沁水盆地柿庄北区块水平井开发方式地质适应性分析

针对柿庄北区块直井表现出达产率低、产量下降快、产能差异大的生产特征,通过对柿庄北区块43口探井、397口开发井进行详细剖析,并与潘河、柿庄南区块地质条件进行了对比分析。结果表明,埋深大、低渗透、煤体结构分布复杂是制约柿庄北区块开发关键地质问题。为了进一步明确柿庄北储层渗透低原因,对柿庄北、潘河、杨家坡区块煤心进行数字岩心扫描,发现柿庄北区块相对潘河、杨家坡区块储层孔裂隙数量都发育最少且孔裂隙连通性最差,并明确煤层演化过程是形成孔裂隙差异的关键因素。此外,结合地质剖析,开展了地质—工程一体化分析,明确直井压裂这种点状开发方式的不适应性,提出水平井开发方式适应埋深增大、煤体结构分布复杂、微观孔裂隙连通性较差的储层特征,并在柿庄北一体化二期显示出较好产气潜力。

煤层气井煤粉产出规律特征及主控因素研究

针对沁水盆地柿庄南区块煤层气井产粉严重的问题,连续采集20口煤层气井煤粉溶液样品,在实验室测试获取了煤粉浓度、煤粉粒径、煤粉形态和主要成分等煤粉产出特征。通过系统研究煤粉产出特征的影响因素,发现煤粉浓度和煤体结构的相关系数R^(2)为0.707,具有较强的相关性;水平井的煤粉浓度平均值为2.85g/L,定向井的煤粉浓度平均值为0.36g/L,相差了8倍;煤体结构是煤粉产出的主控地质因素,井型是主控工程因素。研究成果为柿庄南区块煤层气产粉规律研究和控粉措施提供了实验数据和理论指导。

煤层气井排采动态主控地质因素分析

沁水盆地寿阳区块和柿庄区块煤层气(CBM)井的排采动态在整体上表现出明显差异,而单一区块内部煤层气井的排采动态也存在较大差异。本文就两个区块的煤系地层沉积相、煤层渗透率、断裂构造、地应力类型和构造应力强度以及顶底板岩性组合类型等因素对排采动态的影响开展对比分析。基于静态地质条件和排采动态资料的综合研究表明:煤系地层沉积相、煤层渗透率、地应力类型和构造应力强度的差异是两个区块煤层气井排采动态差异的主要原因;单一区块内煤层气井的排采动态差异受控于局部断裂构造、地应力类型以及煤层顶底板岩性组合类型等局部因素;在煤层气开发选区和开发井位部署时,应综合考虑资源量、渗透率和多种局部地质因素的共同影响。

高阶煤的吸附性能及其影响因素——以沁水盆地柿庄区块为例

对沁水盆地柿庄区块48件煤样进行煤岩测试、工业分析和平衡水等温吸附实验,分析了柿庄区块煤储层的吸附性能,探讨了高阶煤储层吸附性能的影响因素。实验表明,柿庄区块煤储层吸附能力较大,3号和15号煤平均兰氏体积分别为31.84 m3/t和33.00 m3/t,2层煤的兰氏压力中等偏低。研究表明,煤级是影响煤储层吸附能力的主控因素,兰氏体积随煤级的增大而增大,但当Ro大于3.2%时,兰氏体积逐渐下降。煤的吸附能力与镜质组含量呈正相关,与惰质组含量呈负相关,煤中水分和矿物的存在会降低煤储层的吸附性能。研究区兰氏压力的变化与兰氏体积相似。

沁水盆地高煤阶煤吸附时间主要影响因素分析

为了达到更好的评价煤储层开发潜力的目的,对直接关系到煤储层流体可动性的煤层吸附时间进行了研究,通过对沁水盆地寿阳和柿庄区块3、15号煤层的煤岩进行测试,分析了高煤阶煤吸附时间的特征,讨论了镜质体最大反射率(Rmax)、煤质和气体组分等因素对吸附时间的影响。研究表明:煤阶,即Rmax是影响煤层吸附时间的主要因素,镜质组/惰质组比值、气体组分φ(CO_2)/φ(CH_4)和φ(CH_4)/φ(N_2)为次要因素,单一的显微组分(镜质组、惰质组)和灰分对吸附时间的影响不大。对高煤阶煤岩而言,当Rmax<2.9%时,吸附时间随Rmax的增大而增大;当Rmax>2.9%时,吸附时间随Rmax的增大而减小,主要是由于随煤岩演化程度增高,煤岩平衡水含量与比表面积综合作用引起煤岩孔隙度、微孔隙结构及比表面积下降,导致煤岩吸附能力下降。此外,受各显微组分吸附能力差异、各类气体吸附特点差异及煤层中气体浓度差等因素的影响,镜质组/惰质组、φ(CO_2)/φ(CH_4)和φ(CH_4)/φ(N_2)均与吸附时间表现为负向包络关系。

沁水盆地柿庄区块煤层气井压裂增产效果关键影响因素分析与实践

针对沁水盆地柿庄区块煤层气开发过程中低产低效问题,基于大量实际生产资料分析,探讨地质因素和工程因素对煤层气开发效果的影响。结果认为,地应力和煤体结构是影响煤层气井压裂增产效果的关键地质因素。其中,煤层气井压裂过程中,高地应力影响裂缝延伸和支撑,水平主应力差影响裂缝延伸方向和形态;煤体结构较差的煤层在压裂中易形成煤粉,堵塞导流通道,压裂效果变差。影响压裂效果的工程因素主要包括压裂液性能、施工排量、前置液占比和井径扩大率,针对研究区地质概况,提出“2%KCl+清水、阶梯排量注入、前置液量180~240m^3、优化射孔段和水力波及压裂”等系列优化技术,并指出煤层气压裂选井是决定压裂效果和开采经济性的重要环节。将优化技术在柿庄区块北部深部煤层气开发井中加以实践验证,取得很好的增产效果。研究成果及认识对沁水盆地及相同地质条件区域的煤层气开发具有一定的指导意义。

沁水盆地柿庄区块煤层气井排采动态诊断方法

受多因素影响,煤层气井的排采动态具有复杂多变的特点,对煤层气井的排采动态进行诊断,有助于煤层气开发井层优选和压裂方案制定。以均匀分布在柿庄区块的单采3号煤层的30口煤层气井的静态地质资料和排采动态资料为基础,通过单井典型日产水量和典型日产气量指标提取和气水产出关系分析,从井筒和压裂煤层系统封闭性的角度,讨论高产水的外源成因,进而提出单井排采动态层次诊断方法,并通过实例分析进行验证。研究表明,柿庄区块煤层气井产气与产水之间存在负向包络而非简单的相关关系,高产水对产气有明显的抑制作用;断裂和压裂缝沟通含水层是造成柿庄区块部分煤层气井高产水及井间排采动态差异的重要原因;"一看断裂,二看压裂缝类型,三看岩性组合"的单井排采动态层次诊断方法,在柿庄区块单井实例分析中得到验证,该方法具有一定的普适性,可推广应用到其他煤层气区块的单井排采动态诊断分析中。

沁水盆地原始水动力场类型及其对煤层气排采的影响

水动力场研究在煤层气勘探开发中具有重要作用。本文首先讨论了基于煤层气井排采资料的水动力场研究方法,在分析沁水盆地柿庄区块原始水动力场特点的基础上,结合前人在盆地其他区块水动力场的研究成果,分析了沁水盆地原始水动力场的类型,进而探讨了水动力场类型对煤层气排采的控制作用。研究表明:沁水盆地自边缘向腹部依次存在重力驱动型、滞流型和压实驱动型三种类型的区域原始水动力场;重力驱动型和滞流型水动力场具备煤层气保存条件,含气量高,煤层气排采效果相对较好,而压实驱动型水动力场虽具备一定的保存条件,但因地层压力较高,煤层气井排水降压困难,产气效果较差;无论是在重力驱动型还是滞流型的区域水动力场中,局部的低势汇聚区具备煤层气保存和排采的有利条件,煤层气开发效果一般较好。在未来煤层气勘探开发过程中,应将重力流驱型或滞流型水动力场所在区域中的局部低势汇聚区作为煤层气开发的甜点区。

沁水盆地寿阳区块和柿庄区块煤层气开发条件对比

基于沁水盆地寿阳和柿庄区块的地质和排采资料,从主采煤储层的资源性、储层流体可动性、压裂工程条件开展2个区块的对比分析,讨论寿阳区块煤层气开发的关键问题,提出下一步开发对策。结果表明:柿庄区块各煤层的资源性和流体可动性较好,具备单层排采的条件,而寿阳区块主力煤层的累计资源丰度高达1.57×10~8 m^3/km^2,解吸潜力大,3套煤层的有效解吸量均为9 m^3/t左右,流体可动性强,渗透率平均7.57×10^(–3)μm^2,吸附时间大于15 d,具备多层合采的条件;与柿庄区块相比,寿阳区块煤系中砂体发育广泛,煤系外源水供给能力更强,且实际压裂规模更大,断裂和压裂缝沟通含水层造成煤层气井高产水的风险更大。建议寿阳区块坚持以合层排采为主,在井层优选时,首先应规避断裂,其次应考虑目标煤层顶底板的岩性组合,同时要注意优化和控制压裂规模。

正断层发育特征对煤层气直井开发的影响——以沁水盆地南部柿庄南区块为例

为了深入挖掘断层发育特征对煤层气开发的影响机理,揭示其控产方式,以沁水盆地南部柿庄地区3号煤层为研究对象,分析了不同规模及组合形式的正断层对煤储层物性、工程效果和排采工作的影响;选取正断层控制下的含气量、煤体结构、渗透率、井径扩大率、破裂压力以及日产水量6个因素,采用灰色关联法分析了不同因素对产气量影响的主次关系,进而揭示了正断层对产气的主要控制方式。结果表明:正断层对产气的影响存在一定距离范围,该范围受控于断层的规模和上下盘位置,寺头断层上盘控制范围约为300 m,下盘约为250 m,F11断层上盘控制范围约为250 m,下盘约为200 m,由于正断层上盘为断层形成过程中的主动盘,沿断层面的剪应力大于下盘,造成上盘的影响范围大于下盘。随着距断层距离的减小,正断层所产生影响不断增大,影响特征为含气量和破裂压力逐渐减小,孔裂隙发育程度和井径扩大率逐渐增大,煤体结构更加破碎,压裂曲线形态更加复杂断层控制范围内煤层气井产水量普遍高于平均值。分析认为,正断层是在构造应力的作用下形成的,在断层面附近存在应力集中带,位于该区域的煤层受应力集中作用的影响,发生明显的变形破裂,力学强度大幅度降低,随着距断层距离的增大,应力作用强度也逐渐降低,其变形破裂也逐渐减弱;同时,正断层周围一般发育张性裂缝,随着距离的增加进而转变为压扭、张扭性裂隙,其张开度较低,到达一定的距离后,裂缝转为张性。故造成距离正断层越近,地质条件更加复杂,工程实施难度越大,产气效果一般。并且正断层主要通过控制渗透率、含气量以及沟通含水层来影响煤层气井日产气量,若要实现断层附近煤层气的高效开采,应优先关注这些参数是否异常。

多期构造运动对深部煤储层物性特征影响研究

煤的孔隙度、渗透率、裂缝和煤体结构等物性参数发育特征受控于构造及其演化特征。以沁水盆地南部柿庄地区为研究对象,基于野外节理和测井天然裂缝产状统计,利用节理(裂缝)的分期和配套、波叠加原理,对燕山期和喜山期构造应力场、构造形迹进行反演;通过地史最大构造曲率r表征了煤层在地质历史时期的变形程度,进而探讨了多期构造作用对煤储层物性的影响特征。研究结果表明:柿庄地区节理(裂缝)走向发育具有五个优势方向,分别为NNE向(10°~25°)、NEE向(45°~85°)、NWW向(85°~110°)、NW向(135°~145°)、NNW向(160°~175°);倾角较大,主要分布在50°~90°,且大于70°的高达76%。自晚古生代以来的燕山期NWW—SEE向挤压和喜山早期NWW—SEE向拉伸运动造成煤层底板形态复杂,煤层物性差异较大。地史最大变形程度控制着煤体真实的损伤程度,随着地史最大变形程度的增加,裂隙发育增多,煤体破碎程度增加,当r<48×10^(-6) m^(-1)时,发育原生结构煤;当48×10^(-6) m^(-1)<r<150×10^(-6) m^(-1)时,发育碎裂结构煤;当r>150×10^(-6) m^(-1)时,发育碎粒结构煤;糜棱结构煤基本不发育。在一定范围内,随地史最大变形程度的增加,煤储层渗透率呈现出先增大后减小的趋势,其界线值在r≈110×10^(-6) m^(-1)处;煤层的孔隙度多受埋深和应力特征控制,地史最大变形程度对其影响不明显。为多期构造活动对煤储层物理性质影响的研究提供了一种新方法,可望应用于柿庄区块及其他煤层气区块的储层物性评价及预测。

沁水盆地南部柿庄南区块煤层气地质特征

以国家科技重大专项《山西沁水盆地南部煤层气直井开发示范工程》成果为依据,以以往的地质勘查及研究成果为参考,对沁水盆地南部柿庄南区块煤层气地质特征进行分析。分析认为南部柿庄南区块构造简单,煤变质程度高、煤层厚度大、埋深适中而且分布稳定,有利于煤层气生成,煤层吸附能力较强,储层渗透率较好,煤层气保存条件好,是沁南煤层气勘探开发最有利区块之一。开发利用该区块煤层气资源,可有效改善地区能源结构、加快区域经济发展,降低后期煤炭开发风险,具有非常可观的社会及经济效益。

煤层顶板灰岩特征对煤储层含气量的影响研究

为了在缺乏取心实测资料的情况下更准确地预测煤储层含气量,利用常规测井曲线,分析了灰岩的厚度、泥质含量、有效孔隙度、含水量、埋深以及灰岩与煤层的接触关系对煤储层含气量的影响特征和影响机理,建立了基于灰岩特征的煤储层含气量多元回归预测模型。研究结果表明:煤储层含气量同灰岩有效孔隙度和含水量呈负相关,同埋深和泥质含量呈正相关;有效孔隙度是煤储层含气量的主控因素,埋深、含水量和泥质含量次之;灰岩厚度与煤储层含气量没有明显关系;局部地区灰岩与煤层间接接触,接触关系不影响煤储层含气量;回归模型实例验证效果较好,但是在盆地边缘和断层发育部位,误差较大。

利用潜在产气效率指数预测柿庄区块煤层气开发有利区

沁水盆地柿庄区块处于煤层气开发早期阶段,对煤储集层进行精细研究并预测开发有利区是下一步井位部署的重要依据。通过分析柿庄区块3号煤层特征,提出一套新的煤储集层定量表征方法,即选取含气量、厚度、渗透率、吸附时间作为表征参数,利用储气地质潜力、产气地质潜力和潜在产气效率指数分别反映煤储集层的资源丰度、产气潜力和潜在产气效率,并根据潜在产气效率指数进行煤层气开发有利区预测。研究表明,柿庄区块3号煤层资源丰度高,开发潜力大;区块的东部和中南部潜在产气效率指数较高,煤层气开发最为有利。该预测结果与现场煤层气井排采效果吻合度高,说明利用潜在产气效率指数预测煤层气开发有利区具有较高的可信度和可行性,对优选煤层气开发有利区具有重要的应用价值。

沁南盆地柿庄南区块煤层气开发工艺适用性分析

我国煤层气平均单井产量偏低,如何快速提高单井产气量是当前亟待解决的问题。基于不同煤储层的地质条件,选择科学的配套工程技术是提高煤层气开发效益的关键。以沁南盆地柿庄南区块为例,基于大量的试验数据和工程实践,提出影响煤层气开发效果的主导地质因素,总结已实施钻完井工艺的优缺点和适用性,优选出适合研究区地质特征的开发技术。研究结果表明:影响柿庄南区块煤层气开发工艺效果的地质因素主要是地应力、煤体结构和地质构造;对于类似柿庄南区块地质特征的低渗储层,选择水平井开发更为高效;断层对煤层气开发影响较大。

柿庄南区块煤层气井早期生产特征及开采建议

从水文地质的角度揭示了不同情况下单井的排水采气机理。在此基础上结合柿庄南区块59口井的实际排采数据,综合分析了气水产量,井底流压,套压及动液面随时间的变化曲线;并将早期生产特征归纳为3种类型:①低产水-高产气型,见气早,产气量高(>1 000 m3/d)、产量递减缓慢、峰值产量高,日产水量小(<2m3/d),套压高;②低产水-中低产气型,日产气小于1 000 m3,产量衰减明显且波动大,排水期较长;③高产水型,产气极少或无,日产水量大(>10m3/d),动液面下降缓慢,套压很低或为零。最后针对不同类型的低产井,提出相应的开采建议:低产水-低产气型井可采用二次压裂措施,改善煤层渗透率;高产水井可通过无机堵水或加大排采强度等方式排采;煤层气井排采要勇于实践,探索适合该区不同煤层的成功排采方法。

柿庄北区块煤层气井排采制度研究

针对沁水盆地南部柿庄北区块煤层气井排采压降规律不清、阶段划分不明确、排采制度不合理等问题,基于煤层气吸附-解吸规律及气液固三相流动特征,根据现场工程实践,结合研究区煤储层特点及不同开发时期生产规律,以井底流压控制为核心,确定排采制度的关键参数,形成可量化、操作性强的七段式控压排采制度。将该研究成果应用于柿庄北区块煤层气生产井,同井区达产率均值由19.3%上升至52.3%,提产效果显著。该制度扩大了深部煤层气排采井压降漏斗范围,有效增大了泄压面积,提高了单井产能,对于煤层气老井上产、新井投产具有指导和借鉴意义。

柿庄南煤层气勘探钻井数据快速入库及三维可视化技术研究

针对沁水盆地南部柿庄南区块钻井资料管理分散和三维可视化利用程度低的现状,以该区大数据量钻井资料为研究对象,探索了一种新的面向三维地质建模的钻井数据快速标准化建库方法,并基于该方法研发了面向Petrel的三维地质建模数据快速入库与输出软件模块。经柿庄南区块实际应用检验表明,该技术方法能够快速完成大批量复杂钻井数据的标准化建库工作,可为煤及煤层气田钻井数据的快速数字化建库和三维可视化建模提供应用借鉴。

水化学与灰色关联度法在煤层气井产出水水源判别中的应用

柿庄南区块排采15号煤层的煤层气井面临产出水量大、排水降压困难,水源判别不清的问题。通过常规离子和氢氧同位素测试,分析了煤层气井产出水及潜在来源水的水化学特征。结果显示,煤层气井产出水显示高矿化度特征,水质类型主要为Na-HCO_3·Cl型和Na-HCO_3型,个别为Na-Cl型;δD值为-85.5‰^-80.0‰,平均-83.2‰,δ^(18)O值为-11.8‰^-10.2‰,平均-11.2‰,说明地下水的初始来源为大气降水。利用灰色关联度法及稳定同位素特征判别了煤层气井产出水的水源,得出与产出水关联度最高的为15号煤层水(0.72~0.87),其次为顶板灰岩水(0.5~0.89),最小为地表水(0.43~0.6)。其中,产出水中煤层水占73.3%~95.3%,顶板水占4.7%~26.7%。提出了应加强顶板灰岩裂缝展布的研究,阻止灰岩水对15号煤层的越流补给的建议。

基于层次分析法(AHP)的煤层气区块产能潜力分区——以山西柿庄镇北区块3~#煤为例

划分煤层气产能潜力区,弄清地下资源展布特征,对节约勘探成本,早日实现经济效益具有重要意义。以柿庄北区块3#煤为例,选取对煤层气产气情况有重要影响的地质因素,将这些地质因素分为开采条件和资源条件两大类;然后通过层次分析法,为各地质因素赋权重并分级赋值;最后根据所求结果对柿庄北区块进行产能潜力区划分,并运用实际生产资料对划分结果进行验证。希望我们的工作可以对本区以后的煤层气勘探开发提供指导,为其他区块相关研究提供借鉴。