鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气勘探突破及未来面临的挑战与对策——以临兴—神府区块为例

煤层气作为非常规油气领域的重要接替能源其潜力巨大,其中,鄂尔多斯盆地深部煤层发育规模良好,但盆地东缘复杂的地质和工程条件制约了煤层气勘探开发的进程。以临兴—神府区块为例,基于已钻井资料、岩心分析资料及排采动态数据,对鄂尔多斯盆地深部煤层沉积和成藏地质特征、生产特征及压裂开采工艺等科学问题进行了探讨。研究结果表明深部煤层中半亮煤、半暗煤均有发育,以原生结构为主;深部煤层气藏具有含气饱和度高、储层能量足、煤体结构有利的特点;厘定了深部煤层气的“甜点区”评价的两个核心指标,即资源性(煤储层能量)和可压性(构造、垂向裂隙带、顶底板与煤层应力差);建立了分形理论定量化+数值模拟表征裂缝复杂程度的新方法,形成了“密切割+大排量+组合支撑剂+前置酸+变黏滑溜水”极限体积水平井分段压裂技术体系;落实了深部煤层的两个产气量控制参数(含气饱和度、含气量),根据产气量特征可将生产井分为压后自喷、排采即见气和常规排采3类。深部煤层气的规模效益开发亟需攻关深部煤层的排烃赋存过程、确定“甜点”富集区的边界条件、研究深部煤层的力学性质与体积改造等基础问题,持续强化地质—工程—排采一体化技术管理,创新企地融合和管理模...     

鄂尔多斯盆地深部煤层气地震勘探关键技术进展与应用成效

鄂尔多斯盆地深部煤层气资源丰富，对其进行勘探开发面临着黄土塬资料信噪比低、煤层薄且横向变化快、“甜点”预测精度要求高3方面地震勘探技术难题。为实现深部煤层气的规模效益开发，近年来针对鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气目标的地震采集—处理—解释一体化技术和地震—地质—工程一体化技术有显著进步，黄土山地区“两宽一高”(宽频、宽方位、高密度)地震采集技术及“双高”(高保真、高分辨率)地震资料处理技术的应用为深部煤层气地震勘探构建了高品质的数据基础，使得地震勘探目的层的主频达到40 Hz,频带拓宽了10 Hz以上，成像精度稳步提高。精细构造解释及储层评价技术为落实煤层气“双甜点”奠定了坚实的基础，煤层预测厚度达到5 m,裂缝预测吻合率达到79%。地震—地质—工程一体化技术的应用实现了地震勘探向地质开发的有效延伸，鄂尔多斯盆地大宁—吉县区块煤层钻遇率提高到97%以上，水平井的产气量达10×10⁴m³/d,有力支撑了煤层气的高效建产。     

煤层气与常规油气共采可行性探讨――深部煤储层平衡水条件下的吸附效应

在分析煤层气与常规油气共采可行性问题的基础上,采用物理模拟方法,结合地质条件分析,研究了深部煤储层在平衡水条件下的吸附效应,并初步得出一些新的认识:地层温度、埋藏深度、煤级等条件的组合,可能对煤储层平衡水含量发生不同程度的影响;深部地层条件的具体特征,可能会导致深部煤储层吸附性与浅部煤储层有所不同;在地层条件下,煤饱和吸附量随埋藏深度增大而变化的趋势在一定深度发生反转,存在一个“吸附饱和临界深度”,且临界深度随煤级的变化而有所不同,这是地热场深部增温效应与煤储层自身特性共同作用的必然结果;深部较高地层温度与较高地层压力的配置关系可能有利于煤层气的开采,存在实现深部煤层气资源与常规油气资源共采的可能性;深部较高流体压力和较高受热温度的“双重”控制效应,可能是导致深部煤储层吸附性与浅部存在较大差异的根本原因。     

基于大数据分析算法的深部煤层气地质—工程一体化智能决策技术

煤层气勘探开发形势日趋复杂、资源品质劣化程度加剧。明确煤层气高产主控因素与作用机理、建立地质—工程综合甜点评价方法、提高煤层气动态预测精确度和工程决策有效性，成为亟待解决的技术挑战。以区域数据湖及气藏精细描述研究成果为基础，运用人工智能技术对煤层气藏综合数据进行深度挖掘，构建了基于大数据分析算法的煤层气地质—工程一体化智能决策系统，实现了煤层气地质—气藏—工程一体化数据的集成和管理、大数据驱动下的煤层气单井产量快速预测及主控因素分析、融合地质及工程因素各参数的煤层气储层综合甜点分析、基于煤层气井压后产量主控因素分析的压裂参数优化等关键技术。该系统在鄂尔多斯东缘深部煤层气大宁—吉县区块进行了试点，推广应用结果显示，系统显著提升了气藏研究的效率与工程决策的有效性，为全面了解和掌握气藏的资源潜力、全力推进智能化在科研生产中的深度应用提供了有力的支撑。     

论深部煤层气基本地质问题

深部煤层气资源是中国煤层气产业规模性发展的重要基础,但目前关于"深部"的含义、定义、特殊性等基本地质问题尚无明确表述。前期探索成果显示,深部煤储层地质条件的特殊性起源于较高的地应力和地层温度,由此导致深部煤层可压缩性高、渗透性低和弹性低。研究认为:在科学层面,煤层气领域的"深部"不仅是一种深度,更重要的是一种状态,这种状态取决于地应力、温度及煤(有机)储层三重地层状态;在操作层面,定义深部与浅部之间的临界深度,需要考虑地应力状态转换、煤吸附性(含气量)和煤岩力学性质三重地质因素。近期研究进展为解决本领域基本地质问题提供了新的启示,阐释游离气量在深部低阶煤储层含气量中的重要性,探讨深部煤层气可解吸性与产出阶段敏感性之间关系,分析变孔隙压缩系数对深部低阶煤储层渗透率的深刻影响,建立基于成藏效应的深部煤层气有利区优选方法。今后几年期间,深部煤层气勘探开发仍需解决4方面地质问题:1深部煤层气资源潜力深化评价与再认识;2深部煤储层可改造性及其与深部基本地质特点的耦合效应;3深部应力场、温度场、化学场作用下煤层气高效开采技术原理的地质控制;4深部煤系"三气"共生特性、共探方法与共采有效性地质评价。问题的实质,在于发展出一套适应于深部地层条件的煤层气勘探与开发地质技术方法。     

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本文从层序地层学理论角度解释了煤层气一些地质规律，认为采用层序划分、对比等层序地层学理论方法来预测煤储层分布、赋存规律，研究煤层气生、储条件及其资源等更为科学、可行；并在对煤层的有机地化特征、煤岩类型、煤质成分、煤储层的渗透性变化解释上，具有理论上的先进性；还可以通过建立体系域与煤层气保存条件之间的理论关系对某个地区的煤层气富集程度进行预测。     

煤系气叠置含气系统与天然气成藏特征——以沁水盆地榆社—武乡示范区为例

中国煤系气资源丰富，其中沁水盆地是中国煤系气分布的主要盆地之一，明确煤系气叠置含气系统分布特征，有助于实现煤系气的共探合采。为此，以沁水盆地榆社—武乡示范区石炭系—二叠系含煤地层为研究对象，在分析煤系气地质特征的基础上，划分了煤系气叠置含气系统，研究了煤系气的源岩—储层共生组合特征、储层分布特征、共生成藏特征，并详细分析了示范井的压裂合采效果，预测了示范井产量。研究结果表明：(1)研究区目标煤系空间上发育3个独立叠置含气系统，其中含气系统Ⅰ是以15号煤和富有机质泥岩为主要烃源岩的“泥岩—煤—泥岩”组合；含气系统Ⅱ是以11号、12号煤和富有机质泥岩为主要烃源岩的“泥岩—砂岩—煤—泥岩”组合和以8号煤与富有机质泥岩为主要烃源岩的“泥岩—煤—砂岩—泥岩”组合；含气系统Ⅲ是以3号煤和富有机质泥岩为主要烃源岩的“泥岩—煤—砂岩”组合；(2)煤系气储层具有单层厚度薄、累计厚度大的空间展布特征，各含气系统中气藏组合类型以煤层气为主，页岩气和致密砂岩气发育较差；(3)示范井煤系气合采甜点含气层段发育于含气系统Ⅱ和Ⅲ，具备压裂合采基础，运用电缆桥塞与射孔联作投球分层压裂工艺配套技术实现了深部煤系气的有效...     

大宁—吉县区块深部煤层气相态控制因素及含量预测模型

鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块深部煤层气资源丰富，近年来的开发实践打破了深部煤层气资源难以开发利用的传统认识。目前，深部煤层气勘探开发仍存在一系列地质难题尚未解决，特别是煤层的含气性控制因素及游离气含量预测等，严重制约着深部煤层气的资源评价与高效开发。综合利用煤层气开发地质资料和实验测试手段，对比分析大宁—吉县区块中—深部煤层(1 000～1 500 m)与深部煤层(大于1 500 m)的含气性差异，揭示了深部煤层含气性的内在与外在控制因素，建立了不同相态煤层气的含气量预测模型与垂向分布模式。研究结果表明：深部煤储层整体处于含气过饱和状态，其游离气占比为17%～43%,且随着储层压力升高呈增大的趋势，游离气含量与含水饱和度呈负相关关系。在达到吸附饱和之前，煤储层压力对煤层吸附甲烷有促进作用，而温度和水分则会抑制甲烷的吸附作用。相对于低阶煤而言，高阶煤对甲烷的吸附能力更强，这主要与煤岩的物质组成、孔隙结构、甲烷分子与煤表面之间发生的物理化学反应等因素相关。受多种因素共同制约，煤层中的吸附气含量随着埋深的增大呈现出“快速升高—增速减缓—缓慢下降”的变化趋势，游离气含量呈现出“稳定升高—增速...     

深部煤层气成藏效应及其耦合关系

深部煤层气是中国非常规天然气勘探的一个新领域。从深部地应力状态转换、深部煤层吸附能力地温场负效应、深部温压下煤岩物理性质特殊性3个方面,分析了深部煤层气成藏的地质条件及其基本原理,论证了深部煤层气成藏效应的特殊性。结果显示：深部地应力状态发生转换的临界深度与水平最大主应力有关,对转换临界深度以深的煤储层渗透率造成不利影响;深部地温场对煤层吸附能力影响的负效应大于地层压力的正效应,造成深部煤层含气量同样存在一个临界深度,不能简单采用浅部梯度予以推测;围压是影响深部煤岩力学性质的主要因素,温度和流体压力对煤岩力学性质的影响更为复杂,它们不同程度地影响到煤储层的孔隙性、渗透性和吸附性。由于煤层围岩渗流能力的差异,深部煤层流体压力系统明显受含煤地层沉积格架的控制,可能导致同一套含煤地层中煤层与非煤储层分属于不同的含气系统。在此基础上,进一步提出了“四步递阶”的深部煤层气成藏效应耦合分析思路,为建立深部煤层气有利区带优选方法提供了基础。     

深部煤层气资源开发潜力

煤成气理论指导下煤系“源外型”大气田的陆续发现有效促进了中国天然气工业的发展,而“源内型”煤层气却发展缓慢。研究认为“源内型”深部（2 000 m以深）煤层气同样具有巨大的勘探潜力。以鄂尔多斯盆地大牛地气田为例,通过石炭系-二叠系含煤地层取心系统开展实验研究,结果表明煤系岩石普遍含气,其中煤层中存在原地游离气且煤层气资源丰度最高为3.86×10⁸ m³/km²;结合地层埋藏和热演化史,认为层状非均质地层中泥岩和灰岩的喉道半径较小,毛管阻力封堵形成了以砂岩和煤岩为主的煤系岩性圈闭,煤岩（性）圈闭是其中游离气形成的主控因素;煤岩心含水饱和度介于6.5 %～30.1 %,较低的含水饱和度使常规煤层气开采过程中的“排水减压”变成了“排气降压”,有利于深部煤层气的动用;原生-碎裂型煤体结构也是储层压裂改造的有利特征。研究认为深部煤层气是煤系“甜点”资源,辅以科学合理的技术和经济手段可实现有效开发。     

砂砾岩油藏影响压裂效果关键地质力学因素研究及应用

地质工程一体化技术是致密砂砾岩油藏实现效益开发的有效途径,地质力学参数在地质工程一体化中起桥梁作用。以准噶尔盆地中拐—玛南地区上乌尔禾组砂砾储层为例,分析了影响储层压裂效果的关键地质力学因素。首先,通过研究乌尔禾组储层岩石力学参数与声波、体积密度间的关系,揭示储层岩石力学参数的响应机制,并建立储层岩石力学参数的测井计算模型,基于已钻井压裂和测井资料,建立了地层孔隙压力多参数预测模型和地应力计算模型;然后采用灰色关联法研究了地质力学参数与米采液指数的关联程度,明确了影响压裂效果的地质力学主控因素依次为水平应力差、脆性指数、弹性模量、抗张强度以及单轴抗压强度;最后利用层次分析法构建了综合考虑主控因素影响的储层压裂工程评价模型,为研究区储层压裂优化设计提供了依据。     

准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系风城组碱湖型页岩油勘探进展

准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系风城组页岩油具有良好的勘探前景与巨大资源潜力,是盆地下一步油气增产上储的重要战略接替新领域。通过回顾准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系页岩油的勘探历程,应用地质、岩心分析、钻井、测井、录井与三维地震资料,剖析玛湖凹陷碱湖型页岩油的典型地质特征,系统总结页岩“甜点”的地球物理评价方法与储层改造技术,指出了准噶尔盆地玛湖凹陷风城组页岩油的未来勘探方向。研究表明：(1)玛湖凹陷风城组发育全球迄今最古老的广覆式碱湖型优质烃源岩,具有多源混积、孔隙—裂缝—缝合线三重储集介质、优势岩相控油与“甜点”分散的地质特征,其中风二段展示了良好的勘探前景。(2)创新形成了页岩油“甜点区”高分辨率地震预测、“甜点段”三品质测井综合评价与工程“甜点”配套储层改造3项关键核心技术,厘定玛湖凹陷风城组1200km²的“甜点区”,纵向识别17层“甜点段”。(3)针对目前勘探面临的关键问题,仍需强化风二段页岩油“甜点”的精细刻画,深入开展地质工程一体化技术攻关,以实现风城组页岩油的全面突破与规模效益勘探开发。     

川西南威远地区五峰—龙马溪组页岩储层特征及甜点分布规律研究

为实现页岩气的高效勘探开发,明确地质-工程甜点分布规律,综合利用全岩分析、岩石热解、扫描电镜、物性分析等储层表征技术,并结合测井、地震等资料,对威远地区五峰龙马溪组页岩储层的矿物组分及岩相特征、地球化学特征、储层物性及孔隙结构特征、地层压力特征、含气性特征、地质力学特征及其甜点分布规律进行研究.结果 表明:1)五峰龙马...     

煤储层岩石物理研究与煤层气勘探选区及开发

近年来,煤储层岩石物理研究工作取得了很大进展,研究内容从煤储层孔隙、裂隙系统逐步扩展到煤储层渗透性评价以及含气饱和度和煤层气封闭的研究;从煤储层的固相特征研究逐步延伸到煤储层中流体生成、储存与孔隙、裂隙内在关系的分析;从测试煤的物理力学特性发展到对煤储层可改造性评价;从单项参数测试评价发展到对煤层气藏可采性的综合评价;从对煤层气的产出特征研究发展到对煤层气藏成藏条件的综合分析。煤储层的分析测试技术也在不断发展与完善,煤储层岩石物理描述参数已由定性逐步向半定量和定量方向发展。目前已初步形成依托矿井人工煤储层露头进行煤储层岩石物理研究的一整套工诈方法。由于充分利用了几乎存在于所有煤矿区的矿井人工露头,使得煤储层岩石物理研究不受勘探井的限制,获取的可靠地质信息愈来愈丰富。评价的领域不断扩大,可靠性在不断提高,已初步形成了与煤层气钻井参数评价互为补充,相互睑证的格局。展望煤储层岩石物理性质研究的发展方向,作者认为煤储层岩石物理研究对煤层气勘探选区及开发具有十分重要的应用前景。      

深部煤层气地质条件特殊性与储层工程响应

鄂尔多斯盆地东缘、新疆等地区中深部/深部煤层气的试采成功大大推进了中国深部煤层气的开发进程。为进一步推动深部煤层气的规模性高产，有必要依托当前钻探成果和开发实践动态，系统梳理深部地质条件的特殊性及其储层工程响应。研究结果表明，煤层气成藏关键参数的深度效应主要在于3方面：(1)埋深增大，温度场、压力场和应力场等地层环境参数的大小趋于增高、梯度趋于收敛，深部应力场类型发生转换、水平应力的各向异性减弱；(2)深部多为高饱和或超饱和气藏，游离气的工业开发价值大幅提升，但当前开采深度的高阶煤储层仍以吸附气为主；(3)深部高应力环境下煤岩自身组构因素被弱化，原位渗透率及力学性质趋于均质收敛，流体产出严重依赖于人工渗流通道。地层环境下，深部煤层水力裂缝扩展的水平定向性弱，变形破坏韧性增强，易形成由高而短的裂缝构成的复杂缝网，低排量施工面临裂缝生长受限、支撑性差等问题，压裂应保证在近井地带最大化地实现全方位体积改造，由“压得开”转向“压得碎、撑得住”;深部高饱和—超饱和的含气特点可保证投产初期的强地层能量和高渗透率优势得以充分利用，但只有降至一定压力节点后吸附气方可形成产能接替效应。研究认为，深部地质...     

准噶尔盆地乌夏地区风城组云质岩致密油特征及“甜点”预测

玛湖凹陷西斜坡云质岩致密油是准噶尔盆地近年来的重要勘探领域。通过对乌夏地区风城组云质岩特征分析,对云质岩致密油发育的主控因素进行总结,认为风城组地层发育优质烃源岩,其岩性、物性以及裂缝发育程度共同决定了致密油“甜点”分布。根据基质孔隙与裂缝的配置关系,将致密油“甜点”类型分为孔隙型、裂缝型及孔隙-裂缝型。通过地震岩石物理分析和正演模拟进行地震敏感参数分析,确定“甜点”的岩性、物性、厚度及围岩特征对地震响应的影响,在此基础上选择有效的致密油“甜点”预测方法,运用地震多属性分析技术,预测云质岩分布有利区;利用波阻抗反演以及随机模拟反演技术对储层物性参数进行反演,预测孔隙发育有利区;以矿物成分脆性指数评价法和蚂蚁追踪技术,预测裂缝发育有利区。综合岩性、物性、裂缝预测成果,划分Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类“甜点”有利区,为该地区下一步致密油勘探提供依据。     

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煤储层评价参数的获取可以大致分为宏观煤储层、煤岩类型、普通显微镜下测试和电镜等超显微孔隙测试四个层次。煤层气井煤心和煤储层露头的煤岩类型系统测量是获取煤储层评价参数的关键环节。建立煤储层描述参数与规范,积累系统的煤储层评价资料,以满足煤层气勘探开发的需要。煤储层评价的重点内容包括煤体几何形态与内部结构特征、煤储层顶板和底板岩石与裂隙发育特征、煤储层孔裂隙系统发育特征和煤储层渗透率、煤岩组成和煤质特征、煤的机械力学性质、煤层气的解吸特征、煤储层的可改造性,以及煤变质作用类型和煤级分带特征等。煤储层评价的基本原则包括乘积原则、加权平均原则、“木桶效应”原则、类比评价原则和综合评价原则。     

页岩气“甜点”评价与预测——以四川盆地建南地区侏罗系为例

该文提出了页岩气"甜点"评价体系、关键步骤及核心参数评价法和标准,并以四川盆地建南地区侏罗系为例,应用该评价体系,研究了页岩气储层"甜点"基本地质特征,预测了"甜点"分布规律,提出了勘探评价井部署井位,并取得了良好的效果.研究表明:1)与常规油气评价不同,非常规页岩气评价及勘探开发需要采用地质与工程一体化评价方法,综合集成地质、地球化学、石油工程、岩石力学和油层物理等多学科的成果,综合评价;2)建页HF-1井长水平段压裂成功显示建南地区侏罗系页岩气具有良好的开发前景;3)制作页岩厚度、ω(TOC)等值线、R_o等值线、页岩埋深等多因素叠合综合分析图件,对页岩气有利"甜点"预测和勘探开发部署具有很好的指导作用.      

裂缝性致密油藏地质-工程一体化开发

以克拉玛依油田克80井区风城组裂缝性致密火成岩油藏为例,为提高单井产能,提出了地质-工程一体化开发技术。在有效识别储集层天然裂缝潜在发育区域的基础上,准确预测区域地应力和三维储集层岩石力学强度,建立区域可压裂性评价方法,优选压裂“甜点”,在压裂“甜点”上对目标井位进行产能模拟和压裂方案优化,并最终确定工程方案。钻井结果表明,地质-工程一体化开发有效提高了储集层缝网沟通规模,增大了泄流面积,从而提高了增产效率,单井产量提高显著。同时,可对甜点区域进行二次工程改造,通过增加压裂液液量提高施工规模,进一步提高单井产能。上述应用效果证明了地质-工程一体化开发技术的有效性和推广价值,对裂缝性致密油藏的高效开发具有重要意义。     

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。