煤层气储层气-液-固多相渗流规律研究

揭示储层非饱和流阶段煤粉运移产出规律,对煤层气高效排采具有重要现实意义。基于气-液-固三相流模拟装置,通过设定不同煤粉粒径、注入流速、裂缝宽度和煤粉质量分数等条件,开展了煤层气储层非饱和流阶段煤粉产出运移特征试验,并分析了煤粉沉淀量、产出量及煤岩气相与液相渗透率变化特征。研究表明:随着裂缝宽度增加,煤粉产出量呈现出逐渐增大的趋势,沉淀量呈现出先增大后减小的变化特征,在裂缝宽度为0.1 mm时达到最大值;随着煤粉质量分数的增大,产出量表现为先增大后减小(峰值点在0.15‰附近),沉淀量逐渐增大,说明煤粉在储层中运移存在一定的单位体积含量极值,超过极值后,煤粉将大量沉淀并堵塞孔裂隙;合理控制煤层气产水产气速率,能够有效地控制煤粉的产出,煤粉沉淀量和产出量随着注入流速的增长均呈现出先增大后减小的趋势,注入流速为5.0 mL/min时的煤粉沉积量最大,在流速为7.5 mL/min时煤粉产出量相对较高;液相渗透率演化特征呈现出逐渐降低和先稳定后逐渐降低2种变化趋势,气相渗透率演化特征较为复杂;综合注入压力、煤岩渗透率变化、煤粉产出和沉淀特征,可将煤粉在裂缝中运移划分为缓慢沉积、快速沉积和完全堵塞3个阶段。

全球煤炭地下气化发展态势及展望——基于专利分析

文章采用合享(Incopat)全球专利数据库商业专利检索系统对煤炭地下气化(UCG)领域的专利技术进行检索,以此探究全球UCG发展态势。研究显示:从对全球UCG专利申请数量、申请趋势、布局地区、主要专利申请人的分析来看,目前UCG产业正处于高速发展阶段。自2001年以来,UCG专业领域的专利逐年上升,尤其是在2013年以后,UCG技术领域的专利申请量进入快速增长的阶段,申请的专利囊括了整个UCG的产业链,专利技术功效也主要集中于经济、高效、灵活可控、安全、稳定运行等方面。本轮UCG产业的发展主要得益于我国相关技术的快速发展,我国UCG专利申请量从2013年开始进入飞速增长的阶段。总体来说,随着石油工程类高精尖技术应用,深层煤炭地下气化体现出强大的活力和经济优势。

基于煤层气高效开发的煤粉凝聚–沉降机制研究进展

大量低产低效井严重阻碍我国煤层气产业发展,其中,煤粉沉降导致的裂缝堵塞、管柱结块是气井稳产时间短、产气量降低甚至不产气的重要因素。系统梳理国内外煤层气井产出煤粉物质组成、生成机理、悬浮运移和产出控制等研究最新进展,总结煤粉凝聚–沉降及分散行为控制机理及关键问题,提出研究展望。煤粉问题伴随煤层气勘探开发全过程,涉及地质选区评价、工程压裂施工和排采管理控制的各个方面。煤粉包括因煤体结构破坏生成的原生煤粉和工程施工形成的次生煤粉,在气井产出中以有机碎屑和黏土矿物组成的混合物为主,部分样品黏土矿物含量高。煤粉悬浮运移受控于储层条件下煤岩结构和表面性质、nm~μm级煤粉颗粒的相互作用、有机质和黏土矿物的作用、通道内的气水流动等因素。煤粉能够适度稳定产出是排采管控的关键,涉及地层水环境对煤粉表面润湿性、表面电性和空间位阻效应的影响及作用机制,以及分散剂离子加入对煤层气的解吸和渗流能力影响等。围绕煤粉“黏附–润湿–凝聚–沉降全过程开展实验模拟”和“煤粉分散稳定性优化及流动实验”研究,以及煤粉理化性质精细表征、凝聚沉降机理分析和分散行为界定,提出适合煤粉稳定运移控制的流速,形成保持煤粉悬浮产出的基础性依据,为保障煤层气–水–煤粉稳定高效产出提供理论和技术支撑。

煤层气开发地质单元划分与应用实践

根据煤层气生产潜力,结合开发地质条件划分煤层气开发地质单元,能为开发工艺选型提供重要支撑。通过分析各项地质储层参数对煤层气开发效果的影响,建立了评价参数体系,确定出主要研究内容;归纳总结出煤储层精细描述中的各项“点”参数和“面”参数获取的一般方法,结合“多层次模糊综合评价+多参数叠加”法,提出了煤层气开发地质单元的划分方法,在鄂尔多斯盆地东缘临兴地区进行了实践应用。根据钻井、测井、压裂、排采和实验室测试等数据,建立了相关数学模型,得出了各井点8+9号煤层的埋深、构造曲率、厚度、含气量、含气饱和度、渗透率、临储压力比、地下水流体势、煤体结构、水平主应力差、脆性指数等参数,应用克里金插值法绘制各参数的等值线图。然后,应用多层次模糊综合评价法对产气潜力进行评价,叠加气体产出条件和煤层可改造性评价结果将研究区划分为3个产气潜力区38个开发地质单元。其中,“甜点”潜力区开发地质单元10个,包括产出和开发条件均有利的I1类2个,产出有利、开发一般的I2类3个,产出有利、开发较差的I3类1个,产出和开发条件均一般的II2类3个,产出条件不利、开发条件有利的III1类1个;“一般”潜力区开发地质单元20个;“不利”潜力区共划分了8个开发地质单元。该方法可有效服务于“地质-工程-排采”一体化的煤层气开发新理念,为煤层气高效建产区建设提供有效地质支撑。

基于等温吸附的临兴地区8+9号煤层含气量预测

煤储层含气量是煤层气勘探开发的重要地质参数,如何准确预测煤储层含气量是煤层气地质研究的关键问题。以临兴地区8+9号煤层为研究对象,基于煤岩等温吸附试验测试数据,分析了兰氏参数与温度、镜质体反射率之间的关系,探讨了含气饱和度与温度、埋深之间的相关关系,基于等温吸附理论建立了临兴地区8+9号煤层含气量预测模型,并对模型进行误差分析。结果表明:兰氏参数与镜质体反射率(Ro<2.5%时)呈指数相关关系,与温度呈线性相关,含气饱和度与埋深、温度具有较好的线性关系;建立的含气量预测模型具有一定的可靠性。

基于测井响应的临兴地区8+9号煤层煤体结构划分

基于临兴地区8+9号煤层的密度、纵波时差和补偿中子测井数据与钻井取心资料,引入地质强度因子(GSI)对煤体结构进行量化表征,采用多元线性回归方法,建立了临兴地区8+9号煤层煤体结构预测模型,对研究区煤体结构进行了划分。结果表明:基于测井参数所建立的煤体结构预测模型能够较准确地对煤体结构进行划分。

基于测井的柿庄地区宏观煤岩类型划分

以柿庄地区3号煤层的钻井取心数据为基础,划分了研究区3号煤层宏观煤岩类型,结合测井资料,分析了宏观煤岩类型与补偿密度测井、声波时差测井和自然伽马测井的相关关系,利用多元线性回归方法,建立了柿庄地区3号煤层宏观煤岩类型测井解释模型,并划分了该煤层宏观煤岩类型。结果表明:该预测模型能较准确地对研究区3号煤层宏观煤岩类型进行划分,为研究区煤层气甜点区预测提供依据。

柿庄地区3~#煤层渗透率测井分析及预测

以柿庄地区3~#煤层试井渗透率为基础,结合测井资料,分析了渗透率与泥质含量、煤体结构及有效孔隙度的相关关系,利用多元回归分析方法,建立了研究区3~#煤层渗透率测井解释模型。研究表明:渗透率与泥质含量呈负相关,与煤体结构及有效孔隙度呈正相关;多元回归分析方法预测渗透率优于单一元素预测;有利开发区位于该区东北及西南部。

煤层气低产井区增产改造地质靶区优选方法与应用

盘活煤层气低产低效井是解决我国煤层气单井产量偏低问题的关键任务之一,在分析地质因素对煤层气井开发效果影响的基础上,提出基于“储层参数再认识-产气地质潜力评价-储集层结构特征分区-增产改造地质靶区”的煤层气低产井区增产改造靶区优选方法(增产改造靶区“四步”优选法)。利用煤层气开发老区的压裂和排采资料,结合钻井、测井、实验室测试等数据,建立煤层气地质参数再认识的计算模型,分析影响煤层气开发效果的煤储层关键参数;应用多层次模糊综合评价法,提出低产井产气潜力评价指标体系;基于构造和煤体结构垂向组合特征,建立储层煤体结构特征分区方法;最后制定一套煤层气低产井区增产改造地质靶区的优选方法。采用“四步”优选法,在沁水盆地南部柿庄南煤层气区块选出42口低产井,增产改造后单井平均产气量由310 m^(3)/d增至960 m^(3)/d,增长3倍多,且保持产气上升或稳产趋势,相比在靶区外实施的试验井的单井产气增量和总体成功率有较大提升。该方法为煤层气低产井的治理选区指明方向且提供地质支撑。

沁水盆地柿庄地区煤粉发育特征及其对产出的影响

煤粉发育和产出特征对指导煤层气勘探开发具有重要的意义。以沁水盆地柿庄地区为研究对象,收集了钻井取心、测井信息、排采数据和煤层气井产煤粉样品等,基于测井解释、激光粒度测试和煤粉质量分数监测等方法,系统分析了煤粉发育特征及其对产出的影响。研究结果表明:研究区原生煤粉可划分为煤粉发育复杂区、煤层底部发育煤粉区、煤粉不发育区、煤粉较少发育区和煤层顶底发育煤粉区5类地区,产出煤粉粒径分布在0.4~3300μm,质量分数集中在0~0.5;煤粉发育特征影响着煤层气井初次产粉时间,其中原生煤粉发育复杂区一般在见气之前初次产煤粉,原生煤粉底部发育区和原生煤粉顶底发育区初次产粉时间规律性较差,原生煤粉不发育区和原生煤粉较少发育区一般在见气之后初次产煤粉;排水降压阶段受井筒附近煤粉发育特征的影响,产出煤粉以中、粗颗粒煤粉为主,煤粉颗粒大,质量分数不高;提产放气阶段受排采强度和煤粉发育特征的影响,以中、细颗粒煤粉为主,煤粉颗粒较小,煤粉质量分数高且波动较大;稳定产气阶段主要产出远端裂缝中的原生煤粉或压裂工程产生的次生煤粉,煤粉颗粒更小,质量分数相对较小且波动小;产气衰减阶段的煤粉颗粒最小,煤粉产出量少。

膳食纤维的保健功效及在主食中的应用

随着人类生活水平的提高,人们的饮食结构和饮食习惯发生了很大变化,食物越吃越精细,导致膳食纤维摄入量日趋降低,许多与饮食有关的疾病发病率呈逐年增高趋势。膳食纤维以其特有的物理和生理性能,使高纤维食品受到人们越来越多的关注。以下就如何在主食中发挥保健功效做简单分析。

基于原子力显微镜的煤岩微尺度力学性质研究

为了研究微观尺度下煤岩力学特性以及影响因素,以保德地区烟煤样品(Ro=0.80%)为研究对象,使用原子力显微镜的力学性能量化模块,通过测量煤岩表面不同位置的杨氏模量与黏附力,利用NanoScope Analysis软件对所测得的数据进行处理分析,得到煤岩表面形貌图、杨氏模量图、黏附力图和形变量图,并进一步分析表面力学性质的影响因素。研究结果表明:整个扫描区域的杨氏模量平均值为7.62GPa,测量结果大于传统岩石力学测试方法的试验结果,其中有机质的弹性模量约为2GPa,黏土矿物的弹性模量平均值在15GPa左右;黏附力范围在10~40nN,影响杨氏模量和黏附力的主要因素为粗糙度,同时孔隙的分布也影响着黏附力的大小,其所在的位置有较大的黏附力。

临兴地区深部煤岩力学性质及其对煤储层压裂的影响

煤、岩力学性质是影响煤储层压裂改造效果的关键因素。基于煤的原位条件的全应力-应变试验、煤和顶底板围岩的单轴和三轴力学参数统计,结合FracproPT压裂模拟软件,揭示了深部煤储层原位力学性质,查明了研究区煤、岩组合特征及力学性质差异,探讨了煤、岩力学性质对深部煤储层压裂的影响。研究结果表明:随着温度的增加,煤的弹性减弱,塑性增强,力学强度呈减弱趋势。温度对煤力学性质的影响很小,对于煤整体的力学强度而言,这种影响可以忽略不计。应力增强了煤岩弹性性能和力学强度,且影响显著,在不同的应力范围内其影响特征不同。在弹性变形阶段,随着有效围压的增大,煤的弹性模量增大,泊松比减小,但是在不同围压条件下,弹性模量和泊松比随应力的变化显示出不同的特征。当有效围压为20 MPa时,随着轴向应力的增大,煤的弹性模量和泊松比先快速增大后逐渐恒定。当有效围压为10 MPa时,弹性模量和泊松比在轴向应力加载初期也呈快速增大趋势,但泊松比在轴向应力为10 MPa附近经历短暂的稳定后继续增大。当有效围压为30 MPa时,弹性模量和泊松比开始就是一个相对恒定的值,缺少弹性模量和泊松比的上升段。在塑性变形阶段,随着有效围压的增大,塑性变形发生时对应的应力和应变值增大,且屈服点更加显现,表明随着有效围压的增大,煤的塑性变形延迟出现。在残余强度阶段,随着有效围压的增大,煤的残余强度也有所提高。研究区煤层与顶底板存在7种组合类型,以泥岩-煤-泥岩为主,细砂岩-煤-细砂岩次之,力学性能按照煤、炭质泥岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩的顺序增强。煤岩弹性模量越大,压裂容易形成高、窄、短缝;煤、岩弹性模量差越大,压裂容易形成矮、长、宽缝。

基于SAXS的不同变质程度煤纳米级孔隙结构特征研究

为揭示不同变质程度煤岩纳米级孔隙特征,运用小角X射线散射方法(SAXS),采集镜质体反射率R_(max)在0.31%~6.24%的15个样品,基于散射数据获取的煤岩孔隙率、孔径分布、比表面积和分形维数,讨论了煤化过程对煤岩纳米孔隙(0.3~100nm)结构的影响,并用低温CO_(2)和N_(2)吸附DFT模型结果对孔径分布进行了验证。结果表明:在R_(max)<0.5%时,煤岩孔隙率和比表面积随着变质程度的增加而增加,微孔(<2nm)含量增长较少,介孔(2~50nm)和大孔(50~100nm)含量大幅增加,煤岩表面逐渐光滑;在R_(max)=0.5%~1.4%时,孔隙率和比表面积减小,各类孔隙含量均减少,煤岩表面逐渐光滑;在R_(max)=1.4%~4.0%时,煤岩孔隙率和比表面积增大,微孔含量大幅增加,介孔和大孔含量近乎稳定,煤岩表面逐渐粗糙;在R_(max)>4.0%后,煤岩孔隙率和比表面积缓慢增加,微孔增长幅度变缓,煤岩表面逐渐光滑。SAXS在0.3~100nm孔径分布(本次实验范围)中用球形形状因子与低温CO_(2)和N_(2)吸附结果契合度较高,煤中纳米级孔隙率及比表面积主要由微孔贡献。

基于灰色关联的沁南柿庄地区含气量主控因素分析

沁南柿庄地区煤储层含气性影响因素众多,为了揭示影响研究区煤储层含气量的主控因素,从煤层埋深、煤变质程度、煤岩煤质、孔隙度等4个方面进行相关性分析,并利用灰色关联法对埋深、Ro,max、镜质组和惰质组含量、固定碳含量、挥发分、水分+灰分和孔隙度等因素与含气量的关联度进行计算。结果表明:柿庄地区3#煤储层含气量影响因素关联度分布于0.653~0.733,平均0.696,其中,镜质组含量、固定碳含量与埋深为含气量主控因素,且与含气量呈正相关关系,Ro,max、挥发分、孔隙度、水分+灰分与惰质组含量为次要因素,其中惰质组含量、挥发分和水分+灰分与含气量呈负相关关系。

四川盆地中二叠统油气成藏地质条件分析

中二叠统是四川盆地目前重要的天然气勘探接替层系,但一直以来对中二叠统天然气的成藏地质条件缺乏比较系统、全面的研究,在一定程度上制约了勘探进展。通过对生、储、盖、盖、圈、运、保等条件的详细分析认为,四川盆地中二叠统各油气地质条件时空匹配关系良好,具备形成大中型气田的有利条件;天然气成藏的主控因素则主要有两方面:一是优质储层的发育;二是早期古构造的形成。

基于钻井液污染的煤储层类型划分及其开发特征

为了研究煤储层在钻井液污染下的煤层气开发特征,以沁水盆地南部柿庄南区块为研究对象,基于渗透率损伤比计算模型,计算钻井液对煤储层的伤害程度,并在此基础上划分储层类型,分析不同煤储层的黏土含量和碎粒煤厚度占比,结合压裂资料和排采资料,分析钻井液污染后不同煤储层钻井的煤层气开发特征。研究结果表明,基于煤储层的污染程度,煤储层可划分为轻度污染、较重污染和严重污染三种类型。其中,严重污染煤储层灰分含量均值为17.69%,碎粒煤厚度占比均值为76.47%,压裂施工时,钻井油压曲线会出现大幅度的下降,稳定时所需破碎压力小,排采时单相水流阶段时间长;轻度污染型储层的灰分含量均值为10.07%,碎粒煤厚度占比均值为34.85%,油压曲线整体比较稳定,下降幅度不明显,单相水流阶段时间短;较重污染型储层的灰分含量均值为13.04%,碎粒煤厚度占比均值为59.65%,油压曲线与易伤害型钻井类似,但下降幅度小于易伤害钻井,稳定时所需的破碎压力高于易伤害型储层钻井,排采时单相水流阶段时间介于上述两者之间。

塔东地区下寒武统泥页岩特征与页岩气有利区优选

利用钻井取心及测井方法,并结合显微组分鉴定、有机碳分析、岩石热解、镜质体反射率测试、全岩矿物分析、单轴压缩及孔渗实验,对塔里木盆地东部地区(塔东地区)寒武系海相烃源岩的发育背景、地球化学特征、储层物性、含气性特征及保存条件进行研究,并对其页岩气有利区进行预测。结果表明:塔东地区寒武系西大山组—西山布拉克组页岩有机显微组分以富含海相镜状体为典型特征,兼具有机碳含量较高,有机质类型以I型、II1型为主,镜质体反射率较为适中,有机质处于高成熟—过成熟阶段,热演化持续时间长,泥页岩储层具有脆性矿物含量高、孔渗发育条件差、弹性模量大及泊松比小的特征,并发现该地区的构造条件不利于页岩气的保存。利用灰色关联法与权重分析法确定含气量和有机碳含量是该套页岩气资源量的2个主控因素,并以该套页岩的相关参数为依据对塔东低凸起地区页岩气有利区进行预测,划分出2个核心区和1个有利区。

粉尘也能爆炸

氧化还原反应在日常生活中极为常见。如缓慢氧化、燃烧和爆炸等。但有些看上去令人不可思议。请看下面这个事例：