澳大利亚M区块低煤阶煤层气井产能主控因素及合理开发方式

为了研究低煤阶煤储层资源,结合低煤阶煤层气井的生产特征和气田地质模型资料,建立了低煤阶煤层气井数值模型,并进行了产能影响因素敏感性分析,明确了影响煤层气井产能的主控因素,基于储层物性划分,开展了低煤阶煤层气合理开发方式的优化研究。结果表明：合采井纵向穿过J和T共2套煤层组,纵向储层控制程度高、排水量大,有助于降压解吸,增加单井产量;影响低煤阶煤层气井产能的主控因素有累计净厚度、渗透率、含气量、井距和含气饱和度;埋深< 250 m的储层最优井距为1 500 m,埋深为250～350 m的储层最优井距为1 200 m,埋深为350～400 m和埋深为400～450 m的储层最优井距为1 000 m,埋深450～600 m的储层最优井距为800 m,埋深> 650 m的储层最优井距为700 m。该项研究为气田的有利区筛选和开发优化提供了理论基础和技术支撑。     

基于生产数据分析的沁水盆地南部煤层气井产能控制地质因素研究

产量是储层的反映,产量分析是认识储层最有效的方法。研究煤层气产能控制因素,可为煤层气勘探开发选区、井位部署及开发工程设计提供依据。沁水盆地南部是我国煤层气勘探开发的热点地区,初步实现了煤层气产业化,地面垂直井产气量一般在2 000~5 000 m3/d之间,但不同地区甚至同一地区的不同气井产气量有所差别。在对地面垂直井产气量数据对比分析的基础上,结合煤层气地质条件,分析影响气井产能的主要控制地质因素是构造条件、煤层厚度、煤层埋深、气含量、渗透率及水文地质条件。各种因素对气井产能的影响不同,煤层气井的产气潜力主要取决于各种主要控制因素的有效组合。     

柳林杨家坪试验区煤层气含气量模型探讨

柳林杨家坪试验区为石炭二叠系煤系地层,以四、五、八等三层为主力煤层。煤层既是煤层的生气层,又是煤层气的储集层,煤层气主要是以吸附形式储存于煤储层孔隙的内表面上。煤层作为生产层,首先必须有资源保证。煤层的分布、厚度、埋深、煤阶、灰分含量等诸多因素影响煤的含气量。含气量是客观地质存在,含气量数据受诸多地质和非地质因素的共同控制和影响。含气量模型是通过逐步回归分析的方法建立含气量与其影响因素的线性方程,进而研究各影响因素对含气量的贡献。     

安阳-鹤壁断块含煤区山西组二_1煤含气量及勘查前景分析

山西组二_1煤厚度大,煤质好、煤级适中,是煤层气勘探的主要目的层。通过对62口井、146块煤样含气量测定,煤层埋深为200～300m的含气量小于5m~3/t,甲烷为80％以下,埋深大于300m的两者分别为7～20m~3/t和80％以上。全区含气量东高西低,向南向北变低。含气量主要受煤的变质程度、煤层埋藏深度、构造断裂和煤岩灰份等因素的影响。研究认为,该区煤层形成环境好、煤岩类型好、埋深适中、煤层结构保存完好的区域有利于煤层气的生成和储集。根据煤层厚度、埋深、煤阶、煤质、断裂以及经济技术条件将全区划分为最有利区、有利区、较有利区和不利区。     

煤层形成背景与煤层气储层特征

煤层气是气体以吸附为主的连续型油气聚集,是一种自生自储的非常规天然气。煤层的构造、沉积、显微组分和煤级是煤层气形成的基础。含煤盆地内向斜和斜坡中的低幅构造、背斜、断层或褶皱发育且渗透率高的地区是煤层气的高产富集区。冲积扇、辫状河、河口湾和潟湖等沉积环境均可发育煤,成煤环境控制了煤的类型、煤质、煤层连续性、煤层厚度及煤层顶、底板岩性。镜质组含量是影响煤层含气量和煤层物性的重要因素。煤级是泥炭遭受成岩和变质作用的反映,与煤层含气量、渗透率、孔隙度及煤岩力学性能密切相关。煤层厚度、孔隙度、渗透率、压力、含气量、含气饱和度及煤的工业分析作为煤层气勘探开发的主要储层参数,不但是优选煤层气甜点的重要指标,而且决定了一个煤层气田或项目的开采方式和产气量。     

多分支井开采X煤田2区煤层气数值模拟研究

煤层气的特殊性决定了开发方式不能等同于常规天然气,20世纪90年代后期发展起来的多分支井技术,以其独有的特点成为高效开发煤层资源的有效手段。研究选用CMG软件中的GEM模拟器对多分支水平井开发煤层气合理分支间距、煤层渗透率、煤层含气量以及煤层厚度等参数对开发效果的影响等进行模拟预测。结果表明,多分支井分支间距是影响开采效果的关键因素,间距增加产气量增加,增加幅度会逐渐变小,研究区合理分支间距为200m左右。煤层气渗透率是产气量的主控因素,与产气峰值、累计产气量都呈正相关关系。煤层含气量及煤层厚度对产气量均产生较大影响,都与单井产气量成正比。不同井型进行生产预测时,多分支井比U型井的采收率提高3.8%,在单井产量和生产时间上都表现出明显的优势。     

鄂尔多斯盆地东缘北段煤层含气量变化规律及控制因素

依托鄂尔多斯盆地东缘含煤地层发育情况、埋藏史、构造演化史、岩浆活动等地质背景,选取北段保德区块、神府区块府谷区、临兴杨家坡区、临兴中区4个相邻煤层气区块作为研究对象,依托4个区块共48块煤样含气量和镜质组反射率测试数据,结合录井、试井、地震等资料,探讨了不同因素对煤层气含气量的控制作用。研究结果显示,对于浅部煤层含气量主要受深成作用影响,与埋深和储层压力呈正相关关系;中深部煤层以“含气量临界深度”为界,含气量受地层温度和储层压力耦合作用影响;紫金山岩体对含气量影响主要取决于煤层与岩浆接触关系、岩浆对煤层保存条件破坏程度。     

深部煤层气成藏条件特殊性及其临界深度探讨

深煤层概念及其评价指标的科学界定,是推动深部煤层气基础理论研究的基础。基于对地应力、含气性、储层物性及岩石力学性质等随煤层埋深变化特征的分析结果显示:相对浅部,深部煤孔隙结构变化小,中孔-微孔比例趋于均一;煤层含气量与埋深之间存在一个“临界深度”,超过此埋深之后含气量随埋深进一步增大而趋于降低;渗透率的常用对数与埋深呈线性负相关关系,暗示深部煤储层趋于致密化;深部围压正效应和温度负效应强弱相互转换,煤岩弹性模量随着埋深增加存在“拐点”。构建了基于地应力、饱和含气量、渗透率等深煤层界定指标体系。以沁水盆地为例,将该盆地深煤层界定在750m以深。即在此深度以深,煤层气成藏特征开始发生转换,其开发须针对储层特性变化采取相应的措施。      

阜康矿区西部煤层气高产因素追踪

把阜康矿区西部煤层气高产区的构造位置、水文及水化学变化、煤层顶底板岩性等与甲烷含量相联系,发现构造和岩性控藏并存;通过8口参数井煤层埋深、厚度和煤层物性与含气量的关系发现:1)相同构造位置内煤层含气量随埋深增加而增加,而总体上深部含气量低于浅部。此外,理论含气量高于实测含气量,推断是下部气体向上逸散和次生生物气补偿的结果。2)含气量与煤层厚度呈对数关系,R2为0.650,说明了含气量一定程度上受煤层厚度的影响。3)煤的固定碳、灰分质量分数和密度与含气量的R2分别为0.912,0.900和0.889,相关性较高。4)以固定碳质量分数、灰分质量分数和密度为自变量的线性拟合所得预测与实测含气量符合度较高,R2为0.971。     

高煤阶煤层气储层产气能力定量评价

煤层气高产区有效预测对提高煤层气单井产量和开发效益具有重要意义,为了实现煤层气储层产气能力的定量评价,基于沁水盆地南部煤层气开发数据,通过理论和统计分析,定义了储层含气性指数、煤层甲烷解吸效率指数、气水产出效率指数和产气能力指数4个参数对煤层气储层产气能力进行评价。结果表明:煤层气井日产气量随储层含气性指数、煤层甲烷解吸效率指数、气水产出效率指数的增加而增加,但相关性相对较差;当储层含气性指数大于100 m·m~3/t时,或煤层甲烷解吸效率指数大于0.04(MPa·d)~(-1)时,或气水产出效率指数大于1 mD·MPa时,单井日产气量能够达到800 m~3/d以上。产气能力指数为储层含气性指数、煤层甲烷解吸效率指数和气水产出效率指数的乘积,能够有效表征储层产气能力强弱,产气能力指数越大,煤层气井产量越高。当产气能力指数大于0.3和10 mD·m·m~3/(t·d)时,对应的单井日产气量分别大于800和1 500 m3/d。     

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吴堡地区是中国石油天然气集团公司评价筛选出的煤层气勘探开发有利地区之一。该区位于鄂尔多斯盆地东部斜坡带,主要发育有下二叠统山西组和上石炭统太原组两套 含煤地层。区内钻孔煤层气显示十分活跃,所钻十几个煤孔均见气喷。吴试1井是该地区完钻的一口煤层气评价井,曾开展了近6个月的压后试采工作,录取了丰富的测试资料,试采最高日产煤层气1129m^3。文章通过总结分析吴堡地区煤层地质、煤层流体性质及吴试1井的试采动态特征,认为吴试1井试采动态基本上反映了煤层气井的典型动态特征;煤层压力低、供液能力差、压裂规模不足,是影响该地区煤层降压脱附的主要因素。同时,结合国外实例,分析认为除煤层厚度、渗透率、孔隙度等内在因素外,煤层伤害、完井质量是影响煤层气井排采效果的主要因素;煤层气井重新实施压裂及对裸眼井段重钻或侧钻是改善煤层气井产能的重要措施。在此基础上,提出了改善煤层气开发效果的措施及吴堡地区煤层气井的排采设想。     

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定向羽状水平井技术适合于开采低渗透储层的煤层气，集钻井、完井与增产措施于一体。定向羽状水平井的主要机理在于多分支井眼在煤层中形成网状通道，促进微裂隙的扩展，又能连通微裂隙和裂缝系统，提高单位面积内的气液两相流的导流能力，大幅度提高了井眼波及面积，降低煤层气和游离水的渗流阻力，提高气液两相流的流动速度，进而提高煤层气产量和采出程度。沁水煤层气田是中国典型的低渗透煤层气藏，具有煤层厚度和深度适中、渗透率低、煤岩机械强度高、含气量和饱和度高的特点，适合于定向羽状水平井技术条件。在煤层气藏地质参数不变的情况下，可利用分支井产量模型研究分支数和分支段长对产能的影响关系，分支数和分支段长是影响产能的敏感性人为因素，也是可以通过工程设计优化加以改变的工程参数，从而尽可能发挥定向羽状水平井的产能潜力。通过经济评价，利用定向羽状水平井技术开发沁水煤层气田具有较高的经济效益。     

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文章采用数值模拟方法，从煤层甲烷的流动机理入手，利用朗格缪尔等温吸附方程描述甲烷从煤表面解吸过程，利用Fick定律描述甲烷从煤基质和微孔隙中的扩散，综合考虑了煤层甲烷的解吸附、扩散、渗流三个过程，并考虑了水力压裂产生高渗透裂缝对渗流场的影响，在煤层理想化等七个假设条件下，建立了煤层甲烷的非平衡拟稳态吸附扩散模型，利用该模型编制了煤层气井产能预测软件，并进行了模拟计算，给出了计算实例。结果表明：煤层在没有经过水力压裂处理时，煤层的气、水产量是很小的；经过水力压裂处理后，由于煤层的排水降压效果，煤层气井气、水产量有明显的增加，具有经济开采的产量规模。     

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王营子煤层气藏位于辽宁省西部阜新市王营子煤矿。该矿在建矿掘进北翼大巷时发生天然气涌出,因涌出量大而封闭并开发利用,产气量平均达5000m^3/d以上,至今已十多年。为了探明天然气藏的成因类型及资源前景,作对气藏气体的地球化学特征、产出特征及赋存地质条件进行了综合研究。通过研究认为,气藏气体主要来自阜新组煤层。从历年来气产量变化曲线形态分析,具有煤层气井生产曲线特征,但是也有区别。原因主要是受建矿早期的排水、降压作用、煤层气解吸并富集在裂隙中的结果。从王营子煤层气赋存地质条件分析,煤层厚度大、资源丰度及渗透率高等,反映该区煤层气有较好的勘探前景。     

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中国的煤层大多具有致密、低渗透率特性，煤层气解吸、渗流困难，影响煤层气产量的因素较多且复杂。文章系统地分析和总结了煤层介质的低渗透率特性、煤层气的解吸扩散渗流特性、煤层与围岩的组合方式、含气饱和度对煤层气产量的影响，并用R/S分析方法研究了煤层气不稳定渗流产量的变化趋势，在此基础上，用灰色GM(1，1)模型预测了煤层气产量的变化规律，进行了实例分析。结果表明：煤层渗透率中等、含气饱和度在78%以上、压裂等措施是获得高产量煤层气的关键因素；R/S分析方法和GM(1，1)模型相结合是预测煤层气不稳定渗流产量变化的有效方法；根据上述关键因素和分析及预测的方法，科学预测煤层气不稳定渗流产量变化规律，有利于合理开发煤层气资源，提供洁净的能源，有效地保护大气环境，并从根本上改善煤矿安全生产条件，减少瓦斯爆炸事故。     

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沁水盆地南部地区已累计投入40口井的勘探工作量,并取得了重大的勘探成果,证实核区为煤层气高渗富集区。从含煤性、含气性、可采性等方面对该区进行了全面分析,得出以下认识：煤层厚度较大,分布稳定;煤变质程度高,煤的吸附能力强,含气量高,含气饱和度也较高;煤体结构、煤岩类型和煤质好,煤层割理较发育,渗透性较好,适合于压裂改造;区域构造稳定,煤系及上覆连续地层保存较好,后期改造、断裂不严重,构造较简单,煤层气赋存和保存条件好;煤层埋藏较浅;水文地质条件比较有利。综合评价该区煤层气具有良好的可采性,可以作为我国第一个煤层气滚动勘探开发区块。     

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中国煤层气资源丰富 ,据估算 ,埋深 2 0 0 0m以浅的煤层气资源达 (30～ 35 )× 10 12 m3 。但中国煤层气地面开发刚进入起步阶段 ,加之中国煤田地质条件比较复杂 ,因此研究中国特殊地质条件下煤层气的解吸、扩散和渗流机理的具体地质表现是认识煤层气可采性的关键。针对我国煤层气开采的特殊性 ,我国采取“地面开采和井巷抽放相结合”的方针。然而井巷开采占了相当的比例。本文建立了煤层气扩散渗流数学物理方程 ,并对煤层气渗流偏微分方程 ,采用差分法 ,进行了数值模拟计算。模拟结果表明 ,所建立的煤层气扩散渗流模型较准确地反映了煤层中煤层气流动规律 ,模拟后的煤层气压力变化曲线可以确定煤层气的开采压力变化范围和煤层气产气最大面积 ,对我国大面积低渗透性无烟煤煤层气的开发具有指导意义。     

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煤层气主要以吸附状态赋存在煤岩基质中，只有当储层压力降低后才可以从基质中解吸出来，煤岩裂隙或割理中多被水充满，而裂隙与割理是煤层中的主要运移通道，煤层气需要通过排水（裂隙或割理）降压（煤岩储层）方式才得以采出，故煤层气的产量受煤岩性质、压力水平和两相渗流特征等多种因素的影响。文章分析认为，影响煤层气井单井产量的主要因素包括煤岩渗透率、孔隙度、吸附能力、含气量、临界解吸压力、相对渗透率等；为提高煤层气井单井产量，必须通过洞穴完井、压裂改造或水平井等方式，改善井底渗流条件，有效地降低井底流压，扩大压力波及范围，增加有效解吸区，扩展两相渗流区范围。为实现煤层气的规模开发，必须深化认识储层特征，结合地质实际，选择合适的开发技术。     

鄂尔多斯盆地合阳地区煤层气赋存特征研究

鄂尔多斯盆地合阳地区是我国煤层气勘探的重要区块,在该区进行煤层气赋存特征研究并预测煤层气资源量,对其进一步的开发十分必要。 为此,从地质条件、储层特征（煤层分布、煤层埋藏深度、煤岩特征、煤储层吸附性、煤储层压力、煤储层渗透性及煤层含气性）等方面入手,分析了该区煤层气的赋存特征。结果表明：该区煤层气的保存条件优越;主要含煤地层为二叠系山西组和太原组,含煤层 11 层,可采或局部可采煤层 4 层,煤层累计厚度为 11 m 左右,主力煤层为 5 号煤层,单层厚度超过 3 m;煤质以中-高灰分、低挥发分的贫煤为主,受构造活动破坏的影响较小,煤岩的原生结构较完整,煤储层含气量高且吸附性强。煤层气资源量预测结果表明：该区煤层气主要分布在埋深小于 1 600 m 的范围内,煤层气资源量约为 442.72 亿 m³,其中埋藏深度小于 1 300 m 的煤层气资源量约为 335.01 亿 m³。 由此可见,合阳地区煤层气具有很好的勘探开发前景。