中国煤储层渗透率分级方案探讨

统计分析了国内外不同煤阶和地区的煤储层渗透率数据,显示国外相同煤阶煤储层的渗透率要比我国高1~2个数量级,且我国不同煤阶煤储层渗透率整体上差异不大。研究表明,煤储层的渗透性主要受现今地应力强度和构造史及与其伴随的流体活动史决定的煤体结构、割理发育程度和割理充填状况等因素控制,高应力、复杂煤体结构和割理充填,是中国低渗透煤储层的基本成因机理。基于我国煤储层渗透率分布特点和不同渗透率条件下单井产量的分析,将有效煤储层的渗透率下限定为0.01×10^(-15)m2,按渗透率将有效煤储层划分为低渗(k=0.01×10^(-15)~0.1×10^(-15)m2)、中渗(k=0.1×10^(-15)~0.5×10^(-15)m2)、中高渗(k=0.5×10^(-15)~1×10^(-15)m2)、高渗(k=1×10^(-15)~5×10^(-15)m2)和超高渗(k>5×10^(-15)m2)5个等级,煤层气井的实际产量除受渗透率影响外,还受到煤层厚度、含气量、压裂参数、地质构造、煤系地层含水性和排采工作制度等其他因素的影响,随着我国煤层气开发技术的进步,低渗煤储层(k=0.01×10^(-15)~0.1×10^(-15)m2)经合理配套的压裂技术和排采方案仍可获得理想的产气量。

中国煤储层渗透率主控因素和煤层气开发对策

我国煤储层渗透率比美国煤储层渗透率低1~2个数量级,低渗透率是制约我国煤层气勘探开发的主要因素之一,本文系统分析了我国煤储层渗透率的主控因素。研究表明,煤储层的渗透率主要受煤体结构、宏观裂隙以及割理/裂隙系统充填状况和现今地应力等因素的控制,适度构造变形产生的碎裂煤中因宏观裂隙发育导致其渗透率高于原生结构煤的渗透率,但强烈构造变形形成的碎粒煤和糜棱煤则使渗透率降低;割理/裂隙系统矿物充填和高应力不利于渗透率保存。在不同地区,控制煤储层渗透率的关键因素不同,针对性对策是煤层气开发的关键:针对复杂煤体结构,在压裂井层优选时要在煤体结构测井解释的基础上考虑避开糜棱煤;针对我国华北地区石炭—二叠系煤层割理/裂隙普遍以方解石充填为主的煤储层低渗透成因,建议探索和开发酸化压裂一体化储层增透技术;针对高应力和地应力类型在垂向上的转换,在压前搞清应力强度和类型的基础上,控制水力压裂隙高度以避免沟通煤层围岩含水层;针对煤储层的应力敏感性和高应力状态,建议采用逐级降压制度,以提高单井的累计产气量。

互联网+背景下智慧油气田建设构想研究

概述了互联网+时代的特征和模式,分别从互联网+与智慧油气田建设、智慧油气田的规划与构思以及智慧油气田建设的路径三个方面进行了论述,旨在推动我国油气田开发建设工作登上新台阶,更好地满足社会经济发展的能源需求。

沁水盆地寿阳区块煤层气井产水差异性原因分析及有利区预测

沁水盆地寿阳区块多数煤层气井在排采过程中呈现出"高产水、低产气"的特点,较高的产水量严重制约了煤层气单井产能。为此,基于该区64口煤层气井的排采动态资料和相关的地质、钻井及压裂资料,从断裂构造、压裂缝类型和煤层顶底板岩性组合三方面综合分析了煤层气井产水差异性的原因,并据此提出了"避水采气"层次分析方法,预测了该区"避水采气"的有利区。研究认为,该区煤层气井产水差异性主要存在两大原因:(1)部分煤层气井位于断层附近,断层沟通了煤层顶底板的砂岩含水层,导致单井产水量较高;(2)区域地应力类型决定了该区煤层在压裂过程中会产生垂直压裂缝,其压穿岩性组合类型较差的煤层顶底板,从而沟通含水层导致单井产水量较高。结论认为:(1)煤层气生产过程中应进行"避水采气"有利区预测,其层次分析步骤为"一看断裂构造,二看应力类型,三看岩性组合";(2)该区块西部、东北部和中北部为煤层气开发的"避水采气"有利区。

量化指标在煤层气开发潜力定量评价中的应用

等温吸附曲线蕴藏了丰富的煤储层信息,对于认识煤层气开发潜力至关重要。为了更好地挖掘等温吸附曲线蕴含的丰富信息,定量评价煤层气开发潜力,首先对不同盆地/地区煤岩等温吸附曲线进行了对比分析,探讨了含气饱和度和临储比比值指标的意义和局限性,在此基础上,提出临储压差、临废压差和有效解吸量3个量化指标,并结合具体实例对其应用效果进行分析和论述。研究表明,含气饱和度和临储比是比值指标,可以用来对比评价不同区块、不同煤层、不同井之间开发潜力的优劣和定性评价煤层气开发潜力;相比而言,临储压差、临废压差和有效解吸量可应用于区块和单井不同层次煤层开发潜力定量评价中,能够更好地反映煤层气开发潜力。实例分析表明,寿阳区块15号煤储层有一定的开发潜力,但因其煤岩吸附时间长(扩散速度低),需在见气后通过较长时间的缓慢排采,实现产气潜力的释放;恩洪EH-C6井需要较长时间的前期排水降压过程,但其开发潜力比较乐观。

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。

地应力类型垂向转换及其对煤储层渗透率控制作用

以沁水盆地寿阳区块和柿庄区块为研究对象,揭示了不同构造应力强度作用下的地应力类型垂向转换机理及其对煤储层渗透率的控制作用。研究认为,构造应力强度决定地应力类型的垂向转化与否,而地应力类型的单一性或多样性是煤储层渗透率相对高低及其变化规律的决定性因素。在构造应力相对不活跃的寿阳区块,地应力类型单一,煤储层渗透率较高且随埋深和地应力增加呈单一指数递减的变化规律;在构造应力活跃的柿庄区块,出现地应力类型在垂向上的转换现象,三种地应力类型共存,煤储层渗透率较低且随埋深增加表现为分带指数递减规律。由于板块活动的影响,中国煤层气盆地承受较强的构造应力,但在不同盆地以及同一盆地内的不同构造位置,构造应力强度存在差异,地应力类型的单一性或多样性不同,煤储层渗透率随埋深变化规律也不同,区分各地区不同深度带所对应的地应力类型是研究煤储层渗透率变化规律的关键。

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。

鄂尔多斯盆地临兴中区块上古生界盒8段储层发育控制因素

通过分析岩心、钻测井及地球化学测试资料,结合大量岩石、铸体薄片及扫描电镜观察研究,明确了鄂尔多斯盆地临兴中区块上古生界盒8段的沉积特征、储层发育特征和储层物性主控因素。研究区盒8段发育辫状河三角洲平原沉积体系,主要包括分流河道及分流间湾微相,其中分流河道以心滩沉积为主,为研究区的骨架砂体,河道侧向迁移、改道频繁,砂体间相互冲刷、切割及叠置,垂向上可形成20 m以上的巨厚砂体;由于分流河道位置多变,同时对下伏沉积物有强烈冲刷作用,分流间湾有时保存不完整或不太发育。研究区盒8段储层砂岩类型多为长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩,岩屑砂岩次之;储层储集空间类型以剩余原生粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔为主;储层物性表现为低孔、特低渗特征;储层孔隙结构可划分为3类,主要为Ⅱ类、Ⅲ类储层,储集空间以中小孔隙为主,排驱压力较高。研究区盒8段储层物性主控因素表现为:物源提供了储层的物质基础,沉积时期物源主要来自盆地北部,具有东西分带的特征;沉积体系决定了砂体类型及发育规模,分流河道主河道砂体和心滩沉积厚度大于15 m,为最有利储层发育区;成岩阶段处于中成岩阶段A期,压实作用及各类胶结作用是本区储层致密化的主要原因,而溶蚀作用是本区最主要的建设性成岩作用,是改善储层致密性的关键。

鄂尔多斯盆地东缘临兴地区太原组桥头砂岩层序地层及沉积特征

鄂尔多斯盆地东缘临兴地区太原组桥头砂岩的沉积特征及其在层序格架中的位置,决定了储层类型和圈闭范围的评价。结合地震、测井、露头和岩心资料,通过层序界面和海泛面的识别,将太原组划分为1个完整的长期旋回(LSC1)和4个完整的中期旋回(MSC1,MSC2,MSC3,MSC4)。其中桥头砂岩位于MSC1下降半旋回中,以粗粒和中-粗粒的石英砂岩为主;粒度概率累积曲线呈典型双向水流特征;岩心见典型潮汐水流沉积构造,发育羽状、块状、粒序和复合层理等;剖面上砂体呈透镜状,平面上呈平行岸线条带状分布特征。综合分析认为桥头砂岩为潮汐水道及障壁砂坝沉积,属海相成因优质储层。该砂体呈北东-南西平行岸线方向分布,气井钻遇砂体均见高产气流。圈闭范围受砂体边界控制,呈现岩性圈闭的特征。太原组桥头砂岩层序划分和沉积特征的研究,对临兴地区和鄂尔多斯盆地东缘致密气的勘探开发具有指导意义。

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。

沁水盆地寿阳勘探区煤层气井排采水源层判识

煤层气井水源层判识,对于单井排采动态诊断、优选作业井层和制定科学的压裂方案均具有重要意义。针对寿阳勘探区煤层气井高产水问题,开展了区域水动力场和能量场、煤系砂岩和灰岩含水性、目标煤层围岩岩性连井对比、井筒与煤层围岩含水层连通关系以及典型煤层气井水源层剖析等方面的研究。研究表明,区域水动力场和煤层渗透率是煤层气井平均产水水平的决定因素,而煤层气井产水量的井间差异主要受控于单井波及范围内局部地质工程因素(断裂、压裂缝类型和高度及岩性组合),水力压裂缝是除断裂外煤层与围岩含水层沟通的一种方式。通过综合分析,本文取得的结论是,煤系砂岩是寿阳勘探区煤层气井的主要水源层,太原组灰岩对排采的影响有限。建议在煤层气开发井层优选和压裂方案设计时,重点考虑目标煤层与砂岩含水层的垂向组合关系。

煤层气资源可动用性定性/半定量评价方法研究

煤层气资源可动用性是指由煤层水文地质条件和煤层压裂改造条件共同决定的煤层气资源开发动用的难易程度,煤层气资源可动用性评价与煤层气储集条件评价构成煤层气资源可采性评价的两个重要方面。通过沁水盆地柿庄区块和寿阳区块排采效果差异的分析对比,从煤系地层含水性、断裂构造、地应力状态和煤层与围岩的岩性组合4个方面深入讨论煤层气资源可动用性的评价问题,进而提出煤层气资源可动用性定性/半定量评价方法。研究表明:煤系地层的含水性对区块整体的煤层气资源可动用性影响很大;断裂的天然水力连通作用降低了井筒-压裂煤层系统的封闭性,导致断裂附近的煤层气资源可动用性弱,且煤系地层含水性越强,断裂附近煤层气井高产水的风险就越大,煤层气资源的可动用性就越弱;煤层所处的地应力状态和围岩的岩性组合共同构成井层煤层气资源可动用性的客观条件,地应力状态影响人工压裂缝的方位,对可动用性产生重要影响,而煤层与围岩的岩性组合客观上决定煤层气的可动用性,但结合应力状态、水平应力强度和压裂规模的综合分析,才能做出更科学的判断。煤层气资源的可动用性评价方法基于层次分析的思想,综合考虑了煤系地层含水性、断裂、地应力状态和煤层与围岩岩性组合4个方面,可应用于煤层气选区评价和井层优选。

鄂尔多斯盆地东缘煤储层孔隙结构特征差异及影响因素

以鄂尔多斯盆地东缘煤储层为研究对象,通过镜质体最大反射率(Rmax)测试、压汞和低温液氮吸附实验等手段,探讨分析了煤储层孔隙结构发育特征及影响因素。结果表明:研究区煤储层视孔隙度偏低,且自北向南呈明显降低趋势,煤储层的孔隙发育情况以小孔、微孔为主,煤储层的BET比表面积平均为1.26 m^2/g,其中北部煤储层比表面积较大,煤储层BJH总孔容平均为0.00341 mL/g;受惰质组相对含量、压缩程度及次生孔隙影响,随着煤变质程度的增加,煤岩的孔隙度、BJH总孔体积和BET比表面积呈现"大—小—大"的变化规律,当R_(max)值为1.5%左右时,为最小值;煤储层随着所受应力的增强,微孔趋于闭合,其他各类孔数量均减小,整体上为小孔含量相对增加,煤中吸附孔隙类型由封闭型孔变为开放型孔,应力作用对煤岩的渗流孔隙的发育具有较强的控制作用,主要体现在煤岩中大孔对煤层气的贡献要优于其他孔隙。

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。

沁水盆地南部山西组致密砂岩古构造应力场模拟及裂缝预测

以沁水盆地南部地区山西组为例,系统研究了煤系致密砂岩的裂缝发育特征,并对其古构造应力场进行了模拟,在此基础上,对裂缝发育区进行了预测。研究结果表明,山西组致密砂岩中发育不同级序的裂缝,主要为构造缝,其含量大于90%。构造缝主要为张性缝、剪切缝及挤压缝;非构造缝主要为溶蚀缝。目的层致密砂岩的裂缝充填类型主要为未充填及半充填,裂缝的有效性好。利用三维有限元法对山西组Ⅱ砂组进行了精细地质建模及古构造应力场模拟,恢复了目的层在喜马拉雅期最大一幕挤压应力环境下的古地应力场。考虑到目的层主要发育张性缝和剪切缝,同时还含少量挤压缝,构建了综合破裂率参数来定量预测裂缝的发育程度,预测结果与实际地质情况吻合较好。该方法可以实现复杂构造区致密气储层裂缝甜点的有效预测。

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。

神府解家堡区上古生界致密砂岩储层特征及主控因素

神府解家堡区构造上位于鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带,上古生界自下而上发育本1段、太2段、山2段和千5段等多套致密砂岩储集层.储层岩石类型以石英砂岩、岩屑石英砂岩、长石石英砂岩、岩屑砂岩和长石岩屑砂岩为主,自下而上储层石英含量呈递减、岩屑和长石含量呈递增趋势.储集空间类型以粒间溶孔、粒内溶孔、晶间孔和微裂缝为主,储层最大孔隙半径总体偏小,孔隙中值半径较小,排驱压力中等,储层孔隙以小孔—微孔为主.本溪组海相障壁—潮坪沉积、太原组浅水三角洲沉积、山西组三角洲沉积和石千峰组陆相辫状河沉积演化序列下,岩石成分成熟度和结构成熟度自下而上降低,储层空间展布呈层多而薄、砂—泥—煤岩交互特征.成岩作用类型以压实、胶结、溶蚀作用为主,局部发育高岭石化和微裂缝.以沉积相带、岩石类型和成岩作用类型作为3个控制端元,以孔隙度和渗透率为标准,上古生界致密砂岩储层可划分为4个大类和10个亚类,优势相和强溶蚀、弱胶结作用下的Ⅰ类储层孔隙度大于8%,渗透率大于0.5 mD,是最优质储层.

基于海上有杆采油的LD27-2 WHPB平台再设计研究

为了推行适用于海上稠油开采的有杆采油技术,提出了海上采油平台再设计的建议。运用ANSYS技术,建立LD27-2 WHPB平台的有限元模型。在设计液压抽油机载荷和风浪流载荷作用时,计算平台主腿、中层甲板等受力构件的刚度和强度。计算结果表明:(1)导管架的安全系数在4以上,能满足安全要求,抽油机对平台主腿的影响可忽略不计。(2)当井口内部梁尺寸不小于500mm时,无需进行加强;当井口内部梁尺寸小于500mm时,为了满足海上有杆采油的需要,需要进行加强操作,可通过增加斜撑或在梁上铺设钢板来增加刚度。