临兴区块煤储层含气量预测

研究表明:多元回归和复合指数回归预测含气量误差较大,尤其针对低含气量煤层;KIM方程预测结果为饱和状态下含气量,预测效果同样较差;BP神经网络基于非线性方法进行预测,预测效果最佳。总体而言,由于含气量与各测井参数存在复杂的非线性关系,现代数学方法必将成为煤储层含气量预测的主要方法。     

鄂尔多斯盆地东缘临兴区块深部关键煤储层参数识别

深部条件下煤储层关键参数的识别是煤层气开发评价的基础。基于鄂尔多斯东缘临兴区块深部煤层气勘探和测试研究结果显示:朗格缪尔体积随镜质组反射率的增大先增加后减小,朗格缪尔压力与镜质组反射率呈"U"型变化,两者均在2.5%Ro,max左右出现转折。采用非线性分析方法,基于实测含气饱和度与煤层埋深的关系,建立了含校正系数的深部煤层含气量计算模型。山西组4+5号煤层预测含气量6.7~22.1 m3/t;本溪组8+9号煤层含气量在12~20 m3/t,在平面上总体均呈东低西高展布。4+5号煤预测临界解吸压力介于1.03~9.40 MPa,临储比介于0.11~0.63,平均为0.33;8+9号煤预测临界解吸压力介于1.27~10.47 MPa,临储比介于0.12~0.64,平均0.334。在平面上,4+5号煤临界解吸压力与临储比均呈西高东低、西北部最高展布,而8+9号煤总体呈北高南低展布。     

鄂尔多斯盆地东缘临兴地区煤系气富集的构造-热作用控制

鄂尔多斯盆地东缘的临兴地区是我国煤系三气勘探开发的重点地区之一,从构造-热作用控制的角度,探讨临兴地区煤系气共生富集规律及其控制因素。受紫金山岩体侵入影响,区域单斜构造格局分划为中央隆起带、环形褶皱带和单斜构造带3个次级构造单元,各次级构造单元构造变形特征差异,决定了煤系气共生组合类型和煤系气富集规律。煤系地温梯度和储层压力梯度由中央隆起带向外逐渐降低,导致煤层气、页岩气等吸附气含气量依次降低,致密砂岩气则呈现出相反趋势。地下水矿化度分布特征表明环形褶皱带内水动力条件最弱,有利于吸附气保存。根据不同次级构造单元内煤系气富集主控因素特征,提出与中央隆起带、环形褶皱带、单斜构造带相对应的"岩浆侵入型→向斜与水力封堵型→缓倾单斜与岩性封堵型"的煤系气富集成藏模式。     

叠置含气系统共采兼容性——煤系“三气”及深部煤层气开采中的共性地质问题

以煤层气、致密砂岩气和页岩气共生为特征的煤系"三气"是一类重要的非常规天然气资源,但我国目前尚未实现规模性共采。煤系"三气"地质条件客观存在的六大基本特点,一方面提供了优越的气源及其保存条件,另一方面造成多套流体压力系统叠置共生,共采兼容性问题突出,常规措施难以解决这一技术难题。控制叠置含气系统共采兼容性的核心地质条件在于2个方面:一是流体能量差异影响到含气系统之间的兼容性;二是不同储层力学性质和孔渗条件差异影响到系统内部共采兼容性。研究认为,层序地层格架、流体能量系统和岩石力学性质是影响叠置含气系统兼容性的3个关键地质要素;实现煤系"三气"共探与共采的基础是对相关地质问题的深刻理解,对共生特性及其共采地质动态的深入阐释则是贯穿煤系"三气"共采工艺优化和技术创新的主线。煤系"三气"共采工艺技术优化和创新的途径,需要以充分释放产能为目标,以叠置含气系统共采兼容性为约束条件。为此,叠置含气系统共采兼容性未来探索方向,集中在关键层高分辨识别、地层流体及能量高分辨识别、共采兼容性定量表征、开发地质单元与开发方式4个方面。     

临兴深部煤层气含气性及开发地质模式分析

鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带临兴中部地区煤层埋深大于1 000 m,达到了深部煤层气的研究范畴。基于实际生产资料,探讨区内深部煤层含气性,提炼了深煤层开发地质模式。研究认为:以含气量转折为深煤层临界深度的划分依据,则工区内深部煤层的临界深度在2 000 m左右;且深部中煤阶储层的吸附性对温度的敏感性要小于压力,中煤阶煤层的临界深度相对深于高煤阶;深部煤层气仍以吸附气为主,现有的等温吸附测试方法易造成深部煤层气含游离气比例换算较大的误区;深部煤层受温度影响,煤层临储比较高,受应力影响,储层物性较差,气井总体具有"见气快、排水降压难、产气量上升缓慢"的特点;研究区深部煤层气潜力巨大,现有气井经验显示,合理优化开发单元为深煤层单井突破的关键,A型"源-储"相通的富集开发地质模式是深煤层突破重点考虑的开发模式。     

基于等温吸附的临兴地区8 9号煤层含气量预测

煤储层含气量是煤层气勘探开发的重要地质参数,如何准确预测煤储层含气量是煤层气地质研究的关键问题。以临兴地区8 9号煤层为研究对象,基于煤岩等温吸附试验测试数据,分析了兰氏参数与温度、镜质体反射率之间的关系,探讨了含气饱和度与温度、埋深之间的相关关系,基于等温吸附理论建立了临兴地区8 9号煤层含气量预测模型,并对模型进行误差分析。结果表明：兰氏参数与镜质体反射率(Ro<2.5%时)呈指数相关关系,与温度呈线性相关,含气饱和度与埋深、温度具有较好的线性关系;建立的含气量预测模型具有一定的可靠性。     

临兴区块煤系地层多层合压可行性研究

针对煤系地层多层合压时煤与砂岩、页岩的差异较大,裂缝扩展针对煤系地层复杂,裂缝形态变化不可预知等问题,通过室内实验测量煤层顶底板地应力,建立多层有限元反演模型,进行煤层地应力反演计算,对不同类型地层合压的可行性进行分析。结果表明：反演计算结果误差小于5%,可信度较高;多层合压穿层条件为：裂缝为垂直缝、破裂压力相差小于5MPa、合压层相差小于18～20m;多储层合压时,上部储层条件较好,尽量避免压开下部煤层;下部煤层起裂时,支撑剂主要支撑下部煤层,对于上部地层而言,支撑效果相对差;煤层在上部,砂岩气层在下部,从煤层起裂可利用应力遮挡作用,增加在煤层中缝长。     

鄂尔多斯盆地临兴区块测井含气量解释方法

煤层含气量不仅是煤层气储层综合评价的一个重要参数,同时,准确预测煤层含气量也是预防瓦斯爆炸事故的重要手段,因此准确确定煤层含气量是至关重要的。针对这一问题,以鄂尔多斯盆地东缘临兴区块为研究对象,结合前人研究成果,同时引入了基于决策树模型的集成算法模型,依据研究区实测数据,分别建立了煤层含气量的SVM模型、神经网络模型、随机森林模型、梯度提升树模型4种预测模型,分析并对比了各模型的性能。结果表明,基于决策树模型的集成算法模型预测效果更好,稳定更强,在样本量较少、维度较低的样本集上比SVM模型和ANN模型更有优势。     

鄂尔多斯盆地东缘临兴地区煤系气共生成藏特征

随开采技术的不断进步,煤系气共采成为可能,而煤系气共采的前提便是煤系气的共生,所以探讨煤系气共生的问题对共采具有重要意义。通过对鄂尔多斯盆地东缘临兴地区煤系气生储盖特征研究的基础之上,结合岩芯观察及野外地质考察,总结了煤系气的共生组合模式,综合沉积、构造和成岩作用,初步探讨了煤系气共生的成因机制。结果显示:本溪组8+9号和山西组4+5号煤层为主要的烃源岩,暗色泥岩也具有一定的生烃能力;砂岩类型以岩屑砂岩为主,孔隙度平均值6.2%,渗透率平均值0.14×10~(-15)m~2,属于致密砂岩范畴;致密砂岩层、泥页岩层和煤层可以互为盖层;致密砂岩、泥页岩和煤层两两之间的组合模式具有14种,煤系气的共生组合模式具有4种。其中的两种或多种组合,构成了致密砂岩气、页岩气和煤层气的混合共生;沉积作用对煤系气共生的形成具有决定性作用,成岩作用对煤系气的共生具有改造作用。     

不同层间压差条件下叠置含气系统的定产合采试验研究

为了研究滇东-黔西地区的多层叠置含气系统煤层气合采的产气特征,以4层合采方式为研究背景,利用大型多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统展开3组不同层间压差条件下的定产煤层气合采物理模拟试验,研究了4个煤层在煤层气合采过程中的储层压力、瞬时产量、产能贡献率等参数动态演化规律。研究结果表明:在合采过程中,1号煤层的储层压力在11.5 min上升至1.1 MPa,出现明显的压力上升,这是由于煤层之间的储层压力差过大会形成层间干扰现象,使低气压煤层的储层压力上升,但该现象主要发生在合采初期,并随着合采时间的延长而减弱;在11.25 L/min的定产生产条件下,1-4号煤层的初始瞬时产量分别为-23.4、-1.6、9.3、18.3 L/min,因此当单层产气能力高于定产值时,高气压煤层的部分产气量通过井筒汇入低气压煤层,形成倒灌现象,且层间压差越大,倒灌的气量越大;在0.2、0.3和0.5 MPa的3种层间压差条件下,1号煤层在第10 min的产气贡献率分别为-3.2%、-10.4%、-16.9%,所以在合采初期,层间压差越大,对低气压煤层的产气的抑制作用越大;在稳产期内,不同储层压力的煤层产气呈现为一种"动态平衡"的产气特征,即当相对高气压煤层的产气能力不足时,相对低气压煤层的产气能力开始增加,从而维持稳定产气。     

煤层甲烷碳同位素与含气性关系

煤层气甲烷碳同位素值是反映煤层气成因及赋存条件的有效参数。通过对沁水盆地沁南东区块煤层甲烷碳同位素和煤储层含气性测试资料分析,剖析了3号煤层甲烷碳同位素分布特征,建立了煤层甲烷碳同位素与镜质组反射率、煤层埋藏深度和煤储层含气性之间的相关关系和模型,揭示了煤层甲烷碳同位素分布的控制机理。研究结果表明:本区3号煤层自然解吸气甲烷碳同位素为-28.89‰~-53.27‰,平均-36.48‰。与全国其他地区同等演化程度的煤层气相比总体偏重,表现出煤层具有较好的保存条件;3号煤层甲烷碳同位素与镜质组反射率和煤层埋藏深度之间呈对数函数关系,且随着镜质组反射率和煤层埋藏深度增加而变重,与全国煤层甲烷碳同位素统计规律一致,主要受控于煤层气形成的热动力学机制之下的同位素分异效应和煤层气解吸—扩散—运移过程中甲烷碳同位素的分馏效应;煤层甲烷碳同位素与煤储层含气性之间存在相关性,且随着煤层气含量、煤储层压力和含气饱和度增加,3号煤层甲烷碳同位素也相应变重,且呈对数函数关系,反映控制煤储层含气性的因素与控制煤层甲烷碳同位素的因素存在一致性。     

鄂尔多斯盆地西缘煤系非常规气共生组合特征

煤炭资源的多重价值体现在含煤岩系中多种矿产资源的共生组合与共采潜力,除煤层自身之外,煤层气、页岩气、致密砂岩气等煤系非常规天然气（煤系气）共生共存的现象已日趋受到业界的关注。研究这些煤系非常规气的共生组合模式,有助于煤系气的综合勘查和开发。通过对鄂尔多斯盆地西缘煤系非常规气成藏地质条件的研究,以典型钻孔的岩性组合、沉积序列和测试数据分析为例,确定了煤系气的有利层段。结果显示：区内太原组上段、山西组下段,以及延安组一段上部、二段和三段具有煤系非常规气的勘探潜力,如JM107钻孔延安组三段876～897 m处,4煤和4上煤附近,为良好的煤系气层段。据此,建立了3种煤系非常规气共生组合模式,初步探讨了煤系非常规气的共生耦合机制。     

鄂尔多斯盆地侏罗系成煤系统

以成煤系统理论为基础,进行鄂尔多斯盆地侏罗系成煤系统研究,旨在为盆地内煤与煤层气资源评价提供另一种思路与方法。运用层序地层格架与地层完整程度、沉积古地理轮廓与煤层厚度、煤层埋深与煤的变质程度为主要标志,以煤中灰分、硫分作为辅助标志,并从主煤层厚度下限(0.8 m)、煤炭资源评价最大埋深(2 000 m)等实用性角度出发,将鄂尔多斯盆地侏罗系成煤系统划分为9个成煤系统单元;以JA,JH成煤系统单元为例,探讨了成煤系统单元的特点,南北成煤系统最大差异在于地层保存完整性及煤层丰度。成煤系统研究侧重于系统与集成方面的研究,注重煤炭形成的过程研究。     

内蒙古鄂尔多斯地区煤系气资源及其合勘共采潜力探讨

为充分合理地综合利用煤系矿产资源,为政府部门提供内蒙古鄂尔多斯地区煤系气资源合勘共采的决策依据,在系统收集鄂尔多斯地区煤炭勘查、煤系气开发利用等地质资料基础上,采用路线地质调查、样品分析测试、综合研究等工作方法,分析了鄂尔多斯地区地质背景、构造特征和煤系气资源潜力,阐述了鄂尔多斯地区煤系气资源潜力巨大,具有多层系、复合连片、源储紧邻、互层叠置、储盖良好的独特组合模式,具备了合勘共采的资源条件;并对内蒙古鄂尔多斯地区煤系气合勘共采的优势和不足进行了研究,提出了煤系气合勘共采的合理化建议和措施。     

鄂尔多斯盆地东缘石炭-二叠纪煤系层序-古地理与聚煤作用

为了揭示克拉通陆表海盆地层序界面形成机制及等时地层格架内古地理背景下煤层聚集特征,以鄂尔多斯盆地东缘为例开展了本溪组-山西组层序地层和聚煤作用研究.识别出区域不整合面、盆地基底沉降差异形成的海侵方向转换面（BTR）、正常海退形成的冲刷面（NSS）和暴露面（NES）及其对应的整合面（NCC）、强制性海退形成的河流侵蚀面（FEU）和暴露面（FES）及对应的整合面（FCC）4种层序界面类型,将研究煤系划分为3个三级层序、6个四级层序.认为基准面周期性变化控制了沉积体系的演化、废弃和聚煤作用的发生,而聚煤基底沉积环境和聚煤期盆地基底沉降速率控制了煤层厚度及其平面上的稳定性,提出了等时地层格架内古地理背景下的综合聚煤模式.结果表明：区域广泛分布的厚煤层形成于Ⅱ型层序界面及Ⅰ型层序最大海退面（初始海泛面）附近;澙湖-潮坪为主的沉积背景下有利聚煤中心位于剩余可容空间相对较低的潮坪环境,潮坪-三角洲-澙湖为主的沉积背景下有利聚煤中心位于基底沉降速率快、剩余可容空间中等的潮坪环境,浅水河流三角洲沉积背景下有利聚煤中心位于基底沉降速率快、剩余可容空间相对较高的三角洲平原间湾湖泊和局限海环境。     

以煤系天然气开发促进中国煤层气发展的对策分析

为了提高中国煤层气勘探开发程度,促进煤层气产业发展,分析了中国煤层气勘探开发现状与面临的问题,提出1 200 m以深煤层蕴藏十分丰富的煤层气资源,且多与致密砂岩气叠合共生,展现了煤系天然气广阔的勘探开发前景。根据煤层气及煤系砂岩气开发特点,对煤层气及煤系砂岩气划分为自生自储型、内生外储型2类气藏模式,提出将煤系的煤层与砂岩互层段,统一作为目的层进行综合评价,在垂向上拓展勘探开发空间,显著增加资源丰度,同时煤层与砂岩立体压裂改造也比单一煤层压裂更能提高储层改造效果,并提出煤系天然气综合勘探开发工作建议。