沁水盆地南部煤层气藏地质类型与产能关系研究

煤层气藏是制定煤层气开发方案和选择开发技术的科学依据。文章通过对煤层气井气水产出特征研究,发现了煤层气藏的流体特征差异性,揭示了气藏对产能的控制作用。研究发现:晋城地区主要发育两种类型的煤层气藏,一种为含可动水少、游离气多、高饱和度煤层气藏;另一种为中等含水、游离气中等、中等饱和度煤层气藏。长治地区主要发育两种类型的煤层气藏,一种为含可动水多、含游离气中等、中低饱和度煤层气藏;另一种为含可动水多、含游离气少、低饱和度煤层气藏。煤层气藏地质类型、气水配置关系决定了煤层气水的产出特征。煤层气藏地质类型分析是煤层气区块产能建设的重要基础工作。

鄂尔多斯盆地保德区块煤层气藏描述与提高采收率关键技术

鄂尔多斯盆地东缘保德区块探明煤层气地质储量为343.54×108 m3,是我国目前开发最为成功、规模最大的中低阶煤层气田之一,但该区块煤层气井单井产气效果差异大、部分井低产低效,提高煤层气采收率是亟待解决的关键问题。为此,在精细描述了保德区块煤储层静、动态特征的基础上,开展了煤层气井产能评价,分析了保德区块北部开发区的煤层气单井和总稳产能力,总结了适宜本区的提高煤层气采收率关键技术,并利用数值模拟法对保德区块北部开发区的煤层气可采储量和采收率进行了预测。研究结果表明:①全面系统性提出了煤层气藏精细描述指标和技术流程;②提出了勘探开发全生命周期静态与动态融合、产量与效益平衡、地质与工程一体、储层稳能与保护并举的“四位一体”开发理念;③形成了储层精细描述、产能评价与采收率预测、开发井网优化、大规模水力压裂、定量化排采等技术,支撑了持续增储上产、稳产;(4)明确了单位面积等效资源量、局部高差等效高度、矿化度值、临储比、历史最高产水量、见套压产水量、井底压力和单位压降产气量是影响煤层气井产能的主要因素。结论认为,通过该区多项煤层气提高采收率技术的探索与实践,保德区块综合递减率由最高的8.45%降低至2.30%,采收率提高了9%~11%,单井采收率提高了27%,采收率技术的应用取得了良好效果,该技术为我国煤层气的高效开发提供了成功的经验和技术参考。

一种修正的煤层气藏地层压力与含水饱和度的关系模型

煤层气藏地层压力与含水饱和度的关系模型可以应用于煤层气藏开采的多个方面,包括解吸面积的计算、流动物质平衡方程的建立、有效渗透率的评价、煤层气井产量的预测、采收率的标定等,因此准确表征地层压力与含水饱和度的关系变得尤为重要。然而目前被广泛使用的煤层气藏地层压力和含水饱和度关系的计算方法(半解析法)忽略了地层压力小于临界解吸压力时,煤基质收缩效应对孔隙压缩系数的影响,导致在地层压力较低时计算的含水饱和度偏大。为了弥补半解析法的缺陷,文中考虑煤基质收缩效应对孔隙压缩系数的影响,重新修正了地层压力与含水饱和度的关系模型。经过与数值模拟、半解析法的对比可知,在地层压力小于临界解吸压力时,半解析法的模型计算结果偏大。文中修正模型的计算结果与数值模拟结果基本吻合,验证了文中方法的准确性。从这些结果可以看出,在计算含水饱和度时不能忽略煤基质收缩效应对孔隙压缩系数的影响。文中修正的模型弥补了目前半解析法存在的缺陷,并且计算过程简单、准确,具有广泛的应用价值。

高煤阶与低煤阶煤层气藏物性差异及其成因

利用扫描电镜、煤层气成藏物理模拟及热变模拟实验手段,系统研究了高煤阶、低煤阶煤储层在孔隙特征、渗透性、吸附/解吸特征等方面的根本性差异,并深入剖析了该差异的形成机制。研究结果显示,高煤阶气藏的孔隙度低,渗透性差,吸附平衡时间长且较分散,初期相对解吸率与相对解吸速率低;低煤阶气藏孔隙度高,渗透性好,吸附平衡时间短而集中,初期相对解吸率与相对解吸速率高。煤的化学分子结构、物理结构及显微组分的差异是导致其差异的主要原因。因此,高煤阶煤层气藏解吸效率较低,开发难度较大,而低煤阶煤层气藏开发较容易。同时,构造热事件对高煤阶煤储层的改造作用很显著,有利于高煤阶煤层气藏开发。

煤层气藏边界类型、成藏主控因素及富集区预测

如何定义煤层气藏、如何界定气藏边界是认识煤层气藏的关键,要评价煤层气富集区首先要找出控制其成藏的主要因素。为此,结合我国含煤盆地的典型煤层气藏特征,围绕煤层气藏边界类型、成藏主控因素进行了探讨,并预测了沁水、鄂尔多斯、准噶尔盆地的煤层气富集区。结论认为:①煤层气藏的边界是煤层气藏划分的前提,煤层气藏主要有5种地质边界类型:水动力边界、风氧化带边界、物性边界、断层边界和岩性边界;②煤层气藏的形成经历了煤层气的生成和吸附、煤层的吸附能力增加和煤层气的解吸—扩散和保存阶段;③保存阶段是成藏的关键,区域构造演化、水动力条件和封闭条件是主要的成藏控制因素。进而在沁水盆地、鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地优选出9个煤层气有利富集区:晋城、阳城、安泽、阳泉、大宁—吉县、韩城、吴堡、准南、阜康。

高、低煤阶煤层气藏地质特征及控气作用差异性研究

高、低煤阶煤层气地质特征及控气作用差异性是研究煤层气富集成藏的重要组成部分,是煤层气勘探开发理论研究过程中重要的基础性研究领域之一。本文以中国沁水、阜新盆地和美国粉河盆地等典型的含气盆地为例,探讨了高、低煤阶煤层气的储层物性差异,分析了构造控气和水文地质控气作用的差异性。研究表明,高煤阶气藏含气量高,CH4百分含量高,δ13C1值大于-38.75‰,储层渗透率变化小,储层改造难,构造热事件对煤层气的生成、富集贡献大,持续的水动力使气藏遭到破坏,且破坏幅度大,现今地下水格局对气藏的形成具有一定的影响;低煤阶气藏含气量低,CH4百分含量低,δ13C1值大于-49.11‰,储层渗透率变化大,储层易改造,煤热演化史及煤阶影响着煤层气的生成、富集,在煤层气生成过程中活跃的水动力是甲烷生成的主要的水文地质条件之一,但持续的水动力使气藏遭到破坏,且破坏幅度小,而合适的地层水矿化度则是低煤阶煤层气生成的重要条件,地下水格局对气藏的调整和改造起到决定性的影响。

煤层气藏的不均一性与煤层气勘探开发

煤层气藏的不均一性远比常规天然气藏明显。其源于煤储层岩石物理成分的极不均一、煤储层中孔隙系统的不均一以及外部封闭保存条件的改变。煤层气藏的普遍不均一性对煤层气勘探选区的评价有明显的影响 ,也会影响到勘探井网的优化部署。煤体几何形态、夹矸分布及煤相分析 ,不同煤相的煤储层孔裂隙系统分析 ,煤层气藏外部封闭分析等均为煤层气藏不均一性分析的重要内容。

低煤阶煤层气藏水动力条件的物理模拟实验

水动力条件是影响低煤阶煤层气成藏的重要因素之一。利用煤层气成藏模拟装置模拟了低煤阶煤层气藏水动力条件。研究表明,强烈的水动力交替作用使煤层气藏中的H2S含量降低、甲烷碳同位素变轻、甲烷含量降低、氮气和二氧化碳含量增大。这些变化对煤层气成藏造成不利影响。同时,对鄂尔多斯盆地东缘水动力条件进行了分析,对比了煤层气藏保存条件的差异。

复杂地质条件煤层气藏群井排采压力分布规律研究

建立了考虑气体吸附、解吸引起的煤基质孔隙变形与孔隙气体压力耦合作用的煤层气藏渗流数学模型,并基于阜新刘家煤层气藏建立了复杂地质条件下褶曲状的煤层气藏地质模型,对比分析了煤层气排采过程中普通储层和复杂地质条件储层的压力变化。模拟得到:煤层气井排采引起的压力分布为沿面割理渗透率方向扩展的椭圆形漏斗,复杂地质条件煤层气藏储层压力主要沿岩墙和断层等封闭条件的走向方向降落;LJ-1～LJ-4四口井处于断层和火成岩三面封闭的条件中,在排采135 d后产生共同的压力降落圈,LJ-5～LJ-8由于处在两道岩墙和两条断层地面四面封闭的环境中,排采45 d形成共同的压力降落圈。同样条件下,无封闭边界构造的普通储层在排采75 d后,7口井周形成共同的压力降落圈。根据煤层气井距岩墙和断层远近的不同,普通煤层气藏气井产量与复杂地质条件煤层气藏气井产量出现3种不同的变化形态。

煤层气藏与常规天然气藏地质及开采特征比较

煤层气是一种与煤岩同生共体以甲烷为主要成分、主要以吸附状态赋存在沉积盆地煤层之中的可燃气体 ,也就是煤矿生产中有名的瓦斯气。煤层气藏作为一种非常规气藏 ,从地质成因与特征、储集与开采特征以及储量评价等多个方面 ,与常规气藏有着不同之处 ,因此对两种类型的气藏进行详细的比较与总结十分必要 ,同时也为煤层甲烷气开发与开采中的各项研究如煤层气藏工程、煤层气井试井、完井。

物理模拟技术在沁水煤层气藏水动力研究中的应用

通过煤层气成藏模拟实验,研究了水动力条件对煤层气成藏的控制作用。实验结果表明:在强烈的水动力交替作用下,煤层气藏中的甲烷碳同位素由-29.50‰变为-36.60‰,且变轻过程中具有阶段性特征;甲烷体积分数由96.35%减小为12.42%;二氧化碳由0.75%变为0.68%,随后增大到1.13%;氮气体积分数由2.9%变为86.45%。这些变化一方面说明煤层气成藏过程的复杂性,另一方面表明强烈的水动力作用对煤层气成藏会造成不利影响。通过对以高煤阶为典型特点的沁水盆地南部水动力条件的分析,认为径流强度与煤层含气量之间呈负相关性,弱径流区有可能成为高煤阶煤层气富集的高产区。

物质平衡法在煤层气藏生产动态预测中的应用

针对煤层气井的生产特点,综合考虑煤层甲烷吸附/解吸特性、煤岩基质膨胀/收缩特性和储层有效应力的影响,通过引入等效半径模型,结合真实气体拟压力函数,建立了基于物质平衡法的压裂直井与水平井生产动态预测数学模型。实例计算结果表明:基于物质平衡法的压裂直井与水平井生产动态预测方法,能够利用少量现有数据完成生产动态预测,并对相对渗透率的变化趋势进行分析,可减少计算所需参数,降低计算量。通过对比煤层气压裂直井和水平井生产动态预测结果发现,在相同地质条件下,水平井的单井产能高于压裂直井(前者约为后者的2.3倍),且水平井的开采周期比压裂直井短。因此,在针对具体储层条件选择井型时,应在经济评价的基础上,综合分析两种井型的适用性,优选完井参数。

煤层气藏分析的参数与流程

煤层气藏特有的赋存状态、圈闭形式和不均一性决定了煤层气藏分析在煤层气勘探乃至开发中的重要地位 .煤层气资源条件、煤储层岩石的不均一性程度是煤层气藏分析的重要方面 .煤层气藏的分析评价应适应煤层气勘探开发的进程 .在勘探初期评价选区阶段应以煤层气藏的地质条件分析为主 .在进入井网试采阶段应突出煤层气藏分析 ,特别是煤层气藏的不均一性分析 .

变形介质分形煤层气藏不稳定渗流问题

煤层气渗流中的许多现象都具有尺度不变性，以双重介质为基础，引入分形参数d和θ，并考虑到煤层气藏的应力敏感性，采用数值方法研究了具有分形特性的煤层气藏渗流规律。绘制并分析了分形参数和渗透率模数影响的压力动态典型曲线，通过分析表明分形参数d和分形指数θ对压力动态存在显著影响，d越小，无因次压力越大，压力导数曲线也越高；θ越大无因次压力越大，压力导数也越大；但是d和θ都对过渡段出现的时间影响不大。分形参数δ1仅影响着典型曲线过渡段出现的时间和过渡段凹兜的深浅，参数δ1越大，过渡段出现越早，凹兜也越深。压敏效应的存在使得压力及压力导数曲线出现上翘趋势，并且渗透率模数越大，上翘趋势越严重。

试论煤层气藏概念与成藏要素

通过对前人煤层气藏概念的调研和对煤层气性质及成藏要素的研究 ,认为 :煤层气藏是在压力封闭作用下 ,吸附煤层气达到相当数量的煤岩体或煤层 ,是煤层气聚集和煤层气勘探开发的基本地质单元。煤层气藏的成藏要素主要包括煤层条件、压力封闭和保存条件。煤层条件是煤层气藏形成的物质基础 ,压力封闭是煤层气藏的必要条件 。

确定饱和型煤层气藏地质储量、可采储量和采收率方法的推导及应用

非常规的煤层气藏又称为煤层甲烷气藏,其储集空间是由原生基质孔隙系统(微观孔隙)和次生裂缝孔隙系统(宏观孔隙)所组成。在煤层中存在的气体一部分是以分子吸附状态储存于基质系统中,另一部分则是以自由状态存在于裂缝系统中。对于原始地层压力等于临界解吸压力的饱和型煤层气藏,King利用气藏在开采过程中气体摩尔数平衡的原理提出了一个物质平衡方程式。但由于该方程存在不完善性,在实际中没有得到有效应用。Ahmed应用King的研究成果得到了一个可以用于确定定容饱和型煤层气藏含气面积的直线关系式,并已应用于实际。文中基于King和Ahmed的研究方法和气藏工程原理提出了一个新的直线关系式,该公式可以同时确定吸附气和自由气的地质储量,同时还提出了确定可采储量和采收率的方法。这些方法的实用性和有效性已被实例的应用所证明。

煤层气藏类型及富集高产因素

煤层气藏可分为静水压力圈闭煤层气藏、水动力圈闭煤层气藏和复合性煤层气藏3种类型。含煤盆地构造稳定性及水文地质与盆地沉积、构造在时空上的良好配置，是形成高产煤层气藏的重要条件。含煤盆地周缘宽缓的斜坡带或向斜，是形成高产煤层气藏的有利部位。

水力封堵型煤层气藏判识条件分析

从宏观和微观两个方面分析了不同条件下煤层气的赋存特征,总结出水力封堵型煤层气藏的判识条件。研究表明,宏观上,可以通过煤储层边界的物理性质进行判识,在煤储层与地下水连通的基础上,分析断层、岩性、地下水三者之间的组合对水力封堵型煤层气藏赋存所起的作用,将水力封堵型煤层气藏划分为地层-水力封堵型、开放性断层-水力封堵型、封闭性断层-水力封堵型、岩性-水力封堵型、开放性断层-岩性-水力封堵型五种类型;微观上,主要通过煤储层流体的化学性质来判识,包括水的矿化度、水化学类型、甲烷碳同位素等三个方面,通常水力封堵型煤层气藏的地层水矿化度低于1 000mg/L,甲烷碳同位素较轻,且水化学类型为NaHCO3型、Na2SO4型或为NaHCO3和Na2SO4混合型。

煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化

研究区块煤层气藏储层渗透率极低,使用水平井分段压裂技术有利于煤层气的开发。针对不同裂缝参数对水平井产能的影响,进行数值模拟研究,并优选出最佳的裂缝组合形式。首先,结合研究区块的地质特征,采用双孔模型进一步证明了压裂的必要性,并在此基础上,优选出最佳的裂缝参数组合形式为:1 500 m水平段上压裂15段,共45条主裂缝,裂缝间距为33 m,裂缝半长为350 m,导流能力为100 m D·m。该研究思路及方法对煤层气藏水平井的分段压裂具有指导意义。

不同煤阶煤层气藏伤害机理研究

煤阶对煤层气藏性质的影响极为明显,煤层气藏性质的差异往往与煤层气藏破坏机理有关。文章通过不同煤阶煤层气藏的煤岩强度、孔隙度、渗透率以及吸附性等性能对比研究,并对煤层气藏伤害机理进行总结归纳为应力伤害、化学伤害和水锁伤害,并据此提出对不同煤阶煤层气藏伤害机理的看法。