沁水盆地煤岩储层特征及有利区预测

沁水盆地是世界上储量较大的高煤阶煤层气田之一，由于该区煤岩储层的研究仍相对薄弱，煤层气的商业性开发至今未取得实质性的突破。重点描述了该区煤岩储层的宏观煤岩类型、显微组分含量、割理发育特征、孔隙结构类型、物性特征、吸附与解吸性能等，分析了对煤层气井产能的主要影响因素。采用模糊物元分析方法，对沁水盆地煤层气高产富集区进行了预测，优选出阳泉-寿阳、长子-屯留、沁水北-安泽和阳城北4个最具潜力的高产有利区，为沁水盆地煤层气后续大规模的开发指明了方向。     

沁水盆地煤层气富集高产区定量评价

从煤层气成藏过程及其构造控制、沉积作用对储盖组合的影响、水文地质控制动态含气量、高产影响因素及控制机理5个方面,重点总结了沁水盆地煤层气富集高产地质理论新进展。研究认为：构造演化控制成藏过程、沉积及水文地质控制保存条件,进而影响煤层气富集;地层能量、渗透性及局部构造影响煤层气渗流,进而控制高产;富集与高产是煤层气勘探开发过程中的2个层次,高产分析是在富集区评价基础上开展的进一步评价。基于此,结合大量的生产实践数据分析,厘定富集、高产2个递进的评价目标、细化为4个层次共21个主控因素,采用层次分析、定量排序、模糊数学、数值模拟等方法,以沁水盆地为刻度区开展富集高产区评价,建立定量化评价指标体系,优选沁水盆地樊庄、潘庄、郑庄、马必,夏店,安泽,柿庄南7个富集有利区,以及在富集区内的潘庄、樊庄南、樊庄北、马必东,夏店南,郑庄南,安泽7个高产有利区。     

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。     

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。     

沁水盆地煤层气的水文地质控制作用

首次从沁水盆地水文地质条件出发，论述地下水来源、迳流状况，探讨石炭二叠系煤层及其主要含水层之间的水动力联系、水文地质作用对煤层含气性的影响；从构造及水动力学方面探讨煤系地层压力、煤储集层、含气饱和程度等特征及其变化原因；分析了盆地煤层气可采性的水文地质控制作用。在此基础上，预测盆地南部、寿阳地区南部为煤层气最有利勘探区，其次为盆地东部，盆地中、西部是颇具潜力的后备区。图３表２参２（梁大新摘     

沁水盆地樊庄区块煤层含气量影响因素分析

煤层含气量是煤层气勘探和开发中评价煤层气资源的重要参数,但它的计算精度一直是困扰测井界的难题。沁水盆地樊庄区块煤层厚度大,含气量高,但现有的测井解释模型的计算精度不高。为此,从煤岩的变质程度、煤层结构和工业组分、煤的孔隙大小和形态、温度和压力、煤层的含水性、煤层厚度、煤层顶底板的封堵性等7个方面分析了煤层含气量的影响因素,尽可能地将这些影响因素用测井资料加以量化,并对沁水盆地樊庄区块现有的测井解释模型进行了优化,明显提高了煤层含气量的计算精度。     

沁水盆地煤层含气后的 AVO 响应特征

近年来,沁水盆地煤层气勘探开发不断深入,煤层气富集规律是制约其勘探开发成效的关键因素之一,而 AVO 技术对煤层气富集规律的预测至关重要。 煤层的 AVO 响应特征是什么样的？ 煤层含气后的 AVO 响应特征又是什么样的？其与常规砂岩含气后的 AVO 响应特征是否一致？对此,在沁水盆地开展了不同岩性流体替换及其在不同含气饱和度下的 AVO 响应特征研究。 结果表明,煤层的 AVO 响应特征与煤层含气后的 AVO 响应特征不同,煤层为“暗点”反射特征,而煤层含气后为“相对亮点”反射特征。 该研究成果可为煤层气勘探开发提供技术支撑与服务。     

沁水盆地南部高煤阶煤层气富集高产控制因素

为有效支撑中国石油天然气股份有限公司煤层气业务的发展,持续开展了沁水盆地南部高煤阶煤层气富集及高产控制因素研究,总结了阶段成果和煤层气开发实践经验。结论认为：沁水盆地高煤阶煤层具有低压力、低渗透率、非均质性强的特征;煤层气开采难度大,其富集成藏主要受煤质、煤层埋深、顶底板封盖性、构造、水动力条件等的控制;地下水滞留区构造翼部是富集高产的有利区域;面积降压、合理井型是实现煤层气井高产的必要条件。该成果为规模高效开发该煤层气田打下了坚实基础。     

沁水盆地樊庄区块煤层气高产富集规律及开发实践

为弄清沁水盆地樊庄区块煤层气的高产富集规律,根据近5年来在该区的勘探开发实践,从烃源条件、储层条件和保存条件3个方面系统分析了煤层气的成藏条件与富集规律。结果表明：该区煤层气成藏条件决定了其富集特点,即整体含气性较好,局部贫瘠,呈现“富集成片、贫瘠成带、富中有贫”的含气量分布特点;由东向西,煤层气逐渐由贫瘠变为富集,这主要是受封盖条件和构造断裂活动控制的结果。根据产气压力与理论临界解吸压力拟合关系对煤层含气量进行了预测,预测结果与实测数据基本一致,证明前者是一种可靠、实用的新方法。针对煤层气富集程度和压裂效果的差异,引入了煤层气开发单元的概念来指导生产,后期生产的效果表明,煤层气井产量的高低与开发单元的划分吻合良好。     

煤层气地质选区评价方法研究

在以往研究的基础上,对煤层气地质选区评价方法进行了研究。结果表明,煤层气地质选区评价的实质是要寻找富集、高渗、高压的含煤区。在煤层气地质选区方法方面除了要考虑煤层的基本性质（如煤层厚度、埋深、变质程度、含气量）外,更重要的是要研究煤层气高产富集的主控地质因素,如构造运动、沉积史、生烃史及三者间的关系,煤层上覆地层连续沉积厚度、瓦斯风化带、水文条件等方面对煤层气保存条件的影响;还要考虑古、今应力场对煤层渗透率的影响。这样才能搞清煤层气高产富集条件,指导煤层气地质选区评价研究。以大城地区、开平向斜及沁水盆地为例分析了煤层气保存条件并预测了煤储层高渗区,预测结果与实际试验吻合程度较高。     

沁水盆地致密气成藏条件与勘探潜力研究

沁水盆地常规天然气和致密气资源潜力目前仍存在较大争议。为探索沁水盆地致密气勘探潜力,对沁水盆地中南部已钻煤层气参数井重新进行了测井解释,发现了多个致密气可疑层,并重点从烃源岩条件和储集条件对该盆地致密气成藏条件进行了分析,探讨了该盆地致密气勘探潜力。研究表明,沁水盆地具有较好的致密气成藏条件,晚石炭世-早二叠世沁水盆地整体处于海陆过渡相环境,发育了多套煤系烃源岩,具有广布式分布、大面积生烃的特征|上二叠统发育多套三角洲平原分流河道相和河流相砂岩储层,与分流间湾相和湖泊相泥岩形成较好的储盖组合。综合来看,沁水盆地具有较好的致密气烃源条件和储盖条件,可以形成下生上储型致密气藏,具有一定的勘探潜力,应引起重视。       

煤层气地面开发项目经济评价

地面钻井是煤层气开发的主要方式之一,其开发周期、投资和成本费用等与常规天然气开发不同,并影响其经济效益。为了给煤层气开发利用及投资决策提供科学依据,以沁水盆地某煤层气开发区块为例,依据其目前的各项参数,利用现金流量法进行了经济评价和影响因素敏感性分析。结果表明,影响项目盈利能力的主要因素有产量、投资、成本、产品销售价格和补贴。从敏感性分析可以看出,财务内部收益率对投资、气价和产量较为敏感,其次是成本、补贴。因此,为了提高煤层气开发项目的经济效益,需要进一步提高煤层气价格,更需要通过开发理论的创新和开发技术的进步来增加单井产量、降低投资和成本。此外,建议国家根据不同地区、不同企业的生产实际情况,给予生产企业诸如加大补贴力度等更多优惠政策。     

不同煤阶煤层气选区评价参数的研究与应用

目前,国外煤层气开发主要以中低煤阶为主,而我国则以中高煤阶为主;不同煤阶具有不同的煤层气地质特点与选区评价标准。为此,通过对国内外重点煤层气盆地的煤层气评价参数对比研究,提出了不同煤阶的煤层气选区评价参数,包括:煤层气资源规模及丰度、煤层厚度、煤层含气量、煤层气吸附饱和度、煤层原始渗透率、有效地应力、地解比、构造发育状况及水文地质条件。在此基础上,通过对重点煤层气区的类比分析,初步建立了我国煤层气选区评价标准,并优选出煤层气有利富集区16个:其中Ⅰ类最有利富集区6个,包括沁水盆地南部、阜新盆地刘家区块、鄂尔多斯盆地东部、宁武盆地南部、准噶尔盆地东南部、二连盆地霍林河地区;Ⅱ类有利富集区4个,包括沁水盆地北部、鄂尔多斯盆地乌审旗地区、黔西盘关地区、川南古蔺—叙永地区;Ⅲ类较有利富集区6个。     

无烟煤煤层气成藏与产气机理研究——以沁水盆地无烟煤为例

煤层气成藏和产气必须具备6个方面的必要条件:①生气母质;②储气空间;③吸附动力;④导流通道;⑤驱动能量;⑥煤体结构.当前的气藏潜力判定条件主要包括等温吸附性质、导流性质、含气性质和吸附与驱动能量,吸附常数、渗透率、含气量以及储层压力是4个重要的代表性参数.在以4项参数为表征时,常规无烟煤作为煤层气储层存在着很大的地质缺陷,因而无法成藏和产气.而沁水无烟煤则具备良好的沉积、构造和地热作用历史配置,用当前较为成熟的中阶煤产气理论来判定,由其4项参数所定性的气藏是典型的优质商业气藏.研究结果表明,地壳抬升造成的浅埋、莫霍面上拱造成的快速热变、区域拉张应力以及特殊的汇水构造是沁水无烟煤煤层气成藏和产气的根本原因.     

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。     

沁南潘河煤层气田区域地质特征与煤储层特征及其对产能的影响

沁水盆地南部（以下简称沁南）潘河煤层气田是中国最早具有良好经济效益的规模化商业开发的气田,分析其区域地质与煤储层特征,评价其煤层气可采性和生产潜力,可为选择气田井网形式、钻完井技术、增产改造技术,确定适宜的排采制度提供基础和依据。为此,充分利用该区200多口煤层气生产井资料、以往煤田地质勘探资料和煤层气参数井资料,精细描述了煤层气田区域地质和煤储层特征,分析了影响煤层气产能的地质、储层因素。结果表明：该区地质构造简单,次级褶皱构造发育;煤层发育稳定,厚度大（3^#煤层厚度为6.5 m左右）;煤变质程度高,属于无烟煤;含气性良好,含气量较高,但平面上变化较大,气体质量好,甲烷含量超过98%;含气饱和度高,介于95%~100%;渗透率相对较好,储层压力较高。总体上,地质和储层特征参数显示该区具有煤层气富集和高产的有利条件。根据PH1-009、TL-006、TL-007等煤层气参数井测试数据,以及潘庄一号井田的煤田勘探资料,建立了气田地质模型,以期指导今后的井网设计、工程技术选择,实现气田的高效开发。     

规模自动化技术在煤层气田开发中的应用——以沁水盆地南部樊庄区块为例

沁水盆地南部煤层气田具有复杂山地地貌、低压生产和低成本开发等特点,在生产中存在数据获取、设备控制和安全保障等一系列问题。为此,①通过自主研发井场无线采集技术,在国内煤层气生产中率先实现了全井场生产数据的无线采集、传输,实现了橇装施工和快速链接,解决了山区复杂地貌生产数据采集及传输的布线难题,减少了现场维护工作量;②打破煤层气田生产与监控管理站点间的地域界限,应用基于ArchestrA Framework 架构的网络化监控技术进行二次开发,通过模板化开发、网络化实施、多用户协作、集中化存储,实现了煤层气自动化系统“两级三地”的远程部署、分布式监控模式;③按照“缓慢、长期、持续、稳定”的抽排基本原则,建立起了煤层气智能排采控制模型,以排采过程中液面高度、液面下降速度、井底流压、套压等为主要控制参数,采用智能排采技术,实现了排采设备的生产参数自动调整,改变了煤层气井固定的生产制度,降低了对煤层的伤害。运用以上技术,建成了管理控制521口排采井、6座集气站和1座处理中心的自动化系统,达到了平稳运行、安全生产、降低劳动强度、提高生产管理水平、实现规模效益的目的。     

沁水盆地南部高煤阶煤层气井排采工艺研究与实践

中国石油华北油田公司在沁水盆地南部进行高煤阶煤层气开发5年来,已实现年外输气量4×10⁸ m³,排采工艺和技术取得了一定成效。但是,目前还存在对该区煤储层认识不深入,没有成熟的排采技术可以借鉴,井底流压与产气量、产水量的关系认识不清,缺乏专用排采工具等问题。为此,开展了气、水、煤粉多相流动态变化对煤储层的敏感性研究,揭示出了不同开发方式下的煤层气排采规律,并制订出相应的排采技术规范--“五段三压”法（排水段、憋压段、控压段、高产稳产段和衰竭段;井底流压、解吸压力、地层压力）;研发配套的排采工具,形成了拥有自主知识产权的平稳、高效、低成本的煤层气井排采技术系列--排采设备及工艺优化技术、内置防砂管技术和煤层气井智能控制技术;深化产气规律认识,建立了半定量科学排采工作制度,从而降低了对煤储层的伤害,提高了单井产气量。该工艺为沁水盆地南部煤层气田樊庄、郑庄区块15×10⁸ m³煤层气产能建设提供了技术支撑。     

沁水盆地南部高煤阶煤层气评价工作及其成效——以郑庄-樊庄区块为例

为指导煤层气的有效评价和高效开发,以中国第一个整装、高丰度、高煤阶大型煤层气田--山西沁水盆地南部煤层气田郑庄-樊庄区块为例,系统总结了该区煤层气田评价工作的重点、经验与成效。勘探开发实践中形成的“少数资料井钻探井组试采提交探明储量先导试验区规模开发”工作程序,各环节互相补充,实现了资源的有效评价和开发;通过对煤储层资源参数、地质参数、物性参数的评价和分类,形成了一套适合该地区的煤储层评价技术体系,并划分出3个Ⅰ类建产区、4个Ⅱ类建产区、4个Ⅲ类建产区;评价成果为煤层气合理开发、技术、政策的制订和开发部署方案的调整提供了重要依据;认识到埋深大于1 000 m的区域不是开采禁区,仍具有较好的产气能力,甚至可以实现高产。