沁水盆地中高煤阶煤储层覆压孔渗试验研究

为了研究中、高煤阶煤储层在覆压条件下孔隙度、渗透率及应力敏感性的差异变化特征,从山西沁水盆地采集4块中煤阶样品和4块高煤阶样品,开展了覆压孔渗试验对比研究,探讨了中煤阶煤和高煤阶煤的应力敏感性的差异,研究了应力敏感性随煤阶改变的变化规律。研究结果表明:煤的孔隙度随镜质组最大反射率R_(o,max)的增大呈现先增大后减小的趋势,而渗透率则与镜质组最大反射率之间无明显关系;中、高煤阶煤覆压下的孔隙度和渗透率均随有效应力增加呈现指数式减小;高煤阶煤平均孔隙压缩系数、应力敏感性系数分别是中煤阶煤的1.61倍和1.26倍,高煤阶煤的孔隙度和渗透率损害率分别是中煤阶煤的1.42倍和1.1倍,中、高煤阶煤的无因次渗透率曲率随有效应力的增加而降低,当有效应力为12 MPa时,高煤阶煤的平均渗透率曲率是中煤阶煤的1.33倍。随R_(o,max)的增大,煤的应力敏感性呈现增强的趋势,即高煤阶煤的应力敏感性高于中煤阶煤。因此,在不同煤阶煤储层排采过程中,针对不同煤阶煤储层所采用的生产压差应当有所差异。与中煤阶煤储层相比,高煤阶煤储层随有效应力增加孔隙度、渗透率损害率高,渗透率曲率降低幅度大,因此针对高煤阶煤储层排采过程中所采用的生产压差应低于中煤阶煤储层,才能获得较高的煤层气产出量。     

中高煤阶煤层煤体结构识别测井法适用性评价研究

煤体结构对煤储层渗透率有重要影响,渗透率是煤层气勘探开发中的一个核心参数,而测井方法在大量煤层气区块煤体结构识别中得到应用,但尚处于探索阶段。分析研究了前人在不同煤层气区块煤体结构识别中使用的测井参数组合和针对不同煤体结构的测井参数数值,将这些区块按煤岩的镜质组最大反射率平均Ro,max划分为中煤阶区块(0.65%Ro,max1.90%)和高煤阶区块(Ro,max1.90%),基于对前人成果中各测井方法使用情况的统计和对成果中测井参数与煤体结构相关性的分析,探讨不同测井方法在中煤阶煤层和高煤阶煤层的适用性。结果表明:井径测井在中煤阶煤层和高煤阶煤层均适用,自然伽马测井在此2类煤层中均具有参考作用,电阻率测井、声波时差测井和密度测井在此2类煤层中的应用效果差别较大,补偿中子测井在2类煤阶煤层均不适用;因中煤阶煤岩与高煤阶煤岩力学强度差异造成其对外力的变形差异和不同测井参数的敏感性差异,导致不同测井方法对不同煤阶煤层的适用性存在差异。在中煤阶煤层煤体结构识别中,建议以井径测井和电阻率测井作为主要识别方法,以声波时差测井和自然伽马测井作为次要识别方法;在高煤阶煤层煤体结构识别中,建议以井径测井、自然伽马测井和密度测井作为主要识别方法。     

煤的工业分析参数对多煤阶煤岩吸附性能的影响研究

为探究煤的工业分析参数对多煤阶煤岩吸附性能影响,选取252组不同煤阶煤岩样品,开展工业分析和等温吸附实验。结果表明:高煤阶煤岩兰氏常数对工业分析参数敏感程度大于中煤阶,低煤阶敏感性最低。高煤阶煤岩兰氏常数随着挥发分产率增加而减小,随着水分增加而增加,兰氏体积随着固定碳增加而增加;中煤阶煤岩兰氏体积随着水分增加而减小,随着固定碳增加而增加,兰氏压力随着水分和挥发分产率增加而增加。该研究结果可以为多区域预测煤层气含量、评价煤储层等提供重要数据支持。     

不同煤阶煤孔隙分布特征及其对煤层气开发的影响

为了查明高、低煤阶煤储层孔隙分布差异性对煤层气富集与渗透运移的影响,根据高、低煤阶煤岩样品的压汞、平衡水等温吸附试验结果,分析了高、低煤阶煤孔隙发育特征,对比了高、低煤阶煤孔隙体积分形差异.结果表明:高煤阶煤孔隙度低、渗流孔含量小、“墨水瓶”型的半封闭孔发育导致孔隙连通性降低、渗流能力差;微孔含量高、水分含量低、吸附能力强,有利于煤层气富集.低煤阶煤孔隙度大,大、中、过渡孔比孔容均较大,孔隙连通性好,渗流能力强;比表面积小、水分含量高,致使吸附能力低下.高煤阶储层煤层气开发应提高渗透性而低煤阶煤层气开发则应首选优势富气区.     

有效应力对煤层气储层各向异性的影响

为研究煤层气开发过程中有效应力增加对煤储层孔渗各向异性的影响,采用不同方向的煤岩样品对沁水盆地南部煤层气储层各向异性进行了评价。结果表明,煤层气储层孔隙度和孔隙结构具有明显各向异性特征:面割理方向核磁共振曲线为双峰型,以大孔、割理为主;端割理方向为宽底单峰型,以中孔为主;垂直煤层理方向为单峰型,中、小孔发育。有效应力加载至10 MPa后,3个方向核磁共振信号强度均降低,表明煤样部分孔隙被压缩、割理闭合。煤层气储层渗透率具有明显各向异性特征:面割理方向渗透率达到垂直层理方向的9倍以上;随有效应力增加,储层各向异性程度降低,但面割理方向与垂直层理方向渗透率异质程度最强。煤层气储层应力敏感性具有明显各向异性特征:面割理方向应力敏感性最强,应力敏感性系数和渗透率损害率均最大;垂直煤层理方向应力敏感性最弱,应力敏感性系数和渗透率损害率均最低。有效应力卸载后,不同方向煤岩渗透率恢复率不同,面割理方向最高,达到55.3%,垂直煤层面方向恢复率最低,为40.2%。     

煤岩显微组成对甲烷吸附能力的影响研究

为分析煤岩显微组分对甲烷吸附作用的影响,对我国柴达木、鄂尔多斯和沁水等盆地的11个煤田49个煤样的煤质、煤岩显微组分和甲烷等温吸附关系进行了系统试验。结果表明：低、中煤阶煤的甲烷吸附能力随镜质组含量的增加而增加,而高煤阶煤的吸附能力则随之增加而降低。惰质组含量对煤吸附甲烷能力的影响较大,高煤阶煤的甲烷吸附能力随惰质组含量的增加而增加,而低、中煤阶煤的甲烷吸附能力则随之增加呈先增加后降低的趋势。低、中煤阶煤中的丝质体含量越低、半丝质体含量越高,煤的吸附能力越强。低煤阶煤吸附甲烷的能力与壳质组呈负相关关系。     

煤层气井割理煤岩井壁稳定性影响因素分析

针对煤储层强度低、割理又发育、钻井过程中井壁失稳严重的现象,采用现场取样统计分析、扫描电镜等试验方法,研究了该区煤岩宏微观结构及力学强度参数、变形破坏特征,并利用通用离散元数值模拟软件在充分反映煤岩割理结构基础上分析煤层气井井壁稳定性的影响因素。研究结果表明:该区煤岩割理发育,面割理和端割理近似垂直且多以网状和树枝状分布;煤岩力学参数离散性强,在单轴和三轴条件下煤岩应力应变曲线类似,都经历压密、弹性、屈服、脆性破坏4个阶段;在不考虑渗流作用时,井周最大剪切应力和剪切位移随井底压力变化规律一致,都呈先减小后增大趋势。井径越大,井周发生剪切位移越大,越容易失稳;井径一定时,割理密度越大,煤层井周块体越容易发生剪切滑落,井眼越不稳定,实现煤层气井安全、高效钻井。     

低煤阶煤层气藏水文地质条件的物理模拟

采集低煤阶煤岩样品，利用煤层气成藏模拟装置模拟了低煤阶煤层气藏的水文地质条件，探讨了动力条件及地下水化学特征对煤层气保存、富集及成藏的影响.结果表明：强烈的水动力交替作用使煤层气藏中的甲烷碳同位素变轻，甲烷含量降低，N₂和CO₂含量增大，这对煤层气成藏不利；低煤阶褐煤倾向于低矿化度，有利于生物气的生成和低煤阶煤层气的富集成藏.     

贵州盘县某矿区孔裂隙发育及煤变质程度对煤储层渗透性影响初探

基于煤储层渗透性是煤层气资源开发成败的关键因素,结合贵州盘县某矿区的煤层裂隙发育程度,从研究区的部分煤层孔隙率、多组煤样的液氮吸附和压汞实验、煤样矩形网状裂隙发育形态、孔隙发育状况及煤岩裂隙形态等方面剖析了孔裂隙发育程度对研究区煤储层渗透性的影响。煤变质程度对贵州矿区煤储层渗透性影响研究表明:渗透率和孔隙度总体趋势随着镜质组最大反射率逐渐升高,有先减小后增大的明显趋势;煤阶较低煤层的煤岩孔隙度大,渗透率较高;随着埋深的逐渐增加,煤变质程度逐渐加大,其渗透率随之降低;但镜质组最大反射率大于2.5%时,煤层孔隙度和渗透率也随之变大。     

沁水盆地煤储层渗透性影响因素研究

渗透率是评价煤储层渗透性的重要参数，通过对沁水盆地煤储层渗透性影响因素的研究，认为渗透率取决于煤层裂隙特别是煤层割理的发育情况，同时煤级控制了煤层割理的发育，后期方解石等地下流体的充填作用对煤储层割理渗透性产生严重的负面影响，而煤岩成分、煤相、矿物质等因素对割理渗透性的作用有限；有效应力、煤层埋深与渗透率呈负指数关系；随着煤层气的开采煤基质的收缩作用增大了煤层渗透性。     

高、低煤阶煤中宏观煤岩组分孔隙特征研究

为了研究高、低煤阶煤中不同宏观煤岩组分孔隙结构特征,在煤层气勘探开发有利区采取了低阶煤和高阶煤两种不同变质阶段煤岩样品,人工对煤岩中镜煤和暗煤进行了分离,采用氦孔隙度、液氮吸附、扫描电镜实验分别对两种煤类宏观煤岩组分孔隙结构特征进行了测试。研究结果表明高阶煤氦孔隙度高于低阶煤,镜煤的氦孔隙度要高于暗煤。高阶煤各煤岩组分的比表面积明显大于低阶煤,暗煤的比表面积明显大于镜煤。高变质煤宏观煤岩组分较低变质煤微孔隙发育,同种变质程度煤暗煤组分微孔隙较镜煤组分发育。煤的孔隙度、孔隙结构及孔隙形态受控于煤化作用。     

低煤阶厚煤层水平井方位及选层——以吉尔嘎朗图地区为例

为解决低煤阶厚煤层水平井钻井方位及层位优选难题,基于低阶煤应力敏感性机理和多斜交裂缝水平井产气模型,定量研究了水平应力差、裂缝对水平井方位的影响。通过弱面理论、断裂力学建立起煤层气井井壁稳定计算模型,提出针对厚煤层的测(录)井-脆性指数综合选层方法。研究表明:① 沁南煤岩压缩系数为0.038~0.077,鄂东煤岩压缩系数为0.025~0.074;低阶煤比高阶煤的压缩系数大,含水湿样比干样的压缩系数大;升压时的煤岩压缩系数比降压时大,裂缝样压缩系数降幅大于自然样;② 水平应力差会导致渗透率各向异性,压缩系数和水平应力差是影响水平井方位的两个最重要因素,低煤阶水平应力差大于8 MPa或高煤阶水平应力差大于14 MPa后,最优方位近似平行于最小水平主应力方向。裂缝与井眼夹角大于60°后产气最优,缝宽大于3 mm后产气量对缝宽的敏感度明显降低;③ 面割理倾角小于25°时,沿面割理倾向的安全钻井液密度窗口最大,沿面割理走向的安全钻井液密度窗口最小;倾角大于25°后,沿面割理倾向的安全钻井液密度窗口仍最大,走向与倾向之间的安全钻井液密度窗口最小;④ 吉尔嘎朗图地区水平井优选方位为NE90°~114°,JM-X井生产实践表明该选层方法能有效指导厚煤层选层。     

沁水盆地高煤阶煤吸附时间主要影响因素分析

为了达到更好的评价煤储层开发潜力的目的,对直接关系到煤储层流体可动性的煤层吸附时间进行了研究,通过对沁水盆地寿阳和柿庄区块3、15号煤层的煤岩进行测试,分析了高煤阶煤吸附时间的特征,讨论了镜质体最大反射率(Rmax)、煤质和气体组分等因素对吸附时间的影响。研究表明:煤阶,即Rmax是影响煤层吸附时间的主要因素,镜质组/惰质组比值、气体组分φ(CO_2)/φ(CH_4)和φ(CH_4)/φ(N_2)为次要因素,单一的显微组分(镜质组、惰质组)和灰分对吸附时间的影响不大。对高煤阶煤岩而言,当Rmax2.9%时,吸附时间随Rmax的增大而增大;当Rmax2.9%时,吸附时间随Rmax的增大而减小,主要是由于随煤岩演化程度增高,煤岩平衡水含量与比表面积综合作用引起煤岩孔隙度、微孔隙结构及比表面积下降,导致煤岩吸附能力下降。此外,受各显微组分吸附能力差异、各类气体吸附特点差异及煤层中气体浓度差等因素的影响,镜质组/惰质组、φ(CO_2)/φ(CH_4)和φ(CH_4)/φ(N_2)均与吸附时间表现为负向包络关系。     

中高煤阶煤岩弹性模量及其影响因素试验研究

煤层气勘探开发中煤岩弹性模量是重要的力学参数之一,针对取自沁南和鄂尔多斯盆地东南部的25个中高阶煤岩心,开展了变围压条件下煤岩应力-应变关系测试。根据应变曲线直线段计算出不同围压下的煤岩弹性模量,并对影响弹性模量因素进行了分析。结果表明:煤岩弹性模量具有较强的非均质性,受孔-裂隙、煤岩煤质、围压以及流体介质等因素的综合影响。煤岩孔-裂隙等固有缺陷越发育,弹性模量越低;煤岩镜质组、微镜煤和固定碳含量的增加使弹性模量降低,煤岩惰质组、微惰煤和灰分的增加则相反;煤岩孔-裂隙受围压作用而压密闭合,致使弹性模量增加;水介质的吸附作用和体积力反作用,削弱了煤岩抵抗变形的能力,导致弹性模量降低。综合考虑以上因素,可准确预测地层条件下的煤岩弹性模量分布。     

煤储层微小孔孔隙结构的低场核磁共振研究

基于系列中高煤阶煤样的低温液氮吸附实验和低场核磁共振实验,系统分析了样品的吸附脱附曲线特征及孔径分布特征,通过对比分析获得了测试样品的核磁共振表面弛豫率,获得了核磁共振T2弛豫时间与煤的微小孔孔径分布之间的转换系数C。结果表明：对于研究煤样,高煤阶煤的吸附脱附曲线有明显拐点,中煤阶煤的吸附脱附曲线拐点不明显;高煤阶煤的表面弛豫率约为0.54×10-8 m/ms,而中煤阶煤集中在1.18×10-8 m/ms左右;进一步求得高煤阶煤的C值为1.62×10-8 m/ms,中煤阶煤的C值为3.54×10-8 m/ms;利用求得的C值计算得到基于核磁法的微小孔的赝孔径分布,发现赝孔径分布与采用BJH获得的孔径分布在形态和变化趋势上都具有高度一致性。     

柳林地区构造裂隙及煤层割理的研究

在柳林地区石炭二叠糸构造裂隙和煤层割理的研究中发现，它们在岩层和煤层中的展布方向及发育程度，有明显的规律性。构造裂隙的密度大小与岩性和构造部位有关，煤层割理的密度大小和组合形式受煤级、煤岩成份、类型和成煤环境等因素控制。割理缝隙的宽度和勾通范围与构造裂隙的发育程度和后期构造作用的改造关系密切。本文总结了它们的发育特点及分布规律；分析了煤储层渗透性的高低与煤岩类型、割理密度的关系。     

高煤阶煤层气富集机理的深化研究

高煤阶煤层气资源相对丰富是中国煤层气资源的重要禀赋之一,实现高煤阶煤层气大规模商业化开发突破是中国煤层气产业的世界贡献.以沁水盆地为代表的高煤阶煤层气生产基地是目前中国煤层气产量的主体来源,基于沁水盆地等高煤阶煤层气勘探开发工程实践数据和大量研究工作积累,开展了高煤阶煤层气富集机理的系统深化研究.研究工作表明:区域岩浆...     

浅议我国低煤阶地区的煤层气勘探思路

通过对高煤阶沁水盆地和低煤阶准噶尔、吐哈等盆地水文地质条件的分析发现，把这种勘探思路（地层水矿化度高值区是煤层气勘探最有价值的区域之一）运用到低煤阶的煤层气勘探中却很难，因为低煤阶一般经历了较浅的埋藏深度，煤层热演化程度较低，其生气量较小，煤层气富集成藏的关键在于其生气条件.本文认为：水文地质条件在高低煤阶煤层气富集成藏中所起的作用是不同的，低煤阶勘探中对水文地质作用的认识要从另外一个角度来审视，较为活跃的水动力条件是有利的，活跃的、低矿化度的地层水有利于二次生物气的生成.     

二连盆地吉尔嘎朗图凹陷煤储层物性及煤层气资源有利区评价

以吉尔嘎朗图凹陷地区煤层气探井岩心和实验资料等为依据,探讨了吉尔嘎朗图凹陷地质构造演化特征,全面分析了凹陷煤岩与煤质、煤岩组成、煤层厚度、含气量及孔隙度等物性条件,确定凹陷在垂向上和横向上的有利区块。研究表明:在垂向上,认为吉尔嘎朗图凹陷赛汉塔拉组Ⅲ号煤、Ⅳ号煤和Ⅴ号煤是主要的含煤地层,煤岩含气性好,煤层累计厚度大,煤层物性总体上较好,富集条件好;在平面上,确定吉尔嘎朗图凹陷赛汉塔拉组Ⅲ号煤、Ⅳ号煤和Ⅴ号煤层的有利区块,有助于推进我国二连盆地低煤阶煤层气资源的勘探进程。     

鄂尔多斯盆地不同割理方向煤岩应力敏感性研究

煤层气开发过程中煤岩应力敏感性对渗透率产生影响,而渗透率的变化直接决定着煤层气资源商业开采的成败。试验测定了鄂尔多斯盆地老坑口矿井煤岩在平行面割理、垂直面割理及垂直层理面3个不同方向的渗透率随有效应力变化情况,对比分析了增压过程和降压过程中不同割理方向煤岩应力敏感性差异。结果表明:不同割理方向煤岩应力敏感强烈阶段有所不同,平行面割理方向应力敏感强烈阶段集中在有效应力小于8 MPa,垂直面割理及垂直层理面则分别在6和4 MPa附近;鉴于煤层气井排采中储层应力敏感效应的影响,提出动液面在接近煤层中深200 m后,谨慎降液排采,同时建议实施减小渗透率降低幅度和时间的排采;基于平行面割理方向煤岩渗透率更有优势,因此,井网长轴平行面割理方向是井网部署合理方向。