基于聚类分析的多煤层煤层气产层组合选择

多煤层煤层气产层组合是后期多层合采的关键。以云南老厂雨旺区块煤层气开发井为例,选取多煤层的煤层厚度、埋深、储层压力梯度,渗透率和含气量5个关键参数,运用SPSS软件,采用Q型聚类,输出树状谱图,进行多层次产层组合分析。依据类间距远近,聚类结果可以分为大的4个层次,对应4个组合,级别越高,产层相似度越高,组合越好,一般3级组合或者4级组合是最优组合。分析发现聚类类别界面煤层大部分对应于区域煤系地层分段的关键界面煤层或者是区域盖层附近,其实质反映了地质作用的内在控制。采用Q型聚类对雨旺区块煤层气勘探开发井进行了产层组合划分,结果与其他方法划分的产层组合较为吻合,且对前期煤层气开发井聚类分析发现,多产层相似度越高,类间距越近,产气效果越好。综合说明聚类分析方法是一种间接有效的产层组合判别方法。     

有效应力对煤储层不同方向渗透率影响的差异性

为探究有效应力对煤储层不同方向渗透率的影响差异，以鄂尔多斯盆地东缘柳林矿区南部4号煤层为研究对象，运用脉冲衰减克式渗透率测试方法，分析了不同有效应力条件下顺层渗透率及垂层渗透率变化规律及两者之间的相互关系。研究表明：煤储层不同方向渗透率随有效应力的增加均呈现幂指数降低的趋势，当有效应力为10MPa时，顺层渗透率及垂层渗透率均处于渗透率变化临界点，而且两者随有效应力的增大呈现线性相关的降低趋势，顺层渗透率与垂层渗透率比值为4∶1。通过对顺层及垂层的储层应力敏感性差异性研究，发现顺层及垂层裂隙压缩系数随有效应力压差的增大而减小，渗透率应力敏感性随有效应力差的增大而增大，顺层裂隙压缩系数、应力敏感性均小于垂层方向。通过煤储层不同方向的裂隙应力敏感性、渗透率应力敏感性对比分析，认为有效应力对煤储层不同方向渗透率的控制主要是由有效应力对煤基质裂隙的压缩存在空间差异性所造成的。     

超临界条件下煤层甲烷视吸附量、真实吸附量的差异及其地质意义

煤层甲烷高压等温实验一般已属于超临界条件,由其吸附数据计算出的视吸附量不能反映真实吸附量,两者存在差异,因而由视吸附量建立的煤层气产能评价及含气性评价需要重新进行厘定。为深入研究这一差异性,基于前人成果并结合一般气体状态方程,给出了甲烷视吸附量和真实吸附量在不同压力点下的关系式,对具体等温吸附数据进行了计算。结果显示：真实吸附量和视吸附量差值随压力增大而增大,煤储层吸附性越强差值越大;同时,以视吸附量代替真实吸附量求取的临界解吸压力和实测饱和度均要大些。据此认为,依据视吸附量预测深部含气量会远远低估深部煤储层的含气性,超临界条件下,深部游离气含量数值可能要远远大于以往的认识。该结论对于重新认识煤储层真实吸附性及含气性具有重要意义。     

煤中超临界甲烷等温吸附模型研究

为了从数学模型上深入了解煤层气在煤中吸附的物理机理,利用参数具有物理意义的吸附模型,如Langmuir、Freundlich、Toth、Langmuir-Freundlich、扩展的Langmuir、BET、D-R、D-A模型,分别对3个不同煤级样品的空气干燥基和干燥无灰基甲烷等温吸附数据进行拟合,对BET模型、D-R模型、D-A模型中涉及的p0,采用虚拟饱和蒸气压的概念,用3种方法计算。通过对模型参数拟合值的分析,比较了空气干燥基和干燥无灰基煤的吸附特征,对微观吸附机理进行了解释。比较了各模型对单煤级和3个煤级作为整体的拟合效果,认为B-BET-1模型、B-BET-2模型对于3个煤级样品均没有物理意义,D-R-3模型和D-A-3模型不能用于描述长焰煤的吸附特性,T-BET-3模型异常高的最大吸附量所反映的吸附机理尚待研究。综合分析,认为T、L-F、E-L、B-BET-3、TBET-1和T-BET-2模型用于描述煤中甲烷超临界吸附较为理想。     

黔西比德-三塘盆地煤层群含气系统类型及其形成机理

黔西比德-三塘盆地上二叠统煤层群具有特殊的煤层气含气系统.基于实测资料分析,根据煤层群垂向层位含气量波动性强弱和含气量梯度大小作为划分研究区煤层群含气系统类型的指标,将研究区划分为3类煤层气系统.研究表明:中部区域波动性最为复杂,含气量梯度中等;东部区域波动性较简单,含气量梯度最大;西部区域含气量梯度最小,波动亦简单,3类系统总体上显示为随层位降低煤层含气量增加.控制含气量波动性变化的主要因素是含煤地层的层序结构,东、西区域灰岩和细砂岩发育,封闭性较弱,含气系统较为简单;中部地区泥质岩发育,封闭性好,存在多套含气系统.钻孔抽水资料佐证了中部地区存在多套含气系统,各系统内部视储层压力随埋深增加而增大,这是煤层群含气量总体随埋深增加而增大的间接控制因素.     

钻井液条件下煤芯煤层气解吸扩散行为及其影响

准确求取钻井液条件下煤芯煤层气逸散量,是确定煤层含气量的关键.基于钻井液条件下煤芯提取过程中煤层气解吸自动模拟实验结果,系统讨论了煤层气压力、提钻速度、煤芯粒度和钻井液密度对解吸扩散行为的影响.结果表明:煤层气压力是决定逸散量的主要内在因素,煤层气压力越大,解吸速率也越大,逸散量也越大;提钻速度是影响逸散量的外在因素,提钻速度越大,逸散量越小,对构造煤影响较小;煤芯中煤颗粒自然粒度影响逸散量,粒度小的逸散量多;提高钻井液密度在一定程度上可以减少逸散量.根据模拟实验数据,拟合得到煤层气压力和逸散量之间的统计关系式.煤芯煤层气扩散解吸是煤层气压力和钻井液柱压力不断寻求平衡的动态过程,因而具有独特的变压解吸行为.     

黔西比德-三塘盆地煤储层NMR T_2谱及气水相渗特征与控制因素

通过核磁共振(NMR)与气水两相相对渗透率实验,描述黔西比德-三塘盆地煤储层NMR T2谱与气水相渗特征,并结合压汞、最大镜质体反射率以及煤物质组成等基础测试,从煤级、显微组分、孔隙结构等角度分析主要控制因素,最后通过与沁水盆地高煤阶煤储层、美国中-低煤阶煤储层相关结论进行对比,揭示本区煤层气开发潜力.研究结果表明:本区煤储层以无烟煤为主,NMR T2谱呈双峰态分布,不可动峰明显而可动峰微弱,揭示束缚水饱和度高,有效孔隙度较低,两峰相互分离,截止值T2c为10ms,对应孔隙直径约为100nm,表明扩散孔(100nm)和渗流孔(100nm)之间连通性差.T2谱特征与压汞孔隙结构具有良好的匹配性,即微小孔发育、中大孔不发育,中孔比例极低,孔隙类型以半封闭孔为主,连通性较差,说明煤级控制之下的孔隙结构决定了T2谱的形态特征.气水相渗特征受控于孔隙结构、煤级、显微煤岩组分等因素,本区相渗条件总体优于沁水盆地南部,但相比于美国中-低阶煤储层,仍然表现出残余水饱和度高、残余水条件下气体相对渗透率低、气水两相流区间窄等特点,揭示本区煤层气开发面临着我国高煤阶煤储层普遍存在的解吸与渗流瓶颈问题.     

云南恩洪向斜西南区垂向流体能量特征及有序开发建议

储层流体能量是进行煤层气开发的主要动力,是煤层气获得高产的关键因素,查明煤系地层流体能量特征对煤层气有利区段优选具有重要意义。以恩洪西南区块为研究对象,基于抽水试验数据和煤田勘探资料,从视储层压力、水动力场和水化学场3个方面分析了研究区垂向流体能量层域特征,发现不同层段差异明显,含煤地层普遍属于欠压状态,中段压力系数平均为0.86,流体能量相对最高;上段水动力条件明显强于中、下段,与周围含水层水力联系较强,有利于实现排水降压;上段地下水封闭指数平均为11.96,水质类型主要为HCO-3—Ca2+型,封闭性较弱,水化学环境较开放;各层段含气量均较高且差异较小,不构成约束开发的限制条件。提取压力系数、单位涌水量、渗透系数、影响半径和地下水封闭指数5个水文地质评价指标,运用灰色关联分析法对不同含煤层段的开发潜力进行了初步评价,认为上段为较有利开发层段,推荐为优选层段,各含煤层段递进开发顺序为上段→中段→下段。     

多煤层条件下煤层气开发产层组合优化方法

以煤层气井产能方程为基础,提出主力产层优选指数、主力产层扩展指数、产能贡献指数3项指标,建立产层组合优化"三步法"。主力产层优选,以耦合煤层厚度、煤层含气量、煤层渗透率、煤层储集层压力及煤体结构为主,评价产层潜能;主力产层扩展组合,在确保主力产层的充分缓慢解吸,且不暴露在液面之上前提下,以耦合临界解吸压力、层间距和储集层压力梯度差为主,综合评价主力、非主力产层间的相互干扰程度;产层组合优化,主要考虑组合产层的经济性,主力产层产能贡献指数大于30%,其他产层贡献指数大于10%,才能确保煤层气井投产后具有经济效益。经贵州松河开发试验井的开发效果对比分析,证实了产层组合优化"三步法"的科学性与实用性,可用于煤层气的多层合采方案设计。图8表2参22     

贵州西部地区煤层气井产出气地球化学特征

基于贵州西部17口煤层气井不同排采时间的产出气,通过对气体组分、甲烷碳氢同位素测试以及产能数据的收集,结合研究区水动力条件以及地质特征,研究了该区域煤层气地球化学特征、地质控制因素及与煤层气产能的关系。结果显示:研究区煤层气组分以甲烷为主,属于干气~特别干的气体,甲烷组分体积分数介于91.504%~99.508%,其次为N2和CO2,不同地方煤层气井重烃含量变化大。甲烷稳定碳同位素δ13C1值介于-44.1‰^-27.8‰,δD值介于-196.5‰^-120.8‰,属于热成因气,松河GP井组和大河边Z-1井接近于原生煤层气的特征,研究区东北部织金ZJ井组及其余各井明显受到运移-扩散次生作用的影响。贵州西部煤层气井产出气的甲烷碳氢同位素值呈现东北高西南低的分布趋势,煤变质程度对产出气的地球化学特征具有主要的控制作用,其中甲烷氢同位素值的分布亦受到沉积环境的变化控制。在同一煤层气井组内部,甲烷的碳氢同位素值大小受井组内水动力条件的变化以及开发煤层埋深的影响较大。甲烷碳氢同位素值与日产气量呈现负相关关系,其本质在于甲烷的碳氢同位素受控于埋深及埋深主导的水动力条件的变化,而埋深的差异性很好的控制了产气能力。煤层气井产出气随着排采时间的变化,煤层气气体组分和甲烷碳氢同位素值呈现一定规律的变化,其中碳氢同位素值随着排采时间变化总体有波动性增大变重趋势,这与组分分馏和同位素分馏有关。