地应力条件下的多层叠置独立含气系统的调整研究

对在应力场条件下的多层叠置独立含气系统相应调整进行研究.通过对研究区大量水力压裂试井数据统计分析后认为:研究区广泛发育多层叠置独立含气系统,各煤层压力系数在层域呈现波动变化,且部分煤层普遍超压.最小主应力梯度增大,煤层渗透率降低,压力系数增大.各煤层最小主应力梯度表现出波动性,表明各煤层地应力特征有所区别,这与压力系数所表现出的波动性具有一致性.研究结果表明:研究区煤储层在深度300m左右为地应力转换带,在此深度以上,水平应力起主导作用,煤储层物性可能较好,相邻煤层容易形成流体压力主导型的独立含气系统;而在此深度以下,垂直应力起主导作用,煤储层物性变差,相邻煤层流体不易沟通,容易形成地应力主导型的独立含气系统.地应力转换深度的变浅,易形成受地应力调整控制的多层叠置独立含气系统.

多煤层叠置独立含气系统中煤储层孔隙特征研究

基于黔西比德—三塘盆地煤样工业分析、扫描电镜试验及压汞试验结果,研究了多煤层叠置独立含气系统下煤储层的孔隙特征。研究表明:比德—三塘盆地煤储层孔隙较为发育,孔隙率相对较高,以小孔和微孔为主,孔隙的连通性较好;研究区内煤层孔隙率与煤变质程度有明显的相关性,随煤阶增高,孔隙率呈现先增大后减小的趋势,在最大镜质组反射率约为3.00%时达到最大值;多煤层叠置独立含气系统内,在水公河向斜和三塘向斜,随着煤层埋深的增加,各煤层孔径先增大后减小,16号煤层是变化的节点,孔隙的连通性则先变差后变好;在珠藏向斜,各煤层孔径大小和孔隙的连通性都变化不大,推测是因16号煤层的煤样中充填了部分石英及黏土矿物,导致其总比孔容变小。

论多层叠置独立含煤层气系统-以贵州织金-纳雍煤田水公河向斜为例

基于贵州织金—纳雍煤田水公河向斜的实测资料,采用地质分析等方法,探讨了煤层气地质条件在垂向上的非均质分布规律,提出和初步论证了"多层叠置独立含煤层气系统"的学术观点。研究表明,上二叠统龙潭组单一煤层甲烷平均含量及相邻主煤层之间含气量梯度均呈波动式变化,煤层埋深—压力系数关系在垂向上分为截然不同的两套系统,层序地层格架中二级层序与含气量梯度的独立分段高度吻合。由此揭示,含煤地层地下流体在不同主煤层之间总体上缺乏交换,导致不同煤层群之间的煤层气系统相对独立。笔者等认为,龙潭组层序地层格架特点奠定了该类系统形成的物性基础,含煤地层与上覆、下伏含水层之间缺乏水力联系而构成了该类系统产生的水文地质基础,即多层叠置独立含气系统是沉积—水文—构造条件耦合控气作用的产物。笔者等也指出,在以三角洲—潮坪—潟湖沉积体系为主的多煤层含煤地层中,该类含气系统可能具有普遍意义。

多层叠置含煤层气系统递进排采的压力控制及流体效应

为了研究多煤层发育地区各含气系统排采次序及压力控制下的流体效应,以指导煤层气井排采制度设计,从贵州省织纳煤田选择了1口煤层气参数+试验井,在划分多层叠置含气系统的基础上,分析了各含气系统静止液面压力、储层压力、临界解吸压力特征,设计了各含气系统递进排采次序及排采压力控制方案;模拟了单含气系统分排、多含气系统合排及多含气系统递进排采各阶段的流体效应。模拟结果表明:①单独排采各含气系统时,产气量低,排采时间短,成本高;②多含气系统递进排采平均气产能和累计产能高、稳产期时间长,但多含气系统在合层排采时,由于各系统压力不同,系统间存在相互干扰,并非所有含气系统都有产能贡献;③多层叠置独立含煤层气系统可根据各系统内煤储层压力、临界解吸压力和产气压力来设计递进排采次序,先排采临界解吸压力和产气压力高的含气系统,当压力降到另一含气系统的临界解吸压力和产气压力时,再进行两个含气系统合排,依此递进排采所有含煤层气系统。

多层叠置含煤层气系统成藏模拟技术及实例研究

在前人研究成果基础上,开发了多层叠置含煤层气系统成藏演化史数值模拟软件,并利用该软件对贵州织纳煤田水公河向斜多层叠置含煤层气系统进行了试算。研究结果表明,软件计算结果能够较好的反映煤层气成藏演化历程。通过研究获得的计算机软件和多层叠置含煤层气系统成藏模拟技术方法有助于复杂条件下煤层气成藏过程的研究,并为其勘探开发提供科学依据。

多层叠置含煤系统煤层瓦斯赋存规律及影响因素分析

基于煤层瓦斯地质理论,通过大量的煤田勘探采样数据分析,研究总结陈家沟煤矿瓦斯赋存规律及其影响因素。矿区煤层瓦斯赋存主要受地质、构造、煤岩特征、顶底板岩性、埋藏深度等的影响。陈家沟煤矿属高瓦斯矿井,瓦斯分带以CH4带为主;瓦斯含量随着煤层的埋藏深度增加而有增大趋势,埋深达到700 m左右时,瓦斯含量达到最高;区内可分为三个独立含气系统,分别为C1~C12、C14~C26、C31~C69含气系统。经过研究分析,今后在矿井开发中应考虑相应合层排采独立开发。

多层叠置含气系统煤层气合采储层流体动态响应特征

为研究多层叠置含气系统煤层气合采过程中储层流体动态响应特征,利用具有自主知识产权的多层叠置含气系统煤层气合采物理模拟试验装置,开展层间压差分别0.2、0.4和0.6 MPa的合采试验,分析了合采过程中的储层流体动态响应特征。研究结果表明:储层压力演化具有阶段性变化特征,储层压力变化曲线分为骤降型、屏蔽型和倒灌型。合采初期会发生层间干扰,使得流体运移呈现离心流变化特征,表明煤层气发生反向流动。在进行合采时,井筒连通了不同的能量体,煤储层系统之间能量动态平衡状态遭到破坏,使得流体从高能量含气系统向低能量含气系统转移,使得流体运移被抑制或屏蔽,而随着含气系统间流体能量差异的增大,则高能量系统的流体倒灌进入较低能势系统中。层间压差增大,层间干扰现象显著,合采兼容性变差,储层压力回升幅值增大,储层流场离心流范围增大,储层伤害面积增广。层间压差分别从0.2 MPa增加至0.4 MPa和0.6 MPa时,煤层气倒灌量分别从0.42 L增加至3.73 L和7.97 L,合采累积流量从218.74 L减小至208.61 L和192.21 L。

基于熵权模糊综合评价模型的多层叠置含煤层气系统合层排采水源判别

结合熵权理论和模糊综合评价方法,建立多层叠置含煤层气系统合层排采水源识别的熵权模糊综合评价模型,判识合层排采过程中含气系统间流体相互干扰程度。研究表明:在煤层气井合层排采过程中,中部含水系统具有较高的储层压力,先排水降压,抑制了上部含水系统储层水的产出;随着中部含水系统储层压力不断下降,上部含水系统储层压力随之下降,使得该含水系统储层水自井口流出。对多层叠置含煤层气系统合层排采过程中的动态进行诊断,结果与实际排采情况一致,为有效控制含气系统间干扰,制定科学合理的有序开采方案提供可靠依据。

多层叠置含煤层气系统不同排采制度下的排采效应

在多煤层发育地区,各煤层组之间发育低渗透岩层,使得上下煤组之间形成独立的多层叠置含煤层气系统。根据相对独立含气系统理论对西山煤田南部赤峪地区的多煤层进行了含气系统的划分,并对储层压力、临界解吸压力等参数进行了分析,在此基础上采用COMET3数值模拟软件进行了单层排采、合层排采和递进排采分析。模拟结果显示:单层排采产量低,经济可采时间短,且成本较高;合层排采比单层排采产量高,经济可采时间长,但各含气系统之间由于相互干扰,贡献不一,使资源浪费;递进排采产气量和稳产时间均优于前两者。可根据产气压力来确定多层叠置含煤层气系统排采次序,首先排采产气压力最高的含气系统,当压力降至压力低的系统时再合排。

叠置含气系统煤层气开采物理模拟试验方法研究

为了研究滇东-黔西地区的多层叠置含气系统煤层气开采过程中储层参数和产量的时空动态演化特征,在多层叠置含气系统的特殊煤层气成藏模式和已有试验设备的基础上,对煤层气开采系统进行了改造和升级,煤层气开采系统由开采管、开采管路和气水分离器以及其他附件组成。建立一套集合材料选取、试件制备和煤层气开采的煤层气开采物理模拟试验方法,最后对试验系统和方法的优势、今后改进方向和适用条件进行了汇总。为了对开采物理模拟试验方法进行效果验证,以直井为例开展了叠置含气系统煤层气开采试验,研究了4个煤层在煤层气开采过程中的瓦斯压力、煤层温度、煤层变形、产量等参数动态演化规律。结果表明:瓦斯压力以井筒为中心近似呈现椭圆状,越靠近井筒区域瓦斯压力越小,反之越大,气体运移速度由近井段向远井段逐渐降低;煤层温度下降量在煤层内以井筒中轴线为起点呈圆弧状向边界递减,越靠近井筒区域温度下降量越大,反之越小;1—4号煤层在第360分钟的最终体积应变分别为0.000 67、0.001 09、0.001 17、0.001 54,初始瓦斯压力越大的煤层,其最终的变形量也越大,且初始瓦斯压力越小的煤层,体积应变增长速率变缓的时刻越早;瞬时产量曲线呈现在开采初期迅速达到峰值并急剧下降的单峰曲线类型。研究结果验证了叠置含气煤层气开采物理模拟试验方法的可靠性,能够为现场煤层气开采提供参考。

不同层间压差条件下叠置含气系统的定产合采试验研究

为了研究滇东-黔西地区的多层叠置含气系统煤层气合采的产气特征,以4层合采方式为研究背景,利用大型多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统展开3组不同层间压差条件下的定产煤层气合采物理模拟试验,研究了4个煤层在煤层气合采过程中的储层压力、瞬时产量、产能贡献率等参数动态演化规律。研究结果表明:在合采过程中,1号煤层的储层压力在11.5 min上升至1.1 MPa,出现明显的压力上升,这是由于煤层之间的储层压力差过大会形成层间干扰现象,使低气压煤层的储层压力上升,但该现象主要发生在合采初期,并随着合采时间的延长而减弱;在11.25 L/min的定产生产条件下,1-4号煤层的初始瞬时产量分别为-23.4、-1.6、9.3、18.3 L/min,因此当单层产气能力高于定产值时,高气压煤层的部分产气量通过井筒汇入低气压煤层,形成倒灌现象,且层间压差越大,倒灌的气量越大;在0.2、0.3和0.5 MPa的3种层间压差条件下,1号煤层在第10 min的产气贡献率分别为-3.2%、-10.4%、-16.9%,所以在合采初期,层间压差越大,对低气压煤层的产气的抑制作用越大;在稳产期内,不同储层压力的煤层产气呈现为一种"动态平衡"的产气特征,即当相对高气压煤层的产气能力不足时,相对低气压煤层的产气能力开始增加,从而维持稳定产气。

准噶尔盆地南缘西山窑组煤储层压力控制因素分析及含气系统划分

新疆准南西山窑组煤层众多,含气系统的研究不仅可以在垂向上有效揭示含气量的变化规律,深入分析低煤阶煤层气的富集主控因素,还可以为后期煤层气压裂施工提供重要的参考。根据研究区内所施工的多个煤层气井钻探涌漏水情况,共识别出西山窑组3个主要含水层和平面上对应的4个富水中心,研究发现西山窑组内3个主要含水层均与三级层序的底部边界垂向位置高度吻合;通过对煤储层压力影响因素的分析,认为煤层埋深和含煤岩系泉域对于准南地区局部储层压力分布具有重要的控制作用;西山窑组主力煤层埋深介于700~1000 m的区域是含气量和煤储层储层压力匹配的有利地带,是研究区内煤层气勘探开发的有利埋藏深度;根据岩心柱、煤储层压力、含气量变化和层序地层划分结果,将准南西山窑组中下段划分为2~3个相对独立的垂向叠置含气系统,分割各含气系统的关键层是区域内稳定发育的灰黑色泥岩,发育于研究区东侧三角洲平原环境的垂向含气系统发育较简单,而处于研究区西侧三角洲前缘-湖相环境的垂向含气系统则相对复杂。

黔西比德——三塘盆地多层叠置独立含煤层气系统发育规律与控制机理

在多煤层含煤地层中,往往形成垂向上叠置发育的多个独立含煤层气系统,严重影响了多煤层合排效果。以黔西比德—三塘盆地为对象,运用含气量梯度和压力系数的变异系数定量表征独立含气系统的发育程度,揭示其平面分布规律,并从构造、沉积、水文等3个方面综合分析其地质控制因素。研究认为:研究区周缘主干断裂以及由此形成的三角形构造控制了区内应力应变特点和聚煤作用,由西缘断裂带向盆地内部应力应变逐渐减弱,煤层厚度和稳定性逐渐增加,泥岩顶板渐趋发育;沉积相带呈NE向展布,并随着海水作用的增强,由西向东沉积特征发生规律性变化,砂泥比降低,沉积旋回渐趋发育,并易于形成黄铁矿、高岭石等成岩矿物充填孔隙;地下水总体由NW向SE方向径流,流动过程中渗流阻力增大,滞留程度增加。在构造、沉积、水文的耦合控制之下,独立含气系统由盆地NW向SE方向渐趋发育。依此进行了叠置含气系统发育程度分区,勘探开发实践在一定程度上佐证了分区的客观性。

滇东黔西地区多层叠置煤层压裂分层决策方法研究

为了实现成功水力压裂煤层,从而获得工业产能的目的,提出了一套针对多层叠置煤层的压裂分层决策方法,该方法以煤层压力梯度和渗透率作为刚性判别指标;以煤层裂缝延伸模拟结果为依据,建立目标函数,优选最佳射孔组合;对封隔方式适用条件进行判断,甄别出合适的压裂分层方式。此方法有效解决了煤层含气系统间的兼容性和系统内部的共享性问题。以中国西南地区某区块某井为例,压裂分层决策划分结果为:存在2个含气系统、4个渗透率差异大的小层组,并对Ab层组进行射孔位置优化,建议对4、5号煤层进行合层压裂,并使用封隔器封堵上下层,结果证明了该方法对多层叠置煤层的适用性。

黔西肥田区块地下水动力条件与煤层气有序开发

黔西是我国南方煤层气资源最为丰富的地区,客观认识多层叠置含煤层气系统控制下的煤层群有效排水降压和有序开发方法,是实现该区煤层气高效开发的关键。笔者以黔西织纳煤田肥田区块为研究对象,精细分析了含煤地层水文地质条件以及垂向上不同层段开发条件的差异性,基于抽水试验数据提取了视储层压力、压力梯度、单位涌水量、渗透系数、影响半径等有用信息,比较了不同层段水文地质条件在三维空间上的差异,采用模糊数学综合评判法建立了煤层气开发优先度评价因子,据此对不同层段煤层气开发潜力和开发顺序进行了探讨。认为肥二井田和肥三井田总体开发条件优于肥一井田,其中肥二中煤组、肥三上煤组和中煤组是较有利开发层段,各层段递进开发顺序为:肥三井田上段→肥二井田中段→肥三井田中段→肥三井田下段→肥二井田下段→肥二井田上段→肥一井田上段/中段→肥一井田下段。