煤层气藏全流固耦合数学模型

为准确表征煤层复杂的地质力学效应,根据多重孔隙介质力学特征和多过程运移特点,来构建煤层气藏三孔双渗全流固耦合数学模型,并基于所研发的全隐式有限体积数值模拟器,进一步研究地质力学效应对孔渗参数和煤层气产能的影响。结果表明,有效应力效应与基质收缩作用均可影响裂缝渗透率,且作用方向相反：有效应力效应的作用强度在开发初期大于基质收缩作用,但在后期发生逆转,导致渗透率先减小后增大,最终值甚至可达初始值的数倍;随着煤岩杨氏模量增大,有效应力效应减弱,煤层气日产量增大,产气高峰出现时机提前,随着Langmuir体应变量增大,基质收缩作用增强,同样煤层气日产量增大,产气高峰出现时机提前。全流固耦合数学模型能够更准确地刻画煤层复杂流固耦合作用,这对煤层气产能预测具有重要意义。     

低渗非达西煤层气井渗流数学模型建立与应用

低渗透煤层气藏中的气体渗流存在非达西效应,使用常规方法对其进行产量预测与计算时易出现误差。为有效解决该问题,在考虑启动压力梯度影响的条件下,建立了低渗煤层气藏气、水两相渗流数学模型。利用有限差分法进行了数值求解,编制煤层气直井开采数值模拟计算程序进行了产能预测,并分析了煤层参数对产量变化的影响。研究表明:①煤层气井生产时,存在气产量迅速升高、水产量迅速降低的阶段;②吸附时间越短,气产量越早到达高峰期,一定时间内产量也越高;启动压力梯度越大,高峰期后产量下降越快,最终产量也越小;③吸附气超饱和煤层气产量>饱和煤层气产量>欠饱和煤层气产量。     

中国煤层气含气带资源条件评价与排序分析

目前中国正处于煤层气开发大发展前期,迫切需要对中国煤层气资源,特别是作为基本单元的含气带资源状况与地质条件进行分析和评价。在对中国煤层气资源特点进行简要分析的基础上,再选择资源密度、煤层气资源量、含气量这3个参数作为煤层气含气带评价排序的分析指标,在评价排序中首先对指标进行处理,给出了不同指标性质的指标处理函数,并设计了限值约束条件;然后采用矩阵综合决策方法（加权平均法）对划定的56个含气带进行综合评价和排序,最后给出了关于煤层气含气带应优先考虑的重点区域的建议：根据资源状况排序分析,最好的资源条件基本分布在冀鲁豫皖和晋陕蒙含气区内。     

澳大利亚Bowen盆地M气田中煤阶煤层气水平井开发优化

以澳大利亚Bowen盆地M气田中煤阶煤层气为例,依据渗透率和含气量,将储集层划分为4类,建立井组模型,提出相应的中煤阶煤层气水平井开发策略。针对Ⅰ类和Ⅱ类煤储集层渗透率较高,优化单井控制面积,采用与面割理垂直的单分支SIS水平井开发,后期加密,大幅减少钻井进尺、地面井口数;针对Ⅲ类煤储集层,考虑先期投产井对该区域压力的影响,适当增加单井控制面积,优化水平分支长度和夹角;Ⅳ类煤储集层渗透率较低,单井控制面积小,SIS水平井和MBL井开发效果均较差,建议暂不开发。     

量化指标在煤层气开发潜力定量评价中的应用

等温吸附曲线蕴藏了丰富的煤储层信息,对于认识煤层气开发潜力至关重要。为了更好地挖掘等温吸附曲线蕴含的丰富信息,定量评价煤层气开发潜力,首先对不同盆地/地区煤岩等温吸附曲线进行了对比分析,探讨了含气饱和度和临储比比值指标的意义和局限性,在此基础上,提出临储压差、临废压差和有效解吸量3个量化指标,并结合具体实例对其应用效果进行分析和论述。研究表明,含气饱和度和临储比是比值指标,可以用来对比评价不同区块、不同煤层、不同井之间开发潜力的优劣和定性评价煤层气开发潜力;相比而言,临储压差、临废压差和有效解吸量可应用于区块和单井不同层次煤层开发潜力定量评价中,能够更好地反映煤层气开发潜力。实例分析表明,寿阳区块15号煤储层有一定的开发潜力,但因其煤岩吸附时间长(扩散速度低),需在见气后通过较长时间的缓慢排采,实现产气潜力的释放;恩洪EH-C6井需要较长时间的前期排水降压过程,但其开发潜力比较乐观。     

煤层气排采局部水动力场模式及其意义——以鄂尔多斯盆地东南缘为例

煤层气排采形成的局部水动力场是对原始水动力场扰动的结果,开展局部水动力场模式及其对排采效果影响的研究对于指导煤层气排采井层的优选具有重要意义。鄂尔多斯盆地东南缘某煤层气田煤层气井排采动态表现差异很大,考虑不同排采井所处构造位置和原始水动力场背景,识别出了煤层气排采引起的3种局部水动力场模式,即有效扰动型局部水动力场、含水层入侵型局部水动力场和淡水补给型局部水动力场。在有效扰动型局部水动力场中,排出水为煤层水,煤层气井表现出见气快、产气量高等特点;在含水层入侵型局部水动力场和淡水补给型局部水动力场中,排出水有部分甚至大部分来自于邻近含水层或近地表的淡水,属无效排水,煤层气井表现出见气晚、产气量低等特点。在局部水动力场模式的指导下,对断层附近的排采井要避免射开邻近强含水层的煤层,同时,排采井的井位应避开近地表淡水补给区。     

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煤层气是一种压力封闭型气藏，其生产特征不同于常规天然气。美国多年煤层气井开采证实，煤层气井的生产分为三个阶段：早期阶段、过渡阶段和晚期阶段。文章结合我国煤层气井生产实践，指出国内大多数煤层气井的生产还处于早期阶段，并进一步将早期阶段详细分为压裂效应期和正常生产期；同时对影响生产特征的因素进行了分析，指出了增产措施—压裂造成了早期阶段的压裂效应，较大的裂缝长度和较高的渗透率有利于提高采收率，高地层压力有利于排水降压，但渗透率过高会造成煤层大量产水。     

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。     

沁水盆地煤层气田试采动态特征与开发技术对策

沁水盆地煤层气资源丰富,中国石油天然气集团公司于1994年起在该盆地内开展了大规模的勘探、试采和正式开发准备工作。从气田动态分析入手,系统研究了该煤层气田的开采特征。结果认为：压裂增产、多分支井是开发该煤层气田的有效手段;3#煤产气量高低与其地质因素关系密切;在煤层气排采过程中应保持动液面稳定下降。结合煤层气开采动态特征,提出了沁水盆地煤层气田合理的开发技术对策：①采用地面垂直井和多分支水平井相结合的方式开发该地区的煤层气资源,在此基础上优化合理的井网部署方式和增产方式;②3#、15#煤层的地质条件差异较大,建议优先考虑开采3＃煤层,15＃煤层在3＃煤层产量下降时可视储层发育情况择时投产;③在排水采气初期,应建立合理的排采工作制度,避免储层渗透率的急剧下降。     

沁水盆地安泽区块煤层气藏水文地质特征及其控气作用

在我国华北地区,煤层气藏的水文地质条件与煤层气的运移、散失、保存、富集等关系密切,但过去很少有学者采取 动态监测地下水特征的方式来分析其对煤层气藏的影响。为此,以山西沁水盆地安泽区块煤层气藏为研究对象,在动态监测煤层气 产出水离子浓度、水质水型及矿化度变化的基础上,结合该区煤层气井开发实际与地下水动力场分布特征,讨论了不同水文地质单 元的产气、产水情况,并利用微量元素检测结果分析了合层排采的井间干扰。最后,结合构造、煤质特征探讨了水文地质条件对煤 层气富集与产出的控制作用。结果表明：①该区主力煤层为下二叠统山西组3 号煤和上石炭统太原组15 号煤,煤层顶底板大部分为 砂岩和泥质砂岩;②煤层气产出水离子浓度和矿化度随排采时间的增加不断降低,水型以NaCl 型和NaHCO₃ 型为主;③将该区划 分为弱径流区、径流区和滞流区3 个水文地质单元,其中径流区产气量最高,滞流区产气量最低,合层排采井受15 号煤的干扰较大。 结论认为：该区煤层气的富集主要受断层及水动力条件的控制, 下一步应加大对煤层气优势富集区的开发力度。     

微生物提高煤层气井单井产量技术研究与实践

为评价微生物提高煤层气井产量技术,向厌氧瓶中添加一定量的煤和利用煤层产出液配置的营养液,开展了煤层微生物降解煤产气实验研究。与煤层产出液相比较有益菌群浓度增加3~6 个数量级,每毫升营养液产气量为2.84 mL,煤层微生物经过营养剂激活后,反应早期产生气体主要为N2、H2 和CO2,CH4 含量较低,随着反应时间延长CH4 气体含量逐渐增加,X 射线衍射表明煤微晶结构发生变化。说明通过微生物与煤相互作用产生生物气体、降解煤组分,能增加煤层通透率促进甲烷气体的解吸,从而提高煤层气单井产量。在室内研究的基础上开展现场先导试验1 井次,现场共注入微生物工作液230 m3,措施前该井平均日产气量16.81 m3,平均套压为0.09 MPa,措施后该井日产气75.13 m3,平均套压0.35 MPa,截至2015 年底累计产气14 100 m3,目前正在持续稳产,达到了注微生物提高煤层气井单井产量的目的。     

无因次产水图版预测煤层气井产水量研究

目前,煤层气井产水量预测主要采用数值模拟方法,该方法可以较好地描述煤层气赋存、运移及产出机理,但应用起来较为繁琐、费时。为此,以山西省南部沁水盆地南部樊庄区块实际地质和动态资料为依据,通过引入无因次参数组合绘制煤层气井无因次产水曲线,并对影响该曲线的煤层面积、裂缝孔隙度、渗透率等14个参数进行了敏感性分析,绘制了无因次产水图版,形成了一套简单、可靠、快速预测煤层气井产水量的方法,并对方法的准确性进行了验证。结果表明,表皮系数、未饱和度和气、水相相对渗透率对无因次产水曲线的影响较大,其他参数对其影响较小,误差均小于10%;无因次产水图版预测煤层气井产水量与实际日产水量误差为6.78%,具有较高的预测精度,可供现场应用。     

气驱油采油采液指数计算方法及影响因素

针对X凝析气藏气井初期产量高、递减速度快、普遍存在地层和井底反凝析等现象,在陈元千方法的基础上完善了油气相渗曲线的归一化方法,分析了基质岩心和人工压缝岩心的相渗曲线特点。从凝析气驱油过程中油气相渗曲线变化规律出发,研究了低渗凝析气藏无因次采油指数、无因次采液指数的计算方法、变化规律以及影响因素。研究结果表明：较大的油气粘度比和较小的M值（启动压力梯度与生产压力梯度的比值）更有利于气井高含气阶段的提气携液。     

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煤层气采出有扩散和渗流两个过程，比常规天然气层中的渗流方程复杂。煤层气由煤层流入井筒的过程为：随着煤层中水的不断采出，地层压力下降，吸附在煤层中的煤层气被解吸出来，并扩散至割理，割理中的气体渗流到达井筒。采用非平衡态吸附模型，研究单相煤层气在煤体和割理中的流动规律。在拟稳态流和不稳态流的数学模型假设下，用气体标准压力代替Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附公式中的压力，得到气层中标准压力所满足的方程。如果考虑无限大地层或有界圆形封闭和定压地层，最终得到井底无量纲准压力及其导数的解。     

气体滑脱及有效应力对煤岩气相渗透率的控制作用

动态的煤储层渗透率影响煤层气的开采,已引起广泛关注。针对6块采自沁水盆地南部煤矿的无烟煤样品,测试了4.3MPa围压条件下煤岩气相(氦气)渗透率变化特征,基于气体滑脱及有效应力效应分析进一步探讨了渗透率变化的控制机理。结果表明,气体压力降低过程中:①渗透率呈现“先降低后升高”的变化趋势,转折点进口气体压力约为1.9MPa(对应于平均气体压力1.0MPa);②平均气体压力小于1.0MPa时,氦气产生滑脱现象;③渗透率—有效应力之间呈近似负相关关系;④进口气体压力大于1.9MPa时,为有效应力负效应作用阶段,导致渗透率降低;进口气体压力降至1.9MPa以下时,有效应力与气体滑脱效应同时作用,此阶段气体滑脱正效应强于有效应力负效应,引起渗透率升高。      

沁水盆地成庄区块煤层气成藏优势及富集高产主控地质因素

成庄区块是沁水盆地煤层气开发最为成功的区块之一。为了指导相似地质条件的煤层气区块的勘探开发,基于大量的勘探开发实践数据,利用数理统计、室内实验、测井解释、构造解析、数值模拟及递减分析等方法,系统开展了该区块煤层气成因、成藏条件及产气规律等方面的研究。研究表明：该区具备构造简单、煤层展布稳定、埋藏深度浅、有机热成因气、含气量高、渗透率高等优越的成藏条件;该区高产井比例高（占总井数47%）,具有单井平均产量高（介于4 000~7 000 m³/d）、采收率高（预计采收率为55.1%）等产气特征。进一步分析了富集、高产主控因素的控气作用机理,结果认为：构造热事件提高生气能力,改善了物性,封盖条件与水动力优势配置,利于煤层气富集;张性水平应力分布区及煤矿卸压应力释放区的煤储层渗透率高,利于储层高产。     

煤层气静态与流动物质平衡法研究及应用

煤储层产水气规律不同于常规含水气藏,含气量变化受Langmuir压力及解吸速度的影响,给储层评价带来了难度。通过文献调研发现物质平衡方法在常规油气藏中应用较为广泛,而在非常规储层应用研究较少。在前人的研究基础上根据煤储层流体产出规律,划分煤层气典型生产阶段并建立对应产量预测模型;推导建立静态与流动物质平衡模型,考虑煤储层吸附解吸特征的影响,利用井底流压、累积产量等生产数据确定单井控制储量和储层渗透率。研究结果表明:煤储层孔隙割理自生水量有限,初期高,中后期减弱;煤层物性在生产过程中呈现先下降后上升的特征,受到应力敏感和基质收缩效应的双重影响;静态与流动物质平衡方法均可计算单井动态控制储量,但流动物质平衡方法避免了关井测压对储层产能恢复的伤害,且可得到储层动态渗透率。静态与流动物质平衡方法相比,计算结果较为相近,可为控制储量计算及物性评价提供依据。     

大宁—吉县地区煤层气成藏条件及富集规律

通过对大宁—吉县地区煤岩的生储气能力、煤储层渗透性、煤层气保存条件等煤层气成藏条件的分析,认为研究区发育承压水和断层封堵复合型煤层气藏,煤层气富集规律主要受沉积环境、煤储层渗透性、现今地应力以及水动力环境等的影响。钻探资料证实,河间湾沼泽相、构造宽缓部位以及地应力低值区为煤层气最有利富集区,是该区中煤阶煤层气勘探最有利的地区。     

煤层气储量计算及其参数评价方法

煤层气的储量计算主要考虑到煤层气的特殊性，同时参照流体矿藏（天然气）和固体矿藏（煤炭）储量计算方法。煤层气储量计算中最重要的参数是含气量，其分布随着盖层分布、地层压力及水动力条件的变化而有所不同。煤层气藏的储量计算不同于常规天然气，其含气边界的确定是以煤层含气量等值线确定的。圈定含气面积的最低含气量值根据煤层气藏地质条件、采用煤层储量历史模拟软件进行模拟确定，并参考国外煤层气开发选区的含气量标准。煤层气储量计算方法有体积法和数值模拟法，后者适合于开发中期或者在生产试采资料很丰富的情况下使用。     

QNDN1井煤层气排采的流体效应分析

为了研究煤层气排采时原位煤储层流体的动态效应,基于煤储层动水孔隙度、含气饱和度等储层物性实测成果,结合中国第一口地面多分支煤层气水平井——QNDN1井的排采数据,通过气、水产能及储层压力曲线的耦合分析,探讨了煤层气井排采时储层压力的传播特征;估算了煤层气单井排采范围内的重力水量,水溶气、游离气量;划分了煤层气井排采的游离气运移阶段和煤层气的解吸阶段;指出煤层气排采流体效应的主要影响因素是储层压力和受煤孔径结构控制的煤层气解吸特征。该研究成果对煤层气井排采制度的确定具有指导意义。