鄂尔多斯盆地府谷地区深部煤层气富集成藏规律及有利区评价

鄂尔多斯盆地东缘神府区块是典型深部煤层气田,资源丰富且勘探开发潜力巨大。2023年10月,神府深部煤层大气田成功申报探明地质储量超1100亿m^(3)。府谷地区位于神府区块中部,是最早深部煤层气生产试验区,但目前对其煤层气的富集成藏规律和勘探开发潜力的认识尚不清楚。综合应用地震、测井、钻井和煤岩测试等资料以查明该地区深部煤层气地质特征、富集成藏规律和有利区分布。结果表明:主力煤层4+5、8+9号煤发育稳定且厚度较大(4+5号煤:3.2~5.8 m;8+9号煤:8.7~13.5 m),有利层段主要分布在煤层中上部位置;宏观煤岩类型主要为光亮-半亮煤,煤体结构主要为原生-碎裂结构煤;受深成变质作用的影响,煤类以气煤、肥煤和焦煤为主,煤的变质程度处于热解生气的高峰期,煤储层表现出中-高含气量(4+5号煤:3.0~12.0 m^(3)/t;8+9号煤:7.5~18.5 m^(3)/t)和中-高含气饱和度(35.0%~115.0%)等特征;主力煤层属于低渗储层((0.01~0.09)×10^(-3)μm^(2)),孔隙结构主要以微孔和小孔为主。提出府谷地区煤层气为“挠褶-断层-水动力”富集成藏模式,煤层气富集区位于构造平缓区和斜坡带。建立深部煤层气地质-工程双甜点评价体系,识别出I类地质-工程甜点区位于东部和西南部,是研究区深部煤层气勘探开发首选区带。因此,该研究认识进一步丰富了深部煤层气富集成藏理论,对鄂东缘深部煤层气勘探开发实践具有重要指导意义。

基于纳米压痕的煤岩微观力学特性及其影响因素剖析

煤岩微观力学特性与宏观力学特性关系密切,是剖析宏观力学性质机理的关键指标,也是影响煤层气压裂开采的重要因素。现阶段煤岩微观力学特性研究局限于力学参数表征与现象描述,演化机制及影响机理方面的研究较为缺乏。以我国不同变质程度煤岩为研究对象,通过以纳米压痕实验为主,低温液氮与原位激光拉曼测试为辅的手段,实现了纳米压痕实验关键参数优选,并明确了煤岩镜质组与惰质组微观力学特性及其主控因素。研究结果表明:(1)预实验结果显示,低载荷、小量程下,最大压入深度在1 000 nm左右(对应峰值载荷约为9 mN)的参数设定较为适合煤岩镜质组和惰质组的纳米压痕实验;(2)煤岩惰质组的弹性模量和硬度均普遍高于镜质组,且同一煤样中不同位置显微组分的弹性模量和硬度相近,说明在局部范围内煤基质显微组分的微观力学性质分布具有一定相似性;(3)煤岩显微组分和成熟度通过控制孔隙结构与化学结构以“一主一辅”形式共同影响其微观力学性质,即镜质组微观力学强度随煤化程度加深先升后降再升,下降段主要受因气孔增多导致的孔隙结构变化影响,上升段化学组分和结构为主控因素;惰质组的微观力学性质随煤岩成熟度升高持续增加,始终以受化学组分和结构控制为主。煤岩微观力学性质研究可广泛运用于微观尺度下的煤基质变形机制分析、水力压裂过程中微裂缝的产生与拓展探究以及开发有利区优选。

煤层气储层相对渗透率试验及数值模拟技术研究进展

气水相对渗透率是评价煤层气是否具有工业价值的关键参数之一,测量和估算煤层气储层的相对渗透率是推进煤层气产业化亟需解决的基础问题。通过梳理国内外气水相对渗透率的研究进展,重点从煤储层气水相对渗透率的试验方法、理论模型和数值模拟3方面展开论述,主要取得了4项认识:①非稳态法在煤储层相对渗透率的测试中应用范围更广泛,但较少探究原位温度的影响;微流控试验在可视化和量化多相流体渗流行为方面有很大的应用前景。②利用核磁共振成像、CT三维扫描试验等新兴技术手段对渗透率试验装置进行改进,可以实时捕获多相流体的驱替过程并使测试结果更为准确。但试验环境较难还原地层的原位条件,且传感器的精度和稳定性仍需要进一步提高。③尽管目前针对煤层气储层已建立了多种相对渗透率计算模型,但其之间仍存在不同的假设条件和适用范围,难以统一推广,且未考虑真实孔裂隙结构的几何形态。④数值模拟方法破除了物理试验中的样品尺寸限制,在结合煤层气现场开发数据的基础上,可以实现提高采收率过程中相对渗透率变化的动态刻画。最后指出,未来需要将气水相对渗透率的测试环境进一步拓展至原位储层温度条件,探究多类型混合气体与水相流动行为,建立微流控试验的统一测试工序、扩展其应用场景和地质理论联系,并加深数值模拟与物理试验的联动分析与应用。

基于测井的煤层力学特性评价及煤层气开发有利区预测--以沁南郑庄区块3号煤层为例

准确掌握煤岩力学性质对储层改造及煤层气开发具有重要意义,以郑庄区块3号煤层为研究层位,建立以多测井参数为基础的煤储层横波时差预测模型和以动静态力学参数转换为依据的脆性指数评价模型;利用弹性参数法对研究区内煤储层脆性指数进行了综合评价,发现单井中煤层脆性指数受“边界效应”影响明显且分布具有区域性;脆性指数与煤体结构指数存在正相关关系,并据此提出以脆性指数为依据的煤体结构划分标准;脆性指数与抗压强度、抗拉强度均为负相关关系;四维地震裂缝监测结果显示碎裂结构煤压裂效果最好,原生结构煤次之,碎粒结构煤最差;最后,以含气量与脆性指数为主要评价参数,预测了区块内煤层气开发地质有利区,为煤储层压裂设计提供了依据。

煤层气储层水力裂缝扩展特征与控因研究进展

煤层气储层水力压裂后的裂缝展布规律和内部控因在很大程度上决定了储层改造效果,了解水力裂缝特征及扩展机制对煤层气的高效开发具有重要意义,也是水力压裂工艺参数优化的关键理论基础。基于国内外煤层气储层水力压裂开发现状,综合压裂实验设计、理论计算模型和数值模拟等,梳理了不同方法的特征及其差异,并系统论述了煤层气储层内在地质因素和外部工程因素对水力裂缝扩展行为的影响机制,总结了现阶段煤层气储层水力裂缝研究中面临的问题及发展趋势。结果表明:在真三轴物理实验中配置声发射监测和光学成像组件等改进措施可以极大促进水力裂缝扩展的力学行为和延伸路径研究;理论计算模型可以有效量化水力裂缝扩展行为,但预设的裂缝形态和延伸路径会使计算结果偏离实际生产;数值模拟有助于探究储层原位条件下多地质因素控制的水力裂缝网络动态形成过程和多条裂缝之间的相互影响;总体而言,煤层气储层水力裂缝的扩展行为是由天然弱面、地应力、宏观煤岩类型、煤体结构和支撑剂等因素约束下的综合过程。未来研究应聚焦在:(1)完善实现水力压裂物理实验中原位温压条件下的裂缝行为实时监控,并形成大尺寸样品制样标准;(2)深入研究基本理论计算模型中天然裂缝几何形态及注水速率、压裂液黏度等水力压裂工程参数对水力裂缝交互模式产生的叠加效应;(3)结合现场压裂中的微地震监测数据,优化数值模拟方法中天然裂缝及水力裂缝的几何形态和扩展路径设置;(4)量化多场-多地质因素对水力裂缝网络的耦合作用。

川东南地区龙马溪组页岩有机质纳米孔隙结构表征

富有机质页岩中广泛发育的纳米孔隙是页岩气的重要储集空间。为了明确页岩有机质孔隙发育特征,以四川盆地东南部丁山地区下志留统龙马溪组页岩为研究对象,通过扫描电镜(SEM)、N_(2)和CO_(2)低压吸附实验,对龙马溪组页岩有机质面孔率进行统计,并对页岩中纳米孔隙结构特征进行表征。结果表明,总有机碳(TOC)含量是影响龙马溪组页岩纳米孔隙比表面积和孔容的主要因素。龙马溪组页岩有机质孔隙的比表面积和孔容均随TOC含量上升而增加,且在TOC值较高时超过无机孔隙的比表面积和孔容。孔径为2~10 nm的孔隙对龙马溪组页岩的总孔容贡献最大。焦沥青相比于其他有机质发育更多的介孔,焦沥青含量增多将导致页岩中介孔孔容显著增加,而排油效率可通过影响焦沥青含量间接导致页岩纳米孔隙发育差异,高排油效率会降低页岩介孔和总孔孔容。在龙马溪组页岩勘探开发过程中,应综合考虑TOC含量、排油效率及焦沥青含量对页岩气储集条件的影响。

二连盆地巴彦宝力格煤田伊敏组低煤阶煤层气成藏条件及有利区预测

为了明确二连盆地巴彦宝力格煤田伊敏组煤层气资源潜力,在伊敏组煤层发育及含气性分析基础上,对沉积环境、煤层厚度、构造特征、储层物性、盖层封闭能力及水文地质条件等煤层气成藏条件进行了系统剖析。结果表明:巴彦宝力格煤田伊敏组煤层的煤岩组分以暗煤为主,最大镜质体反射率为0.38%~0.46%,属于褐煤-长焰煤;伊敏组主力煤层为2#、3#、4#、4-1#煤,煤层分布广泛,结构简单,平均厚度为21.33 m,具备丰富的生气物质基础;煤层含气量差异较大,平均含气量为0.79~1.57 m^(3)/t,其中4#煤层含气量最高,4-1#煤层含气性最差;煤层沉积环境以扇三角洲及滨浅湖湖沼相为主,有利于形成广覆式中厚煤层;盆地构造形态简单,煤层主要赋存于向斜,受断裂影响较小,并且顶底板多为分布稳定的厚层泥岩;煤系含水层处于承压水封闭环境,为煤层气赋存提供了良好的保存条件;伊敏组煤层气有利勘探区主要位于中部的巴彦宝力格向斜轴部地区及东北部的五间房向斜轴部地区。研究成果对伊敏组及类似条件的低煤阶煤层气勘探开发具有指导意义。

鸡西盆地煤层气控气地质特征及有利区分布

为评价煤层气资源开发潜力,对鸡西盆地煤岩的煤质、显微组分、显微裂隙、等温吸附及压汞孔隙结构进行了分析测试,结合钻井资料、瓦斯解吸、瓦斯涌出量及煤与瓦斯突出的资料,研究了该区的煤储层地质及储层物性特征,并分析了煤层气资源的控气地质控制因素——构造、水文及顶底板封盖性。平麻逆冲断裂带及其附近的挤压揉皱构造有利于煤层气赋存,敦密断裂为导气断裂,不利于煤层气富集。水文控气主要分为3类:水力运移逸散控气作用、水力封闭控气作用及水力封堵控气作用,其对煤层气的富集控制作用迥异。顶盖板封盖性研究表明,穆棱组上部巨厚泥岩对煤层气有着良好的封闭性。基于GIS的多层次模糊数学评价方法计算了鸡西盆地城子河组的煤层气资源量,预测了煤层气有利区分布。结果表明,鸡西盆地城子河组的煤层气资源总量为1 334.52×108 m3,平均资源丰度为0.42×108 m3/km2。鸡西盆地北部坳陷的麻山矿鸡西东海黑台一线,以及南部坳陷的中心地带,是煤层气勘探开发的最有利区域。

温度控制下的煤层气储层物性动态演化研究

为研究热对煤储层的改造作用,采用不同煤级具有代表性的12件煤样。考虑煤级差异、温度作用差异以及核磁共振(NMR)在研究孔隙流体中的技术优势等,对煤样进行了显微组分、镜质体反射率、孔渗测试以及孔隙结构的压汞和NMR实验,研究了煤储层核磁共振特征、T2谱响应特征、孔径分布、核磁共振孔隙度及核磁渗透率、可动流体等,同时对比了不同变质程度煤储层孔隙结构特征及其对煤层气储层物性的控制作用。温度变化下的煤储层物性研究结果表明:热的作用对各煤级煤储层孔隙度都有改善作用,但是对低煤级影响最大,其次为中煤级,最后为高煤级煤储层。温度对不同煤级煤岩的渗透性影响迥异。高挥发份烟煤受热后渗透率增加了一个数量级。低挥发份烟煤受热后渗透率则下降了一个数量级,这应与煤岩热膨胀性有关。无烟煤渗透率总体变化不明显,说明热作用对高煤级煤储层改造意义不大。

三轴应力下饱和水煤岩破裂的声发射特征

在GAW-2000型岩石力学试验系统上进行了煤岩饱和水条件下的三轴压缩应力应变试验及声发射检测。结果表明:不同煤级煤岩有着不同的声发射特征,主要可以划分为3种类型。饱和水煤岩的三轴-声发射试验显示,煤样在线弹性阶段之前声发射事件较少,而之后声发射趋于活跃;单轴与三轴实验对比发现,围压会明显改变半无烟煤煤岩在压密阶段的应变量,而对无烟煤不明显。围压的存在对煤岩变形其他阶段的影响要小于压密阶段。声发射参数振铃率和能量率可以应用于预测最大屈服应力点:半无烟煤煤岩在破坏前兆来临时,振铃率和能量率的频率和幅度均有很大提高,在近最大屈服应力90%左右时,幅度基本维持不变;无烟煤煤岩在破坏前兆来临时,会产生明显的某一突变,频率或幅值上有跳跃或突增。同时,煤岩的声发射特征的方式和差异性与煤岩的物质组成及煤岩演化程度有很大的相关性。

鄂尔多斯盆地东缘临兴中区煤系气富集地质条件及成藏模式

鄂尔多斯盆地东缘临兴区块中部(以下简称临兴中区)含煤岩系分布范围广、厚度大及有机质热成熟度高,是极具潜力的煤系气勘探目标。但是,对煤系气储层地质条件及富集成藏机制认识不清制约了该地区煤系气的高效勘探。为此,在对临兴中区煤系气生储盖特征分析的基础之上,结合煤系储层含气性特征,剖析了煤系气的分布特征及其共生关系,综合构造、岩浆热作用、沉积和水动力等控制因素,探讨了该区煤系气的成藏模式。研究结果表明:①充足的气源供应、相互叠置煤系储层的广泛分布以及良好的盖层条件为临兴中区煤系气的富集成藏提供了基础条件;②受构造特征和含气性特征的影响,煤系气分布可划分为3个区带,其中紫金山隆起区以煤层气自生自储为主,环紫金山向斜区以煤层气、致密砂岩气、页岩气三气自生共储为主,平缓构造区以煤层气、致密砂岩气两气自生共储为主;③构造演化、岩浆活动、沉积地质及水文地质等因素对临兴中区煤系气富集成藏均有影响。结论认为,研究区煤系气成藏类型主要为岩浆热侵—断层逸散型、向斜—水动力封堵型和岩性—水动力封堵型,研究成果为该区煤系气的精细勘探指明了方向。

川东北高含硫天然气对管道的腐蚀

现场调查和实验室试验表明,川东北高含硫地区输气管道的腐蚀具有如下特征:①影响腐蚀的主要因素是CO2、H2S、Cl-,腐蚀形式以点蚀、氢脆和硫化物应力腐蚀(SSC)为主,②H2和NaCl的水溶解度很高,是影响腐蚀的重要因素;③A3钢在实验室模拟中21井试验后得知,井下部油管最大的腐蚀速率可达1.24 mm/a,井筒下部较上部严重。

教师在地质类本科生野外实践教学中的作用

地质类本科生培养在我国地质人才培养体系中具有重要的地位,而本科生的地质实践教学则关系到地质人才培养的质量,其也是地质类本科生培养的重要环节之一。地质科学的实践课程教学应遵循人类认知的客观规律,并符合人类认知的一般思维过程。在这个认知过程中,教师将起到重要的桥梁作用,但对此问题的探讨还没有得到足够的重视。在本科生地质实践课程中,教师应起到与实习指导书互补的作用,包括"激、鼓、开、增、培"五个方面,即激发实践兴趣、开拓知识视野、鼓励独立思考、增强学习信心和培养科学精神。

“国家大学生创新性实验计划”对地学人才培养的影响

地学类本科生在我国地球科学领域创新型人才培养体系中占据重要地位,而地学类的本科生创新能力关系到地学人才培养的质量,因此地学类本科生创新能力培养是地学类本科教育的重要内容之一。地球科学的创新能力培养应遵循人类认知的客观规律,并符合人类认知的一般思维过程"。国家大学生创新性实验计划"是培养创新型人才、提高大学生综合素质的方法之一。该计划倡导以本科生为主体的创新性实验改革,如今已经走过了十余年,为培养大批具有创新能力的地学类人才奠定了基础。

中国东西部含硫油气腐蚀特征分析

在我国油气田中,西部主要为高含硫化氢天然气气田,主要分布在鄂尔多斯、塔里木和准噶尔盆地以及四川盆地海相地层的渡口河、罗家寨、中坝、威远、卧龙河等地。这些气田中硫化氢含量一般为5%～92%左右,主要分布在富含膏盐层的油气区。东部主要为渤海湾盆地陆相地层的高含硫化氢赵兰庄气田、高硫高酸的胜利孤岛油田、辽河油田及高硫低酸的江汉油田。本文利用了我国几个含硫油气田的生产现场实际资料并进行归纳整理,阐述了我国含硫油气田腐蚀现象的基本类型、腐蚀方式及影响因素,主要研究了从油气田的钻井开发、油气炼制到油气储运,分析各阶段管件受腐蚀的特点,为进一步防腐蚀实践提供依据。

庆深气田CO_2来源、形成及其分布规律研究

通过质量因素及C同位素δ13CCO2值分析的方法,判别了庆深气田CO2成因。分析表明,有机成因的CO2主力气源是火石岭组和沙河子组煤系的气态烃;无机成因的CO2主力气源是深部幔源气。庆深气田CO2气以无机成因为主。据地震剖面和钻井资料分析揭示,狭窄的"Y"字型深大断裂带是CO2运移的主要通道。对庆深气田63口有效井资料分析显示,庆深气田CO2浓度总体小于20%,高浓度井主要位于兴城和昌德这2个区块。

华北石炭—二叠系煤的孔渗特征及主控因素

煤的低孔、低渗问题已经成为制约我国煤层气勘探和开发的关键问题之一。选取华北河东、渭北、阳泉、晋城、大同和两淮等6个煤田,通过煤岩学特征测试、微裂隙分析和低温氮孔隙结构分析,对该区煤的孔渗发育特征及其控制机理进行了系统研究。华北地区煤的孔隙度在2%～10%之间,孔隙度的大小主要受3次煤化作用跃变所控制,在Ro,r约为1.2%附近达到最小值。矿物充填作用在一定程度上降低了煤的孔隙度。华北地区煤的渗透率一般都在5×10-3μm2以下,渗透率与孔隙度呈显著的幂指数关系。无烟煤以微孔为主,孔隙度都在6%以下,渗透率的大小主要取决于裂隙的发育程度;而中低煤级煤的渗透率不仅受裂隙影响,也受煤中各级孔隙发育的影响较大。

煤层气储层地质与动态评价研究进展

基于对国内外近年来有代表性的学术论著分析,从煤储层描述与评价、储层非均质性、储层研究的试验和测试手段、煤储层多相介质耦合特征及渗透率预测、产能过程相渗变化及预测模型、煤层气储层排采试验动态和产能影响因素分析等6个方面,有重点地综述了煤层气储层地质与动态评价研究的新进展,并指出储层动态变化条件下的多相介质耦合特征和渗透率预测,不同地质背景下的储层渗透率动态预测,全方位、多学科的储层动态渗透率预测,构建定量-半定量的煤储层动态评价和预测体系将是今后储层地质和动态评价研究领域的发展趋势。

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。

基于对应分析技术的煤体结构判别:以沁水盆地安泽区块为例

准确预测煤体结构平面与纵向分布规律对煤层气勘探开发具有重要的指导作用。对安泽区块13口探井88个煤样的6种测井数据进行对应分析结果表明,由煤芯获得的不同煤体结构的样品点在对应分析获得的因子载荷图中聚类分布(对应分析划分结果与岩芯获得的煤体结构类型吻合度高达97.7%),可据此划分区内其他井的煤体结构类型并预测全区煤体结构分布。预测结果表明:纵向上,原生结构煤发育于煤层的顶底两端,碎粒结构煤发育于煤层中部,碎裂结构煤多发育于原生、碎粒结构煤之间;平面上,北部及南部An12井附近原生煤和碎裂结构煤发育(Ⅰ区),南部An28井与An22井附近和中南部断层F1与F2附近发育碎粒结构煤(Ⅱ区);安泽区块Ⅰ区较南部和中南部Ⅱ区储层条件相对有利。