大倾角地质耦合条件下煤层气开发效果与地质评价

准噶尔盆地南缘是我国中低煤阶煤层气资源产能建设的重要攻坚地区,根据其大倾角、多煤层、低热演化以及厚煤层等典型特征进行地质评价,是进一步勘探开发的关键。针对大倾角复杂地质条件制约下选区评价参数优选问题,通过对准南乌鲁木齐河东-大黄山地区产能建设示范区进行剖析,探讨大倾角地质耦合条件下中低煤阶煤层气井的产能影响因素,分析发现影响大倾角煤层产能的单因素作用效果往往有限,地质耦合条件制约下,各项地质参数匹配关系以及工程开发对策的合理实施是决定煤层气井高产、稳产的关键。因此,总结出了控制煤层气产能效果的三大综合因素:资源赋存条件、气藏关键要素以及开发技术对策,并结合勘探开发现状,优选出了适应性较强的评价参数。此外,针对现阶段选区评价过程中,低煤阶煤层气资源选区评价指标标准尚未明确的问题,采用模糊数学聚类分析方法,深入分析不同区域煤层同一指标属性值之间的逻辑关系,对研究区煤层含气量、热演化程度以及多煤层组合系数进行系统聚类,最终建立适用于本次选区定量指标参数的评价标准。最后利用多层次模糊数学综合评判(AHP),进行乌鲁木齐河以西地区煤层气资源潜力评价,结果表明,开发潜力由大到小排序依次为:乌鲁木齐河西地区、呼图壁地区、硫磺沟地区。

鄂尔多斯盆地西缘奥陶系乌拉力克组海相页岩气储层甜点分类评价

甜点评价对页岩气藏高效勘探开发具有重要意义。以鄂尔多斯盆地西缘奥陶系乌拉力克组页岩储层为研究对象,通过岩石薄片分析、X射线衍射、SEM扫描电镜、低温氮气吸附、等温吸附、总有机碳(TOC)含量、有机质镜质体反射率(Ro)测试和三轴岩石力学测试8个实验,得到目标区岩石类型为灰褐色泥页岩,孔径集中分布在2~4 nm和35~61 nm,主要发育粒间孔、黏土矿物层间孔和粒内孔;总有机碳含量平均为1.01%,Ro值平均为1.75%,脆性指数平均为47.8%。通过分析不同因素对页岩储层甜点区评选及评价的影响,认为硅质矿物含量、黏土矿物含量、孔比表面积、总有机碳含量和Ro值对储层的吸附性能起决定作用,孔径大小和孔隙类型数量控制储层的储集性能,脆性矿物含量和岩石力学参数影响储层的可压性。根据地质甜点评价的吸附性能和储集性能两个指标以及工程甜点的可压性指标,完成了不同特征对应的参数指标细分类,初步建立了鄂尔多斯盆地西缘奥陶系乌拉力克组海相页岩气储层3个等级的地质甜点和可压性甜点的分类评价方案,结果表明目标区各特征参数均达到Ⅱ级标准,可以作为页岩气开发甜点区。

准噶尔盆地煤层气勘探开发与地质研究进展

准噶尔盆地煤层气资源极为丰富,已开展近30个煤层气勘查项目,施工煤层气井270余口,建成白杨河、四工河、乌鲁木齐河东煤层气开发先导试验区,正在着力推进煤层气规模化开发利用,多个区块呈现出煤层气单井高产势头,针对多、厚、大倾角煤层顺煤层钻井、储层改造、优化排采技术不断推广应用,带动了新疆煤层气产业起步发展。系统总结准噶尔盆地煤层气成藏特殊地质条件,科学分析前期煤层气勘探开发的现状与趋势,全面梳理煤层气勘探开发所面临的地质难题,以期为新疆地区乃至中国中低煤阶煤层气的高效开发提供借鉴。盆地周缘构造隆升、水力逸散、煤层气风氧化带深延是制约煤层气资源分布和勘探开发潜力的不可忽略的地质因素,盆地腹地包括煤层气在内的深部煤系气资源潜力巨大,开展煤系油气地质综合研究、拓展煤系气勘探开发领域势在必行。盆地边缘多个区块煤层气富含CO_(2)且呈现随煤层埋深增大CO_(2)体积分数增高的异常现象,拟以水动力场和水化学场耦合作用为主线,气体差异构成与禀赋为线索,鉴别多源多阶气体来源、混合度及成藏贡献,揭示CO_(2)异常富集成因,探索流体场主导作用下的煤层气多源多阶多因素耦合成藏机制。盆地西山窑组与八道湾组2套煤系地层厚度巨大,受聚煤环境控制,多层叠置统一、多层叠置独立、多层叠置混合含煤层气系统空间分布有别,基于沉积、构造、水文耦合作用归纳出煤层气富集成藏基本模式,有效厘定流体压力系统,合理选层选段、组合开发,优势成藏地质配置及其区域、局域、层域变化规律有待深入研究。盆地周缘煤储层倾角大多超过35°,急倾斜煤储层在较小空间随深度发生快速变化,储层流体运动方式、储层应力状态等影响制约压降传播和煤层气产出过程,开发过程储层力学性质与物性变化、流体相态与饱和关系转化、气/水产出机制与生产规律需要进一步揭示。

中美典型含油气页岩地质特征及开发现状

为进一步了解页岩油气资源,洞悉国外成功开发经验,通过对比北美地区俄亥俄(Ohio)、马塞勒斯(Marcellus)、巴耐特(Barnett)、沃夫坎组(Wolfcamp)页岩与中国龙马溪组、沙河街组页岩的地质背景,明确了中外典型含油气页岩有机地球化学和储层发育特征的异同以及中美页岩油气资源开发动态,并给出了借鉴意义。结果表明:北美开发效果好的含油气页岩大多具有构造简单、厚层页岩发育、厚度变化小、总有机碳含量及有机质成熟度适中、多为Ⅱ型干酪根、脆性矿物含量高、储层压力高等特点。北美页岩油气开发商采用大液量、大砂量、小压裂簇间距和阶段间距来改进压裂工艺,采用井工厂模式来降低土地占用面积,并且在其上进行"拉链式"压裂缩短整体的工程时间,在油田的生产资料数据库中运用大数据分析不同生产参数对产量的影响权重,从而更好地配置生产参数、提高产量。美国页岩油气开发为中国提供的可借鉴的开发经验包括合并油气输送管网、引入民间资本和加大创新奖励。

新疆阜康地区多煤层组合条件下开发层段评价优选

多煤层地区优势开发层段评价以及优势组合层段选取是决定煤层气资源动用率、开发经济效益的重要工作。从煤储层可改造性和排采关键参数出发,优选煤岩力学性质、有效压裂厚度、煤体破碎程度、临储压力比和试井渗透率5个评价指标,利用模糊数学层次分析法优选甜点层段。考虑资源适配性、层间兼容性和排采稳定性,选取煤层相对埋深、含气量、临储比、储层压力梯度和渗透率5个关键参数,采用聚类分析对优势产层组合关系进行探讨。评价结果显示:以潜力值U>0.75为节点可优选出A2,A5,39,41,42共5个甜点层段,资源配置优,渗透性好,可改造性强;优选出A3-A4,A7-A8和41-42共3套优势组合层段,组合层段间具有相似的渗透率、压力梯度以及临储比,排采过程中易达到生产“同步”,评价优选结果与气井产能特征基本一致。进一步结合排采特征分析认为,多因素的耦合作用是四工河矿区煤层气井的主要控产机理,生产部署应着重考虑构造部位、埋深特征,首当考虑优势单煤层开发(A2,A5煤),多煤层优势组合多为低潜力煤层(A3-A4,A7-A8煤),可于开发后期进行开发部署;白杨河矿区煤层气井产能整体受控于煤体结构、多煤层排采组合以及生产井型,应在充分考虑煤体结构的非均质性以及煤层发育的不连续性的基础上,规避碎粒、糜棱煤发育区,对优势单煤层开发(42煤等)的同时可兼顾优势煤层组(41-42,39-41-42煤)合层排采,提高煤层气资源动用率。

页岩气地质评价智能化的应用与展望

中国页岩气资源类型多样,形成地质条件与成藏模式复杂,如何针对不同类型与级别的页岩气资源展开具有针对性的地质评价,是勘探开发工作的重点与难点。为解决此问题,在页岩气地质评价过程中,通过智能化软件和测量仪器的研发,提高了定量数据的获取精度;建立概率密度曲线,识别了不同类型页岩气相关地质参数的分布特征,进一步开展了资源量计算方法的优选;以机器学习中多种方法如知识图谱、随机森林、支持向量机、聚类分析、概率赋值等背后的数学原理为支撑,从数据本身的自然规律出发,对参数的异同性和内在关联度开展研究。结果表明:不同类型页岩气资源的地质参数分布特征差异较大,结合勘探开发程度共同决定资源量计算方法的选取;对数据开展全面定量地解释与分析,极大程度挖掘了数字背后的地质信息,并帮助调整地质认识的客观性与真实性,同时能够发现评价结果产生的误差与偏差。该研究内容与成果建立并完善了从参数获取到综合评价的技术方法与流程,极大程度上提高了评价结果的可信度,拓展了人工智能在该领域应用的广度与深度,为最终能够达到页岩气地质评价智能化的目标奠定基石。

煤层气开发井网密度和井距优化研究--以韩城北区块为例

煤层气井网密度及井距优化是影响煤层气产量和经济效益的重要因素,井网密度及井距的设计优化是煤层气开发方案的重要组成部分。当前对于煤层气开发井距的研究大多单一考虑产能因素或者是经济因素,对于二者综合评价研究较少。为探究煤层气开发井网密度和井距的最优方案,并综合评价煤层气井的产能与经济效益,以韩城北区块为研究对象,基于区块基本地质条件和煤储层物性资料,确定了煤层气开发适用的井网样式和井网方位。通过经验对比法、单井合理控制储量法、经济极限井距法、规定单井产能法和经济极限井网密度法计算并讨论了韩城北区块煤层气开发井网密度和井距部署方案。利用煤层气产能数值模拟软件Comet3,模拟和评价了不同井距开发方案下的产能,并采用折现现金流法进一步从经济评价角度优化了煤层气开发井网密度。结果显示,韩城北区块煤层气开发适用的井网样式为矩形井网;井网方位为NE49°;数值模拟结果表明,当井距为200 m×250 m时煤层气井稳产期产能最高,累计产量最多;依据1 km^(2)不同井距布井方案的经济评价对比显示,当井网密度大于10口/km^(2)时,该区块煤层气开发具有经济效益,其中井网密度为20口/km^(2)即井距为200 m×250 m的方案内部收益率为11.27%,净现值为1437万元,投资回收期为7.49年,经济指标最优。综合分析认为,韩城北区块最佳开发井网密度为20口/km^(2),最佳井距方案为200 m×250 m。

吐哈盆地低煤阶煤岩孔隙结构精细表征及吸附性主控因素评价

为研究吐哈盆地低煤阶煤岩孔隙结构及其吸附特性,探讨煤岩吸附性能主控因素,通过高压压汞、低温液氮、核磁共振及等温吸附实验,对该盆地主要含煤地区低煤阶煤的孔隙结构及其甲烷吸附性影响因素进行了精细表征与分析。结果表明:①低煤阶煤岩发育多种吸附—脱附曲线,孔隙类型主要以细颈瓶状的一端封闭型孔为主,连通性较差。②吸附孔比表面积主要由微孔贡献,而吸附孔孔容主要由小孔提供,比表面积等孔隙结构参数差异大。③核磁共振实验表明煤样发育多种孔裂隙系统,但主要以微、小孔为主,中大孔及裂隙相对发育。④煤岩吸附性能受煤岩煤质及吸附孔孔隙结构共同控制,灰分及水分不利于甲烷的吸附。⑤镜质组孔隙发育,与最大吸附气量呈正相关关系;不同尺度吸附孔隙的吸附性能差异明显,小孔孔容及比表面积与最大吸附气量呈正相关关系,是吐哈盆地低煤阶煤岩吸附性能的主要贡献者。

云南省洱源县断裂特征及其对地热的控制作用

地热资源在未来的能源结构中具有重要地位,为分析云南省洱源县地热资源分布的构造控制因素,文章通过野外地质调查对县域内多条重点断裂进行了野外露头观测和分析,对不同断裂类型两盘受力情况进行计算和分析,并通过三维立体图形对县域内断裂与地热分布进行了展示,结果表明:洱源县域内发育多条大型断裂带,走向以NW−SE向为主,具有多期构造活动,具“压扭性”或“张扭性”特征,并被后期张性断层切割改造;正断层下盘及逆断层上盘具有更大的正应力值和剪应力值,多发育牵引背斜,更容易发育裂缝;断裂构造对温泉的控制作用明显,其中大型走滑断裂可沟通深部热源,温泉热水可沿后期张性断裂发生地下径流,然后可在断裂附近的裂缝发育带、断裂交汇处以及断层尖灭处聚集区,在海拔及第四系等多因素综合影响下,热水出露地表形成温泉。

云南省洱源县新构造运动的ESR年代学证据

云南省洱源县具有复杂的构造特征和强烈的新构造运动,为详细分析该地区新构造运动的基本特征,本次研究进行了野外岩石样品的电子自旋共振(ESR)年龄测定工作,结果表明:样品年龄数据介于62~1007ka之间,属于新构造运动时期;ESR年龄值由西向东具有逐渐减小的趋势,表明更新世以来,洱源县构造运动关键期由西向东逐渐变晚;结合样品所在海拔和ESR年龄,认为现今海拔高的区域,相对构造隆升时间早、持续时间长,具有较大隆升速率;现今海拔较低的盆山接触带新构造运动表现较为强烈,具有较小ESR年龄值、碎屑岩中的多条小型(伴生)断裂,且天然地震多发。

致密砂岩气储层裂缝评价方法与表征

致密砂岩气储层裂缝特征是影响储层含气性差异的主导因素,裂缝发育"甜点区"的准确预测是天然气获得高产、稳产的关键。在中国不同时代地层、沉积相、埋深及构造演化背景条件下均有致密砂岩气储层分布,这些因素导致致密砂岩气储层中裂缝发育特征具有特殊性和复杂性。本文系统提出了致密砂岩气储层裂缝评价的思路和方法,强调评价中应采用岩心观察统计与测井解释相结合、地震储层预测与钻井约束相结合、宏观尺度与微观尺度相结合、定性评价与定量表征相结合、数据统计与计算方法相结合、实验分析与数学模拟方法相结合的方法。最后,指出致密砂岩气储层裂缝评价的7个重点方面:(1)致密砂岩气储层不同级别裂缝发育层段综合识别特征研究;(2)裂缝发育层段特征参数定量表征;(3)裂缝类型及形成机理研究;(4)裂缝发育主控因素分析;(5)裂缝分布预测研究;(6)裂缝发育程度与主控因素和含气性关系及控气模式研究;(7)压裂过程中水力缝、天然裂缝及应力间耦合关系研究。

中、高阶煤样甲烷吸附应变及渗透性实验分析

煤中气体吸附膨胀和解吸收缩应变是影响煤层气井排采中煤储层渗透率动态变化的重要因素。通过选取沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘二叠系山西组中、高阶煤样,通过煤的吸附变形-渗流模拟实验,测得了中、高阶煤样中甲烷吸附应变值,提出了采用12~24 h的吸附应变数据点拟合计算吸附应变的方法,分析了高、中阶煤中甲烷吸附应变及其渗透性的差异性,揭示了中、高阶煤吸附应变规律及其对渗透性的影响及控制机理。结果表明,中、高阶煤样甲烷吸附应变与吸附平衡压力之间的关系符合Langmuir等温吸附模型;中阶煤中吸附甲烷气体的Langmuir径向应变、轴向应变和体积应变分别为0.18×10^(-2),0.09×10^(-2)和0.44×10^(-2),其对应的Langmuir压力分别为5.26,6.93和5.42 MPa;而高阶煤吸附甲烷气体的Langmuir径向应变、轴向应变和体积应变分别为1.91×10^(-2),0.22×10^(-2)和3.99×10^(-2),其对应的Langmuir压力分别为7.87,4.57和7.49 MPa。在有效应力一定的条件下,随着煤中甲烷吸附平衡压力增高,煤样吸附应变增大,且高阶煤吸附应变明显要强于中阶煤样,煤中甲烷吸附应变主要受控于煤中甲烷吸附量。在有效应力一定的条件下,中煤阶煤样的渗透率要大于高煤阶煤样的渗透率,煤中甲烷吸附应变过程中,中、高阶煤样随着煤中甲烷吸附平衡压力增高,煤样渗透率均按负指数函数规律降低,且高阶煤样中甲烷吸附应变对煤样渗透率的影响要强于中阶煤样,因此在煤层气井排采过程中,在临界解吸压力后,高煤阶煤层气井产量提升效果要好于中煤阶煤层气井。

覆压下煤的孔渗性实验及其应力敏感性研究

采用沁水盆地南部煤样,通过覆压下煤的孔隙度和渗透率实验分析,建立了高煤级煤样孔隙度、渗透性与有效应力之间的相关关系和模型;采用渗透率损害率和应力敏感系数分析了高煤级煤储层的应力敏感性。研究结果表明:煤样孔隙度和渗透率随着有效应力的增加按负指数函数规律降低。在有效应力小于5或6 MPa,煤储层应力敏感系数变化较大,且煤储层应力敏感系数随有效应力增加而快速下降;渗透率损害率随有效应力的增加而快速增大,应力敏感性强;而在有效应力大于5或6 MPa时,煤储层应力敏感系数随有效应力的增加下降速度整体减缓,且存在一定波动变化,应力敏感性减弱,同时渗透率损害率随有效应力的增大而增加较为缓慢。

地质统计学储层建模发展述评

两点地质统计学储层建模通过变差函数确定随机变量的相关关系,解决了地质变量的空间线牲插值问题,借助在不同方向上定义的独立变差函数,这种插值算法还能表征地质变量的各向异性。多点地质统计学(MPS)模拟主要有基于像素的模拟和基于样式的模拟等两大类算法,根据对样式分类与模拟过程的差异,又可将基于样式的模拟算法分为直接模拟算法、基于过滤器的模拟算法和基于距离的模拟算法。从地质统计学的算法演化角度出发,总结了两点地质统计学和MPS算法及其适用性;以图像识别为基础,MPS在识别沉积体中薄的非渗透夹层、集成生产数据、模拟井间储层连续性及裂缝分形特征模拟等方面拓展了两点地质统计学的研究领域。

基于“岩石物理相-流动单元”测井响应定量评价特低渗透油藏优质储层——以延长油田东部油区长6油层组为例

岩石物理相和流动单元均可从不同角度表征储层的非均质性,鄂尔多斯盆地东部地区特低渗透储层非均质性极强,单独利用岩石物理相或流动单元对该地区进行储层评价会存在一定偏差。通过定性识别和定量划分,建立了"岩石物理相-流动单元"定量综合评价指标体系,并提出利用这一体系来定量评价优质储层。研究结果表明:一类、二类"岩石物理相-流动单元"具有较好的储集性能和渗流结构,由其圈定的近期可开发或评价后可开发的优质储层共49个,从而确定了含油甜点区的分布规律和延展方向。这一研究成果能兼顾岩石物理相对于油气富集的控制作用和流动单元的流动特性,可有效减小单独利用岩石物理相或流动单元筛选优质储层所造成的误差,现场应用效果较好,为研究区增储上产提供了有利井位和区域。

基于数值模拟的致密油油藏注气开发技术研究

致密油将是缓解我国能源紧缺局面的重要非常规资源,美国利用注气开发致密油已取得显著进展,因此我国开展致密油注气开发研究是十分必要的。利用数值模拟技术,评价不同注气方式对致密油油藏开发效果的影响,从提高采出程度、压力保持水平以及气窜等角度分析了不同混相程度、不同井型及不同注入方式对致密油油藏生产的影响。研究结果表明,近混相和混相注气都能高效开发致密油,以0.5%PV注气量生产20年后,混相和近混相注气下的采出程度能在衰竭式开发基础上提高9.56%以上;在近混相下,水平井注气比直井注气更能提高波及系数和采出程度,循环注气能有效减缓气窜的发生。因此,采取水平井近混相循环注气将是高效开发致密油藏的重要技术。

富(含)CO_(2)煤层气多源多阶成因研究进展及勘探开发启示

富(含)CO_(2)煤层气承载着煤层气成因成藏的重要地质信息,与煤层气资源勘探及评价密切相关。在系统总结现阶段煤层气成因研究进展的基础上,通过解剖准噶尔盆地南缘富CO_(2)煤层气藏特殊地质范例,科学分析富(含)CO_(2)煤层气成因机制研究现状,全面梳理煤层气成因研究过程中存在的问题。结果表明,煤层气生成具有多源多阶段性,不同成因煤层气地球化学特征差异显著;现有煤层气成因判识图版及标准存在局限性,有必要建立煤层气成因多因素综合判识方法体系,结合区域地质条件及母质继承性差异,综合解释煤层气成因起源及伴生地质作用过程;富(含)CO_(2)煤层气藏含气构成、同位素组成及成藏过程,与早期煤化作用CO_(2)生成积聚、地下水参与下的CO_(2)差异溶解消耗、运移分馏、微生物后期改造等地球化学和生物地球化学作用息息相关;针对不同成因类型的煤层气藏应建立相应的资源评价指标体系,有效圈定甜点区与甜点层,对富含CO_(2)的煤层气藏需科学建立风氧化带深度界定标准,开展煤层气资源有效性评价。

考虑温度影响的碳酸盐岩储层应力敏感实验研究

探讨塔河区块储层的应力敏感性,为制定合理生产制度提供依据。通过对目标区奥陶系储层碳酸盐岩开展不同温度下应力敏感评价实验,结果表明:碳酸盐岩应力敏感程度属于中等偏强型;碳酸盐岩试样渗透率随着有效围压增加呈指数型递减,卸压后试样渗透率难以恢复至加载前水平;试样渗透率与温度呈负指数关系,当试样从30℃升高至120℃时,渗透率损害率从0.53增长到0.65,温度敏感性增强23%。温度对塔河区块储层应力敏感有明显的影响。

滑脱和应力敏感效应对页岩气开发动态影响的数值模拟研究

滑脱和应力敏感效应是影响页岩气藏开发动态的2个重要因素,为定量研究其对产气量的影响,运用等效孔隙介质模型,建立了同时考虑滑脱和应力敏感效应的页岩气藏两相渗流数学模型,采用有限差分方法对该模型进行了数值求解,用Fortran语言开发了页岩气藏数值模拟器,在定产量和定压衰竭式开采条件下应用该模拟器研究了滑脱与应力敏感效应对页岩气井产能的影响规律,并将计算结果与美国Haynesville页岩气藏W3井的实际生产数据进行了对比。结果表明:衰竭式开发导致页岩气藏的压力和渗透率均降低,生产井附近储层压力和渗透率急剧降低;在投产第1年内,产气量虽迅速下降,但滑脱和应力敏感效应对产气量影响较小;生产500d后,滑脱和应力敏感效应对产气量产生明显影响,滑脱效应使产气量增加,应力敏感导致产气量降低;模拟结果与生产数据的衰减趋势吻合度较高,证明该页岩气藏数值模拟器计算结果具有较高的可靠性。页岩气藏开发数值模拟器的成功研制,为页岩气井产能预测提供了一种新的有效手段。

影响岩溶热储采出温度的开采参数敏感性研究——以河南清丰地区为例

采出温度是影响地热能有效利用率的关键指标,采出温度越高,热储开发效果越好。岩溶热储作为一种重要的地热储层类型,其采出温度受到储层参数的影响。以河南清丰地热田奥陶系岩溶热储为例,通过建立热储地质模型并利用7口地热井资料,进行基于热流和井储耦合的数值模拟研究,探讨储层地质条件和回灌参数对采出温度的影响。研究结果发现,断层的存在加速了热储中低温区向生产井的扩散,导致热突破时间的提前。在开采后期,有断层情况下采出温度较高,且变化曲线斜率远高于无断层情况,表明断层有助于提高清丰地区热平衡时的采出温度,最终有利于增加采热量。目前,一般认为,注采井距越小采出温度越低。但是,当回灌速率高于50 kg/s时,随着开采时间的增加,采出温度呈现快速下降趋势,注采井距835 m下的采出温度甚至高于1000 m的情况。最后,确定清丰地区特定场景下的最优回灌参数组合为:回灌温度20℃、回灌速率50 kg/s、注采井距835 m。本研究结果将为清丰地区或其他类似岩溶热储开发方案的制定提供有益指导。