基于构造裂隙填图技术的煤储层裂隙发育特征预测与验证

利用构造裂隙填图技术,在新疆阜康白杨河矿区地表围岩中实测了388个观测点,根据观测点构造裂隙的发育特征划分破碎等级,预测了地下煤储层构造裂隙的优势方向和发育特征,并利用6口煤层气井的产量数据、压裂曲线和井径扩大率进行验证。结果表明:地表围岩中观测点破碎等级较高的区块,煤储层内构造裂隙系统发育,天然裂隙联通情况良好,渗透率较高,煤层气井产量较高,压裂曲线的形态以先高后低型和波浪型为主,井径扩大率一般大于15%以上;观测点破碎等级低的区块,煤储层内构造裂隙系统发育不足或严重不足,天然裂隙联通情况较差,渗透率较低,煤层气产量为中产或低产,压裂曲线的形态为上升型,井径扩大率一般小于7%。利用该方法预测煤储层构造裂隙发育特征与工程数据吻合度较高,证明了该方法的有效性和可靠性,为有类似地质条件的煤层气开发区块煤储层裂隙系统预测,提供了一种新思路和新技术。     

澳大利亚博文盆地煤层气富集规律和勘探策略研究——以博文区块Moranbah煤层组为例

澳大利亚的博文盆地是典型的弧后前陆聚煤盆地。博文盆地博文区块地质条件复杂,尽管已开展了大量的煤层气勘探工作,但是控制煤层气富集的地质因素众多,对该区块的煤层气富集规律一直认识不清。结合博文盆地的煤层发育特征、构造特征、水文地质特征、应力特征以及煤层含气性和渗透率等地质特征,以该地区发育的Moranbah煤层组为例,提出"沉积控煤、构造控气、水文控藏、应力控带、局部高部位和边缘斜坡富集高产"的煤层气富集高产规律:沉积相控制煤层分布、煤层储层物性,河流冲积平原、上三角洲平原煤层较厚,下三角洲平原煤层较薄;构造控制含气量及富集带,向斜构造有利于煤层气的富集高产,局部高部位形成煤层气富集高产区;水文地质条件控制煤层气成藏,位于弱径流—承压区成藏条件好,当地表径流和地层倾向一致时,成藏条件较有利;应力场控制煤层高渗带,埋深增加,有效应力增加,煤层割理裂隙闭合造成渗透率降低。在煤层气富集规律的基础上,厘定了煤层气资源规模、控气因素、可采性三级有利区评价指标体系,圈定了研究区块的甜点区、有利区和不利区。基于澳大利亚煤层气区块管理政策,提出了甜点区申请开发许可优先投入试产开发评价、有利区申请潜在商业区勘探保地、不利区申请退地的勘探策略。     

沁水盆地成庄区块煤层气成藏优势及富集高产主控地质因素

成庄区块是沁水盆地煤层气开发最为成功的区块之一。为了指导相似地质条件的煤层气区块的勘探开发,基于大量的勘探开发实践数据,利用数理统计、室内实验、测井解释、构造解析、数值模拟及递减分析等方法,系统开展了该区块煤层气成因、成藏条件及产气规律等方面的研究。研究表明：该区具备构造简单、煤层展布稳定、埋藏深度浅、有机热成因气、含气量高、渗透率高等优越的成藏条件;该区高产井比例高（占总井数47%）,具有单井平均产量高（介于4 000~7 000 m³/d）、采收率高（预计采收率为55.1%）等产气特征。进一步分析了富集、高产主控因素的控气作用机理,结果认为：构造热事件提高生气能力,改善了物性,封盖条件与水动力优势配置,利于煤层气富集;张性水平应力分布区及煤矿卸压应力释放区的煤储层渗透率高,利于储层高产。     

沁南盆地成庄区块高煤阶煤层气高产主控因素

我国聚煤盆地形成演化历史复杂,后期构造破坏严重,高煤阶煤储层更是多阶段演化和多热源叠加变质作用明显,使得煤层气储层物性具有极强的非均质性,单井产量普遍较低,煤层气开采难度大。已有研究成果主要对构造、沉积、水动力等控气作用进行了分析,不能有效解决生产中存在的煤层气探明率低、产能到位率低等难题。以华北油田沁南煤层气田成庄区块高产井的动、静态资料为基础,结合沁南气田其他区块煤层气的开发特点,对高产共性特征进行分析,认为煤储层微裂隙发育、渗透率高是煤储层高产的主要原因,煤储层富含游离气是高产的重要原因,其他因素如厚度、含气量、构造运动、水动力等为局部影响因素。进一步研究发现:成庄区块煤层气属于沉积控气,煤层排烃时期的煤储层封堵条件是煤层气井高产的主控因素。当煤层封堵条件好时,既有助于改善煤储层的物性,又使得煤储层富含游离气,为气藏的高产提供了物质基础。该观点不仅为煤层气高产区块选区评价提供了地质依据,而且对致密油气藏的甜点区评价也具有参考作用。     

沁南煤层气藏高渗区预测

煤层气高渗储层预测是勘探开发的前提和基础。根据沁南煤层气藏煤层气开发区块内的钻井资料，以岩体力学理论为指导，提出了利用对煤岩体变形起主导控制作用的岩体强度因子来预测高渗储层的新方法。通过分析强度因子、构造和储层渗透性的关系发现，沁南煤层气开发区块山西组3号煤的高渗区往往位于岩体强度因子较低的、岩体变形较强烈的褶皱轴部，特别是多期褶皱轴部叠加部位，强烈的变形使得这些部位的煤体裂隙较为发育。煤层气井产能分析结果也表明，目前的高产井大多数位于这一区域。     

固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响

目前针对于煤层气井近井部位固井水泥浆侵入的方式和形态规模、固井水泥浆侵入对煤储层压裂裂缝延展的影响机制及其与煤层气井开采效果的内在关联方面的研究较少。为了深化煤储层压裂裂缝延展理论并给煤层气井水力压裂施工方案优化提供支撑,选取沁水盆地煤储层中基质—裂隙发育组合迥异的区块,对部署在不同部位气井的固井水泥浆侵入方式和水泥环形态规模进行了系统刻画,分析了不同固井水泥浆侵入方式下的压裂力学判据,针对深部气井难于开挖解剖其固井水泥浆侵入特征的实际问题,提出了破裂压力当量的定义,在此基础上,对郑庄区块39口煤层气井的压裂排采数据进行了分析,总结了固井水泥浆不同侵入方式对煤层气井压裂、排采的影响。研究结果表明:①煤层气井固井水泥浆的侵入方式包含固井水泥浆正常充注型(硬煤基质)、加厚型(构造煤)及煤岩—水泥胶结界面型(硬煤裂隙带)等3种;②由破裂压力当量(pt)小于1.50 MPa,固井水泥浆均匀充注在气井井眼—套管环空,可以判断气井位于硬煤基质;由pt介于1.50～9.00 MPa,固井水泥浆沿井壁构造节理缝挤侵入储层内形成胶结滤饼,可以判断气井位于硬煤裂隙带;由pt大于9.00 MPa,固井水泥在井眼环空垮塌空间加厚形成纺锤体,可以判断气井位于构造煤;③位于硬煤基质的气井在排采期间气井产气量缓慢增加到峰值,并可在峰值部位稳产较长时间,而后产气量缓慢下降,位于构造煤的气井在排采初期很快见产,随后产气量迅速衰减,硬煤裂隙带气井在排采初期产气量快速上升并达到峰值,但稳产时间较短,而后产气量缓慢下降。     

沁南-夏店区块煤储层地应力条件及其对渗透性的影响

采用水力压裂测试地应力方法,对沁南-夏店区块19口煤层气井3#煤层地应力分布进行了测试,并建立了3#煤层地应力、渗透率与煤层埋深以及储层渗透性与地应力之间的相关关系和模型,分析了地应力对煤储层渗透性的影响。结果表明:沁南-夏店区块最大水平主应力梯度为2.39~4.49 MPa/hm,平均为3.49 MPa/hm;最小水平主应力梯度为1.48~2.45 MPa/hm,平均为1.99 MPa/hm。煤储层渗透性受控于现今地应力和所处应力状态,煤储层现今地应力随深度的增加呈线性增大规律,煤储层渗透率与地应力之间服从负指数函数关系。煤储层埋深600 m以内,现今最小水平主应力小于12 MPa,煤储层渗透性相对较好,试井渗透率大于0.25 mD;埋深600~950 m,现今最小水平主应力为12~20 MPa,煤储层渗透性变差,试井渗透率平均为0.05~0.25 mD;埋深大于950 m,煤储层最小水平主应力大于20 MPa,试井渗透率平均小于0.05 mD。     

天然裂隙对煤层气压裂效果的影响——以鄂尔多斯盆地韩城区块为例

鄂尔多斯盆地东南缘韩城区块天然裂隙对煤层气储层压裂效果影响较大,为了深入认识天然裂隙对压裂效果的影响,利用生产动态资料和微电阻率测井资料,对该区块煤层气井的产气规律和天然裂隙发育特征进行了研究。研究结果表明：①天然裂隙对煤储层压裂缝的影响可分为沟通型、穿越型和俘获型;②其中沟通型压裂改造效果好,煤层气井以高产井和产气稳定井为主;③穿越型有效支撑裂缝短,俘获型大部分压裂缝对产气无贡献,低产井主要是穿越型和俘获型。该研究成果对今后该区块裂缝性煤层气田稳产增产具有指导意义。     

应力条件制约下不同埋深煤储层物性差异演化

以鄂尔多斯盆地东缘煤储层为研究对象,采用水力致裂法获取地应力参数,同时利用实验室模拟技术,结合现场测试数据,从煤储层储集性和渗透性两方面开展应力条件下煤储层物性演化机理研究。随着煤层埋深的增大,地应力增高,煤岩孔隙受压闭合,煤储层孔隙度在应力作用下呈指数规律降低;不同煤阶煤岩各级孔径的孔隙在应力作用下的变形特征存在较大差异,随着应力增大,低煤阶煤岩大中孔体积下降明显,而中、高煤阶煤岩微小孔体积的下降幅度要高于大中孔。不同埋深和应力作用下的煤体变形和渗透率变化可分为3个阶段:埋深在600 m以内,地应力较低,煤岩裂隙发育较好,煤储层渗透率变化范围较宽;埋深在600~900 m,煤层处于三向受压状态,裂隙易受压闭合,渗透率普遍小于0.5 mD;埋深在900 m以下,地应力变强,且煤层受力不均,垂直主应力大于水平主应力,易产生新裂隙,煤储层渗透率出现高值。     

薄—中厚煤层群煤层气井高产的地质与工程协同控制技术——以贵州织纳煤田文家坝区块为例

中国西南地区煤层气资源量十分丰富，且主要赋存于上二叠统煤系薄—中厚煤层群中，贵州地区虽然有近10年的煤层气规模化试采与探采工程实践，但仍存在低产井、低效井比例偏高的问题。为了推进贵州地区薄—中厚煤层群煤层气高效探采工作，在系统梳理织纳煤田文家坝区块地质条件、煤储层特征、开发工艺与开发效果基础上，分析了煤层气井高产及井间产气差异的地质控制因素，探讨了地质适配性分层压裂与合层排采技术。研究结果表明：(1)薄—中厚煤层群具有埋藏浅、含气性好、渗透率较高、储层压力欠压—正常的特征；(2)煤层气井高产既受阿弓向斜轴部构造应力集中、水力封堵作用下煤层气富集影响，同时也与浅埋藏条件下煤储层原始渗透性较高有密切关系，区内断裂构造与水文地质条件共同导致了丛式井组内井间产气效果差异；(3)应根据丛式井压裂煤层靶点间距及导水断层距离合理控制水力压裂施工规模，注前置液造缝阶段快速提升注入排量并非连续段塞增大裂缝延伸长度，注携砂液支撑阶段阶梯式连续加砂有效支撑裂缝；(4)长期维持小于0.5 MPa的低套压合层排采条件，缩短憋压持续时间，延长提产持续时间以提高稳产前的压裂液返排率，保证排采过程连续性以避免储层伤害...     

沁水盆地煤层气田试采动态特征与开发技术对策

沁水盆地煤层气资源丰富,中国石油天然气集团公司于1994年起在该盆地内开展了大规模的勘探、试采和正式开发准备工作。从气田动态分析入手,系统研究了该煤层气田的开采特征。结果认为：压裂增产、多分支井是开发该煤层气田的有效手段;3#煤产气量高低与其地质因素关系密切;在煤层气排采过程中应保持动液面稳定下降。结合煤层气开采动态特征,提出了沁水盆地煤层气田合理的开发技术对策：①采用地面垂直井和多分支水平井相结合的方式开发该地区的煤层气资源,在此基础上优化合理的井网部署方式和增产方式;②3#、15#煤层的地质条件差异较大,建议优先考虑开采3＃煤层,15＃煤层在3＃煤层产量下降时可视储层发育情况择时投产;③在排水采气初期,应建立合理的排采工作制度,避免储层渗透率的急剧下降。     

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。     

樊庄地区3#和15#煤层合层排采的可行性研究

煤层群发育的地区实施分层压裂、合层排采工艺技术是降低煤层气勘探开发成本、提高产气量的重要举措之一。准确掌握此项技术的适用条件是提高其成功率的重要保障。根据煤层气井垂直井产气特点,系统分析了樊庄区块3^#煤层和15^#煤层合层排采的主要影响因素;根据樊庄地区勘探开发资料,得出该区上下围岩性质、煤储层物性特征及水力压裂后渗透率;根据地下水动力学原理及勘探资料,绘制出该区3^#煤层和15^#煤层地下水流势图;根据煤层气井排采特点,结合达西定律,最终得出研究区3^#煤层和15^#煤层适合合层排采的区域。现场部分井的开发试验验证了理论分析的可靠性。      

煤层气井开发效率及排采制度的研究

分析我国煤层气井排水采气过程中井筒附近应力的变化，认为由于井筒液面下降太快，导致井筒附近渗透率降低，煤层气井无法获得长期持续的较高产量，从而使得开发效率低下。为此，从煤层气井排采工作制度方面探讨了我国低渗煤层气藏的增产问题，针对煤层低渗和压缩性大的特点，运用地下渗流力学理论，建立了煤层气井排水采气数学模型，给出了同时间条件下煤层气井排采制度的定量解，以数值模拟的方法优化了煤层气井排采的工作制度，得出逐级降压的工作制度能扩大气井压降漏斗的体积，使煤层气解析范围增大，从而增加了煤层气井的累积采气量。该数学模型及其定解为我国煤层气井在开发过程中井底压力如何降低以及降低幅度、速度控制在何种程度，给出了量的参数，为低渗煤层气井合理开采提供了一个新的途径。     

体积压裂技术在煤层气开采中的可行性研究

中国煤层气储量丰富,但由于煤储集层低饱和度、低渗透率、低压力等特点使煤层气井的开采效率极低。为了获得煤层气的高效产出,借鉴北美页岩气藏体积压裂改造工艺的成功经验,从天然裂缝发育程度、岩石成分和缝网构造机理3个方面提出了体积压裂的控制条件,对比了煤层气与页岩气的勘探技术和地质特征等,针对性地剖析了体积压裂技术在煤层气开发中的有效性与局限性。研究结果指出,体积压裂改造工艺技术可明显改善煤储集层的渗流环境,提高单井产量;其增产改造效果与煤储集层内天然裂缝、节理与层理等结构薄弱面的发育程度、岩石的脆性指数和水平主应力差值等密切相关;在压裂工艺允许的范围内,压裂改造体积越大,增产效果越显著。用MEYER软件数值模拟了山西临汾煤层气井组的一口井,结果表明,在煤储集层内实施体积压裂技术是可行的,这对今后煤层气的开采研究具有重要的指导意义与现实价值。     

华北地区煤储层渗透率的外在影响因素分析

通过对华北地区16个目标区60层次的试井渗透率的统计发现，在我国华北地区复杂的地质背景下，原地应力等外在因素对于煤储层渗透率的影响是很显著的。研究表明，煤层渗透率的决定因素是原地应力，煤层埋藏深度对渗透率的影响是第二位的。渗透率随地应力增大而减小；渗透率与埋藏深度之间的关系受原地应力的影响。只有区别不同应力环境，才能分析渗透率随深度变化的趋势。通过分析煤储层渗透率的外在影响因素，对于与预测煤层气的解吸特征，为下一步做好压裂设计，达到增产效果起到了积极的作用。     

低渗非达西煤层气井渗流数学模型建立与应用

低渗透煤层气藏中的气体渗流存在非达西效应,使用常规方法对其进行产量预测与计算时易出现误差。为有效解决该问题,在考虑启动压力梯度影响的条件下,建立了低渗煤层气藏气、水两相渗流数学模型。利用有限差分法进行了数值求解,编制煤层气直井开采数值模拟计算程序进行了产能预测,并分析了煤层参数对产量变化的影响。研究表明:①煤层气井生产时,存在气产量迅速升高、水产量迅速降低的阶段;②吸附时间越短,气产量越早到达高峰期,一定时间内产量也越高;启动压力梯度越大,高峰期后产量下降越快,最终产量也越小;③吸附气超饱和煤层气产量>饱和煤层气产量>欠饱和煤层气产量。     

辽河盆地东部凹陷深部煤层气成藏条件评价

辽河盆地是我国煤、油、气共生盆地之一，开展该盆地东部凹陷深部煤层气成藏条件评价，对于优选煤层气有利探区，实现该区煤层气与常规油气共采具有重要意义。从气源条件、储集条件和保存条件3个方面，分析了东部凹陷深部煤层气的成藏条件，并对其进行综合评价，结果表明东部凹陷具有煤层分布面积广、厚度大、变质程度低、含气量低、含气饱和度高、埋藏较深、煤层气地质储量丰富及保存条件良好等特点，认为该区煤层气成藏条件较好，能够实现与常规油气共采，具有很好的勘探开发前景。     

豫西石炭二叠系煤层气资源前景研究

以丰富的资料对豫西地区石炭-二叠系煤层的沉积特征、含气性和储集层的渗透性进行了系统的研究,认为该区具有煤层气生成的物质基础和赋存的地质条件。以影响煤层气资源勘探开发的地质因素为重点,详细论述了煤层含气性和储集层渗透性,认为导致煤层含气性变化较大的主要地质因素是煤的演化变质程度、上覆有效地层厚度和上覆盖层条件,煤储集层渗透性主要受煤体结构类型、割理发育性和滑动构造改造程度的控制。豫西地区石炭-二叠系煤层气资源勘探开发的关键地质因素不是煤层气资源的丰度和资源量,而是煤层的储集层条件。综合煤储集层渗透性特征及煤层气赋存地质条件,认为煤层气资源勘探开发前景有利区为平顶山、宝丰和临汝含煤区,较有利区为禹县南部、新安和陕渑含煤区,不利区为偃龙—荥巩、登封—新密和禹县北部含煤区。平顶山含煤区应作为煤层气勘探开发试验部署的首选区。图2表3参3(宁正伟摘)