、矿物成分、储集层温度、压力和孔隙结构等因素有关。针对页岩气等温吸附特征（吸附曲线形状、Langmuir体积、Langmuir压力）,采用数值模拟方法,分析了吸附气对页岩气井产能的影响。结果表明,等温吸附曲线越接近于线性,Langmuir压力越高,吸附气解吸越容易,气井产出量越高;Langmuir体积越大,或者气藏中吸附气含量占气体储量的比例越高,页岩气井产能相对降低。     

新型裂缝性页岩气藏物质平衡方程

前人推导的物质平衡方程往往忽略了吸附相所占的孔隙体积,因而多低估了页岩气藏的单井控制储量。文中在考虑吸附相所占体积的基础上,调研了国内外学者研究的吸附相密度值,运用质量守恒方法考虑了吸附相体积随地层压力的变化,又根据Langmuir吸附定律及体积守恒原理建立了裂缝性页岩气藏物质平衡方程。通过实例计算得知,发育裂缝的页岩气藏,裂缝中的自由气储量占总储量的24.28%~33.29%,同时基质中的储量主要由吸附相提供。由此可知,利用考虑了双重孔隙和吸附相体积2个因素的裂缝性页岩气藏物质平衡方程,能够得到气藏基质、裂缝、吸附相的地质储量;同时随着吸附相密度的增加,基质中的自由气、吸附气储量以及总储量逐渐增加,裂缝中的自由气储量逐渐减少。     

考虑吸附相视孔隙度的页岩气藏物质平衡方程

页岩气藏储量是确定气藏开发规模和开发设计的必要参数,对于合理有效开发页岩气藏具有重要意义。在前人研究的基础上,建立了综合考虑吸附相视孔隙度、基质和裂缝孔隙体积随压力变化以及吸附相密度等因素的物质平衡方程。通过实例计算可知:考虑吸附相视孔隙度后,计算得到的基质中自由气储量大幅度减少,吸附气储量大幅度增加,总储量增加;而且吸附相密度、基质孔隙度和裂缝压缩系数对于储量的计算结果也有较大影响。     

深部超饱和煤层气藏概念及主要特点

通过分析深部超饱和煤层气藏，得到以下认识：(1)随着煤层的埋深增加到一定深度，煤阶和地层压力对吸附的正向作用小于温度对吸附的负向作用，导致吸附气逐渐达到饱和状态(吸附饱和度为100%)并进入原地游离气赋存阶段，形成深部超饱和煤层气藏；地层压力和温度随埋深增加的客观规律使得盆地深部具备形成超饱和煤层气藏的天然条件。(2)不同盆地出现超饱和煤层气藏的临界深度不同，超饱和煤层气藏临界深度的差异主要取决于盆地的地温梯度和压力梯度，异常高压和异常高温(如由火山热事件引起的高温)可降低超饱和煤层气藏形成的临界深度。(3)深部超饱和煤层气藏在开发中具有见气时间短、能充分利用地层能量和累积产水量低等优势，有望成为未来煤层气勘探开发的一个重要领域，在中国大型的、具有深部煤层埋藏条件的盆地中具有广阔勘探前景。深部超饱和煤层气藏的认识来源于对现场静态资料和排采动态资料的解析，体现了认识来源于实践又服务于实践的认识论观点，对于指导深部煤层气勘探开发具有重大意义。