煤储层含气性深度效应与成藏过程耦合关系

埋深是影响煤层气富集程度的综合要素,理解含气性深度效应是认识深浅部煤层气赋存状态与聚集机制的重要基础。基于煤层气勘探现状,在剖析鄂尔多斯盆地东缘煤层气探井资料的基础上,综合常规-非常规油气成藏地质学理论,探讨了煤层含气量、饱和吸附量、含气饱和度深度效应及其与成藏过程的耦合关系。煤层气成藏是构造沉降阶段生烃供气和回返抬升阶段相态转化、逸散的耦合结果,体现为自封闭成藏和浮力成藏的深度耦合,含气性变化存在饱和吸附量转折和游离气滞留两个关键深度界限,且二者不具备绝对同步性:(1)饱和吸附气量是煤在特定温压条件下的固有属性,不受保存条件的严格限制,其随深度的演化过程是控制相态转换的基础,压力梯度和变质程度补偿效应会引起现今区域饱和吸附量转折深度(带)的明显滞后。(2)游离气的运聚成藏与改造定型受控于地层回返抬升阶段的遮盖条件,涉及埋深-构造-水动力场三元耦合效应及浮力、储盖层毛管力的综合影响,抬升幅度小且改造强度弱时方可具备游离气滞留保存条件,滞留深度以浅地层封闭性降低,游离气普遍散失。鄂尔多斯盆地东缘柳林-延川南一带煤层总含气量随埋深增大近乎线性增高,深部收敛趋势不明显,不同变质程度煤理论饱和吸附量转折深度为1600~2200 m,但煤阶的区域分异致使原位饱和吸附量随埋深持续增大;大宁-吉县区块游离气滞留临界深度约2000 m,2500 m处含气饱和度平均约120%,3000 m处含气饱和度预计可达136%。不同地区煤层气成藏背景和地质条件存在差异,含气性深度效应需具体分析,分析重点应聚焦于甲烷相态转换、地层封闭条件的时空演化对现今气、水分布的综合影响,以实现深部煤层气的分区分带评价和高效开发设计。

深部煤层气地质条件特殊性与储层工程响应

鄂尔多斯盆地东缘、新疆等地区中深部/深部煤层气的试采成功大大推进了中国深部煤层气的开发进程。为进一步推动深部煤层气的规模性高产,有必要依托当前钻探成果和开发实践动态,系统梳理深部地质条件的特殊性及其储层工程响应。研究结果表明,煤层气成藏关键参数的深度效应主要在于3方面:①埋深增大,温度场、压力场和应力场等地层环境参数的大小趋于增高、梯度趋于收敛,深部应力场类型发生转换、水平应力的各向异性减弱;②深部多为高饱和或超饱和气藏,游离气的工业开发价值大幅提升,但当前开采深度的高阶煤储层仍以吸附气为主;③深部高应力环境下煤岩自身组构因素被弱化,原位渗透率及力学性质趋于均质收敛,流体产出严重依赖于人工渗流通道。地层环境下,深部煤层水力裂缝扩展的水平定向性弱,变形破坏韧性增强,易形成由高而短的裂缝构成的复杂缝网,低排量施工面临裂缝生长受限、支撑性差等问题,压裂应保证在近井地带最大化地实现全方位体积改造,由"压得开"转向"压得碎、撑得住";深部高饱和—超饱和的含气特点可保证投产初期的强地层能量和高渗透率优势得以充分利用,但只有降至一定压力节点后吸附气方可形成产能接替效应。研究认为,深部地质—工程一体化攻关研究应聚焦煤层气成藏运聚过程和不同相态气体富集的地质配置,探索地层环境下储渗系统优化改造技术和优化原理,明确排采诱导的煤储层相态再平衡过程、物性变化模式和产气规律,谋求地质条件、增产措施、排采管控和储量动用的最佳耦合。

构造煤的测井曲线判识——以柿庄北区块为例

为定量判识构造煤并获取其分布信息,以测井曲线技术为指导研究了构造煤的地球物理特征。总结了煤体结构测井参数变化规律并做出了测井曲线模版,并应用此原理对柿庄北区块煤体结构进行了研究。结果显示:构造煤具有自然伽马负异常、声波时差正异常、低电阻率、井径扩径、人工伽马高幅值等特征;人工伽马与声波时差组合对于煤体结构划分具有较好的判识性。柿庄北区块15号煤构造煤(46%)比3号煤更为发育(13%),为制约15号煤煤层气产量的关键因素;柿庄北区块东北部与西南部构造煤发育,主要受西部NE-NNE向断层及褶皱的控制。

鄂尔多斯盆地大宁—吉县区块深部煤储层孔隙结构特征及储气潜力

深部复杂的地质环境导致深部煤储层的孔隙、裂隙结构及气体赋存状态有别于浅部煤储层,多相态气体并存使得深部煤层气兼具"常规"与"非常规"双重地质属性。基于系统采集的鄂尔多斯盆地东南缘大宁—吉县区块深部煤岩样品,通过场发射扫描电镜分析、高压压汞实验、低温N2吸附和CO_(2)吸附联测,对深部煤岩全孔径的孔隙、裂隙结构进行了精细表征,并利用低场核磁共振技术分析了深部煤岩的可动流体空间及游离气可容纳潜力。研究结果表明:大宁—吉县区块深部煤岩的孔隙类型以气孔、粒间孔和压缩变形的植物细胞残留孔为主,裂隙由外生裂隙、内生裂隙和黏土矿物微裂隙组成,其中,在片状和手风琴状高岭石矿物中广泛发育微裂隙;孔隙多为一端封闭的不透气型孔和两端开放的透气型孔,含少量墨水瓶状孔。孔隙结构的跨尺度效应明显且非均质性极强。储集空间以孔径<2 nm的微孔最为发育,其次为孔径在50 nm~1μm的宏孔和孔径>10μm的裂隙,介孔(孔径在2~50 nm)及孔径在1~10μm的宏孔的发育程度最差。微孔具有极大的比表面积和强吸附势能,是吸附气的最主要赋存空间;宏孔和微裂隙中均存在一定的可动流体空间,可动孔隙度为1.42%~3.89%,具备容纳游离气的储层条件。深部煤储层中的气、水饱和关系复杂,含水饱和度变化大,这将直接影响游离气的可容纳空间大小。研究认为,受孔隙、裂隙结构影响的气、水饱和关系是制约深部煤层"高饱和—超饱和"含气靶区精准预测的关键问题。