山西省沁水盆地南部4~#煤薄煤层试采获得煤层气工业气流

1研究目的(Objective)沁水盆地是中国重要的煤层气生产基地之一,位于山西省中南部。研究区位于沁水盆地南部寺头断层西侧,行政区域隶属于晋城市沁水县、阳城县。研究区煤系地层厚度63~145 m,平均92 m,其中煤层厚度4.1~17.4 m,平均7.9 m。

沁水盆地南部中深部煤层气储层特征及开发技术对策

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1200 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1100~1200 m和800~1000 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1000 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600~1000 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1500 m^(3)以上、排量12~15 m^(3)/min以上、砂比10%~14%以上,单井日产气量可以达到1000 m^(3)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2000、150 m^(3)以上,排量达到15 m^(3)/min以上开发效果较好,单井产量突破18000 m^(3)。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。

矿物对无烟煤力学非均质性影响的分子动力学研究——以沁水盆地南部主要黏土矿物高岭石为例

煤是由有机显微组分和矿物组成的混合物,矿物的存在会导致煤的大分子结构存在差异,使得煤的力学性质具有明显的非均质性,进而影响区块内整体的煤层气产量、压裂改造效果和成熟技术的规模化应用。以沁水盆地典型的无烟煤和高岭石矿物作为研究对象,通过分子动力学的方法定量研究高岭石及其含量对无烟煤力学性质的影响规律,分析不同矿物含量下无烟煤的分子结构和孔隙特征,从能量和有序化的角度揭示其微观机理。结果表明:①煤有机质与高岭石相互结合过程中同时存在范德华力和氢键作用,且氢键作用强度要高于范德华力,煤有机质周围出现高岭石分子的概率、相互作用强度和有序性均随着矿物质量分数的增加而增大。②无烟煤的孔隙率φ随高岭石质量分数a的增大呈线性规律(φ=−0.2293a+9.6295)降低,而无烟煤的体积模量、弹性模量和剪切模量均随高岭石质量分数的增大呈线性规律增强,泊松比随高岭石质量分数的增大呈二次多项式规律降低。③无烟煤的力学非均质程度整体上随着高岭石质量分数增加而增大,其中不同高岭石质量分数下体积模量、弹性模量和剪切模量的变异性可分为很低、低、中等、高和很高5个部分,而泊松比的变异系数均小于0.1,变异性很低。④随着高岭石质量分数的增加,煤有机质与高岭石的相互作用能呈线性规律(Einteraction=4.5585a+443.929)增大,与纯有机质相比,当高岭石质量分数达到20%时,无烟煤的键能和范德华能分别增加了63.86%和48.06%。⑤高岭石增强煤力学性质的内在原因是高岭石进入煤有机质后占据一定的孔隙空间,且与煤有机质的芳香碳骨架和不同官能团进行相互作用,高岭石质量分数越大充填煤大分子结构孔隙的程度越高,煤大分子结构的能量越大,导致煤大分子结构的孔隙率降低,有序性增大,使得力学强度和抵抗变形的能力增强。

沁水盆地南部煤储层赋存环境条件及其对渗透率的影响

煤层气赋存与产出受控于煤储层地应力、压力和地温等赋存环境条件,正确分析煤储层赋存环境条件及其对渗透率的影响是煤层气有效开发所关注的关键问题。采用沁水盆地南部煤层气井63个测试资料,系统分析了研究区煤储层地应力、压力和温度条件,揭示了煤储层应力、压力和温度随埋藏深度的变化规律,建立最小水平主应力与垂直主应力和煤储层压力之间关系模型。采用三轴渗流试验系统,开展了不同应力、压力和温度条件下煤层气渗流试验研究,揭示了不同温度、应力和压力条件下煤样渗透率变化规律及其控制机理。研究结果表明,研究区煤储层最大、最小水平主应力分别为6.62~42.06和3.30~26.40 MPa,其梯度分别为1.20~5.26和0.99~2.95 MPa/hm;煤储层压力及其梯度分别为0.99~12.63 MPa和0.23~1.18 MPa/hm;煤储层温度及其梯度为19.36~38.84℃和1.98℃/hm;且煤储层应力、压力和温度均随深度的增加呈线性增大的规律。随着有效应力的增加,煤储层渗透率不断降低,在初始加压阶段,渗透率下降幅度较大,随着有效应力的增加,下降幅度变缓。在相同的应力条件下,温度的增加使得煤样渗透率不断降低,渗透率的下降速率随温度的升高而减小。随着有效应力和温度的增加,煤储层渗透率按负指数函数规律降低。随着孔隙压力的降低,有效应力增加,煤储层渗透率不断降低。在初始降压阶段,煤储层渗透率急剧下降,随着孔隙压力的降低,渗透率下降速率逐渐变缓;当孔隙压力小于0.6 MPa后,煤储层渗透率随孔隙压力的降低而升高。在高孔隙压力条件下,渗透率随温度的升高呈负指数函数降低,在低孔隙压力条件下,煤储层渗透率随温度的升高呈线性降低。在此基础上,建立了煤储层渗透率与应力、压力和温度之间的关系模型,揭示了煤储层渗透率随应力、压力和温度应力的增加按负指数函数降低的规律和控制机理。

山西沁水:打击 规范 保护 修复 用司法合力倾心守护如画沁水

人民对美好生活的向往离不开法治保障。山西省晋城市沁水县人民法院深入贯彻习近平生态文明思想,守“三合一”之正,创“四合一”之新,形成环资审判新模式,以司法之力守护生态环境,助力金山银山造福人民群众,助力绿水青山造福子孙后代。

沁水盆地煤层气地震资料处理技术

为了准确预测沁水盆地煤层气勘探有利区,开展了煤层气地震资料处理关键技术研究。研究结果表明:1)层析反演技术配合地表一致性剩余静校正技术,可以较好地解决资料中存在的静校正问题,最终99%以上的炮点和检波点校正量约束在一个样点间隔范围内,目的层反射连续性增强,信噪比得到大幅度提高;2)基于AVO正演道集的保幅去噪质控技术,可以定量评价去噪保幅性,去噪后井点位置地震道集的AVO特征与正演道集的AVO特征相似程度达到90%以上;3)对于黄土山地地震资料,近地表Q补偿加串联反褶积可以有效改善地震资料的频谱,最终成果主频可达37 Hz,频宽达到4.5个倍频程,满足叠前、叠后反演对资料的频率需求;4)OVG道集不仅保留了方位角和炮检距信息,同时其近中远炮检距能量均衡,能更好地满足叠前裂缝检测的需求,提高裂缝检测的精度;5)将采区内生产井的产水与产气信息作为验证手段,对成果的构造形态以及断层合理性予以质控,更能保证处理成果的真实性与合理性。以上成果认识对地震勘探技术在煤层气有利区预测中的成功应用具有一定的指导意义,满足煤层气高效开发的需求。

海陆过渡相煤系页岩孔隙分形特征及影响因素——以沁水盆地北部太原组为例

【目的】为分析沁水盆地北部太原组海陆过渡相煤系页岩孔隙分形特征及影响因素。【方法】通过对阳泉区块太原组样品进行总有机碳(TOC)含量、成熟度测试及X射线衍射、低温氮气吸附实验,基于(Frenkel Halsey Hill,FHH)理论模型计算样品孔隙分形维数,分析矿物含量、有机地化特征及孔隙结构参数对孔隙分形维数的影响。【结果】太原组煤系页岩TOC含量介于0.57%~6.40%,平均为3.18%;有机质镜质体反射率(R_(o))介于1.96%~3.24%,平均为2.49%;煤系页岩微观孔隙具有双重分形特点,其中表面分形维数(D_(1))介于2.507 9~2.663 9,结构分形维数(D_(2))介于2.527 1~2.809 4;有机质含量及成熟度与D_(1)、D_(2)均呈正相关关系,孔隙结构参数与D_(1)、D_(2)具有良好的正相关性,但与D_(2)相关系数高于D_(1),指示微孔对孔隙结构参数的影响更强;分选、磨圆度高的陆源碎屑石英多具规则孔隙形态,造成石英含量与D_(1)、D_(2)呈负相关关系;碳酸盐岩矿物及长石主要提供宏孔,其含量与页岩D_(1)及D_(2)均呈负相关关系;黏土矿物在长期压实作用下孔径减小,微孔数量增加,孔隙形态复杂,其含量与分形维数D_(1)及D_(2)呈正相关关系。【结论】海陆过渡相煤系页岩微观孔隙具有双重分形特点,有机质含量、成熟度、孔隙结构参数和黏土矿物含量增大可导致其微观孔隙分形维数变大,陆源碎屑石英、长石和碳酸盐矿物含量增多可导致其微观孔隙分形维数变小。

沁水盆地榆社—武乡区块二叠系煤系页岩储层地质建模及“甜点”预测

沁水盆地煤系页岩气资源丰富,但勘探开发处于初期阶段。基于钻井、测井和地震解释资料,结合有机地球化学与储层物性实验测试数据,通过三维地质建模技术,建立了沁水盆地榆社—武乡区块二叠系山西组底部—太原组上部煤系页岩地质模型,并预测了煤系页岩气“甜点”区。研究结果表明:(1)沁水盆地榆社—武乡区块石炭系—二叠系煤系地层模型反映了煤系页岩储层的发育主要受控于构造活动,呈“东浅西深、整体连续”的分布格局。(2)基于序贯指示法建立沉积相模型,指示研究区在太原期—山西期由海陆过渡相转变为近海陆相沉积环境,为稳定优质页岩储层的形成提供了有利的沉积环境。(3)通过相控属性建模实现了储层参数空间分布模拟和精细表征,泥地比、孔隙度、含气量、总有机碳含量和镜质体反射率的平均值分别为0.57,10.02%,1.21 m^(3)/t,2.18%,2.45%,揭示了研究区煤系页岩较好的储集能力、含气性、有机质丰度和资源潜力,脆性指数模型指示出页岩压裂后的有利区带。(4)在精细三维地质建模的基础上,将三维网格单元赋值积分,计算研究区二叠系煤系页岩气地质资源量为1 344.98×10^(8)m^(3),运用层次分析法和模糊评价法预测页岩气“甜点”区,Ⅰ类“甜点”区为地质与工程双重甜点,分布于研究区东北部、中部和西北部局部区域。

沁水盆地深部软煤煤层气开发实践

我国煤层气开发主要集中在煤层深度小于1200 m的区域,埋深大于1500 m的深部煤层气开发未取得实质性突破。针对深部软煤井壁稳定差、压裂改造难的问题,对沁水盆地深部软煤煤层气的开发开展了一系列技术攻关。研究结果表明:钻井过程中使用“氯化钾聚合物+井眼强化剂”钻井液体系,可有效控制煤层相对井径扩大率。使用16~18 m 3/min超大排量、高液量、高砂量光套管压裂工艺,配合降阻剂来降低施工摩擦阻力,细砂、中砂、粗砂占总砂量体积比分别为15%、70%、15%,加砂量占总携砂液体积比自3%开始每次提高1%,可实现对深部软煤的充分改造,裂缝动态半长最大达到322.51 m,大幅提高了单井控制面积,排采产气效果良好。

沁水盆地古交区块煤层气水平井产能影响因素分析

近年来,水平井逐渐成为中国煤层气开发的主要井型,在多个区块取得显著产气效果,但井间产量差异大,整体达产率偏低。为摸清煤层气水平井产能影响因素,从地质因素、工程工艺和排采管理等方面展开研究。选取沁水盆地北部古交区块20口煤层气L型水平井,在地质条件和生产动态剖析基础上,筛选出含气性、井控地质储量、钻井质量、储层改造、生产动态参数等10个关键参数,探讨了对煤层气水平井产能的影响,并提出适用于研究区地质条件的针对性技术对策。研究表明:位于构造高部位的煤层气水平井,含气量、含气饱和度和井控地质储量是实现水平井高产的资源基础;在构造简单和断层不发育的情况下,水平段长应在600 m以上,且保证煤层钻遇率80%以上;水平段长600~800 m时,压裂段数应控制在10段以下,压裂段长最佳为60~80 m;尽量降低排采中断次数,提高排采连续性,在排水期和提产期要分别制定不同合理压降速率,增大泄压面积,实现煤层气水平井产能最大释放。

沁水盆地左权地区山西组米氏旋回识别及其天文年代标尺

依据地层序列的旋回信号进行地球轨道参数周期的识别,是确定深时时间尺度的有效方法之一。以沁水盆地左权地区山西组为例,使用时间序列分析法与相关系数法对钻孔剖面自然伽马测井曲线进行旋回性分析,并据此建立山西组年代地层标尺。使用频谱分析,在区内山西组识别出7.13 m、1.62~2.23 m的优势沉积旋回,分别对应405 kyr的长偏心率周期和91.9~126.4 kyr的短偏心率周期,经过天文检验,证实沁水盆地山西组受到天文周期驱动。通过高斯带通滤波,建立沁水盆地山西组“浮动”天文年代标尺,确定出9个405 kyr长偏心率旋回,据此获得山西组沉积时限为3.82 Myr。建立的天文年代标尺可为沁水盆地山西组古环境、古气候和各种地质事件的演化提供年代学依据。

高煤阶煤层气井压降扩展规律研究及应用——以沁水盆地樊庄区块为例

文章以沁水盆地樊庄区块直井为研究对象,综合考虑因排采降压差异导致的储层渗透率动态变化这一特征,通过搭建应力-压缩性-渗透性三者之间的关系,构建了适用于高煤阶煤储层的气-水流动模型,同时分别对单相产水阶段、两相采气阶段的压降扩展规律进行了量化分析,理清了樊庄区块煤层气井压降扩展规律,从而优化了现场单井排采制度。结果表明:在采气阶段存在最佳提气速度,其次确定了影响煤储层压降扩展的6个主控因素,拟合得到了采气阶段-最佳提气速度预测公式,为樊庄区块及类似地区煤层气井的排采管控提供了指导依据。

沁水县土沃乡规模化供水工程管道水力学分析

文章将已建涧河村截潜流和新建上沃泉村截潜流作为水源,铺设供水管道,水质净化后接入现有村级管网入户,对入村管道水力学计算公式进行了分析,对设计流量、管道长度、管径、计算管径、流速、水头损失等进行了计算,解决了土沃乡农村用水问题。

沁水盆地南部深层高阶煤层气成藏特征

沁水盆地南部中浅层已经建成年产能力达26×10^(8)m^(3)的煤层气田,但深层煤层气勘探程度较低,地质认识不足。为了深化区域深层煤层气成藏特征研究,根据研究区探井钻探、分析化验及试采资料,从煤储层特征、热演化及含气特征、保存条件、温压特征等4个方面开展了深层煤层气成藏特征研究。结果表明:(1)3号煤沉积稳定,总厚度为4.0~7.3m,具有镜质组含量高、灰分低、裂隙发育的有利条件;(2)3号煤R_(o)为2.41%~3.03%,为高煤阶,吸附能力强,吸附含气量大于20m^(3)/t;(3)3号煤排采水矿化度大于4000mg/L,水型为NaHCO_(3),处于弱径流环境。煤层气藏具有偏低温低压的特征,表明深层煤层气藏遭受一定的破坏,未明显影响深层吸附气,但是对游离气成藏不利。研究区深层煤层气相对于已评价建产的斜坡带中浅层煤层气成藏条件更加有利,深层3号煤资源量估算1200×10^(8)m^(3),勘探开发潜力好。

沉积环境对煤层含气量的控制:以沁水盆地寿阳地区太原组15^(#)煤为例

煤层性质的差异是影响煤层气富集及高产的重要因素。沉积环境控制了煤层厚度及展布、煤岩煤质特征、有效盖层厚度和岩性组合等,对煤层气富集具有重要控制作用。本研究根据钻井岩心、录井、测井及前人研究成果,对沁水盆地北部寿阳地区太原组进行了沉积环境及层序地层综合分析,并对15^(#)煤顶、底板系统的沉积环境及岩相古地理进行精细刻画,总结沉积环境对煤层含气量的控制作用,并进一步划分有利煤储集层沉积相带。寿阳地区太原组下部主要发育浅海陆棚—障壁岛—潟湖沉积体系,上部主要发育三角洲平原沉积体系。太原组沉积时期为1个三级层序尺度的海侵—海退过程,并进一步可划分为6个四级层序(S_(1)—S_(6))。四级层序S_(1)发育潮坪—潟湖—障壁岛沉积体系,各沉积相与15^(#)煤含气量关系由好到差依次为潟湖、潮坪、障壁岛;S_(2)发育障壁岛—潟湖—潮坪—浅海陆棚沉积体系,各沉积相与15^(#)煤含气量关系由好到差依次为潟湖(灰岩厚)、泥质陆棚、碳酸盐岩陆棚、潟湖、潮坪、障壁岛。根据S_(1)、S_(2)沉积相与15^(#)煤含气量关系,将15^(#)煤划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类煤储集层沉积相带,Ⅰ类煤储集层沉积相带分布区是煤层气勘探有利区,主要分布于研究区东部;Ⅱ类煤储集层沉积相带分布区是煤层气勘探较有利区,主要分布于东部及西部;Ⅲ类煤储集层沉积相带分布区煤层气勘探前景较差,主要分布于研究区的西北部及中部。

沁水盆地南部煤层气水平井射孔优化

为提高沁水盆地煤层气水平井压裂效果,基于分布式光纤水平井产水产气剖面监测、水平井录井导向、测井等资料分析,明确了煤岩煤质、煤体结构、水平井钻遇位置以及射孔改造方式是决定煤层压裂改造效果的关键因素。沁水盆地3号煤层中—上部自然伽马低、煤质较好、煤体结构完整,是适合压裂改造的优质层段;根据双自然伽马曲线可准确判断水平井井眼轨迹在煤层中的钻遇位置,确定优质压裂层段及射孔方式。当井眼轨迹位于煤层中部时,采用常规射孔方式可实现高效改造;当井眼轨迹接近顶板或出层时,需采用向下定向射孔方式,实现上部优质煤层的有效改造;当井眼轨迹位于下夹矸层附近时,可采用向上定向射孔方式,实现中部优质层段的改造。该方法现场应用水平井46口,单井日产气量突破2.5×10^(4)m^(3),日稳产气量达到2×10^(4)m^(3),储集层压裂改造效率提升10%~50%,水平井开发效果好。

沁水盆地南部高煤阶煤层气高效开发对策与实践

我国高煤阶煤层气资源丰富,其高效开发利用的能源、安全、生态意义十分突出。以沁水盆地南部高煤阶煤层气开发实践为例,系统分析了早期开发过程中面临的5个主要问题及挑战:高煤阶煤层气开发理论不完善;有利区选择精度低;储层改造技术适应性不强;排采控制制度效率低、效益差;集输系统呈现“三难”“三高”。中国石油华北油田公司坚持问题导向、目标引领,室内研究与现场实践相结合,形成了高煤阶煤层气高效开发的新理念及关键技术对策:提出高煤阶煤层气疏导开发理念,构建套管单支水平井+分段压裂的煤层气开发方式;建立高产有利区优选技术,实现建产模式由大面积整体建设向精准建产选区转变;完善升级煤层气压裂改造技术,实现储层改造向构建多级有效缝网转变;创新疏导排采控制技术,实现排采控制向优快高效转变;建立低压环状地面集输技术,实现地面集输建设模式向高效益转变。经实践,平均新建产能到位率由37%提升至84%以上,平均单井日产气提高为原来的1.6倍,达产时间缩短20%以上,新建项目地面建设投资降低20%。沁水盆地不同储层类型煤层气开发均取得产量突破,沁水盆地南部煤层气田年生产能力突破21×10^(8)m^(3),建成我国最大的煤层气田,有力助推了我国煤层气的战略性发展。

沁水县城东柿庄方言的指示代词研究

沁水县城东柿庄方言的指示代词为“这/那”二分系统,可以指代人、物、处所、方位、时间、数量、方式和程度,在构词特征上往往通过增加后缀成分来表示不同的语法功能。在柿庄方言中还存在指示代词叠置的现象,其形式为“这_(1)个这_(2)”“那_(1)个那_(2)”。

基于煤岩煤质煤相特征的沁水15号富锂煤古环境分析

以沁水东南部15号富锂煤为研究对象,采用显微光学、XRD等技术方法开展了宏观煤岩特征、显微煤岩特征、煤质特征和煤相研究。结果表明,沁水东南太原组15号煤属低水分、低灰分、低挥发分、高硫贫煤。宏观煤岩类型以半亮型、半暗型煤为主;显微煤岩组分以镜质组为主,惰质组次之,壳质组少见;无机显微组分以高岭石等黏土矿物为主,可见方解石、黄铁矿、石英、菱铁矿、石膏和锆石等矿物。15号煤形成于滨岸带沉积体系。古沉积环境主要为潮湿-浅覆水、强活水环境的开放沼泽相;植物组织保存程度较低,植物以水生或草本植物为主;成煤泥炭沼泽环境受地下水影响较小,海水影响较大,物源供给具有多元性。

山西沁水煤田煤炭生物气化特征分析概述

煤层产甲烷菌菌群是一种由多种微生物组成且能够利用煤中有机物作为碳源,将煤从固态形式转为以甲烷为主的气态形式的独特微生物群落。通过一系列研究发现,在沁水盆地早期成气阶段生物成气具有一定的重要性。如今在特定条件下能够将该种处于休眠状态的菌群重新激活,并且能够再次实现生物甲烷合成。其中沁水煤田的地质特征和产甲烷菌菌群的生存特点揭示了山西沁水煤田的生物气化特征。