煤岩储层应力敏感性及其对气井开发的影响

以沁水盆地3#煤为研究对象,对煤岩储层渗透率应力敏感性进行了实验研究,建立了以储层原地有效应力为初始点的渗透率应力敏感性评价方法。结果表明,该方法能够真实反映储层岩石应力状态,有效应力和无因次渗透率之间较好的符合二项式关系。利用扫描电镜和恒速压汞实验,分析了煤岩储层应力敏感性机理。孔隙大小和形态的改变对渗透率应力敏感影响较小,而孔喉大小和形态的改变以及微裂隙的开度决定了渗透率应力敏感程度。结合二项式方程,从理论上计算了渗透率应力敏感性对煤层气井产能的影响。计算结果表明,在气井井底附近煤岩储层中存在渗透率漏斗,距离井筒越近的储层,渗透率变化越大;在远离井筒的区域,渗透率变化较小。渗透率应力敏感性影响煤层气井产能,且初始渗透率越小,产能降低越严重。     

煤层气储层水锁伤害影响因素及防治措施研究

煤层气储层因其独特的孔隙特征以及割理组成,在勘探开发过程中极容易产生水锁伤害,从而影响煤层气的开发效果。以鄂尔多斯盆地某煤层气储层为研究对象,评价了煤样含水率、渗透率、表面润湿性以及入井流体表面张力对煤层气储层水锁伤害的影响。结果表明,煤样含水率越高,渗透率越低,接触角越小,入井流体的表面张力越大,煤层气储层的水锁伤害率越高,伤害程度越严重。在此基础上开展了水锁防治措施的研究,优选出了性能优良的防水锁剂HRJ-D,并对其性能进行了评价。现场使用防水锁剂HRJ-D的煤层气井日产气量比未使用的邻井大幅提高,表皮系数显著下降,说明HRJ-D有效降低了水锁伤害程度,提高了煤层气井的产量。     

煤岩气相渗透率变化类型及判别模式

煤岩气相渗透率变化类型具有多样性。针对我国32个煤矿的不同变质程度煤岩样品(制备54个岩心柱),开展气相(CO2)渗透率动态变化规律研究,基于气体反弹压力和渗透率伤害率2项指标,划分了煤岩气相渗透率变化类型;结合煤岩煤质数据,建立了渗透率变化类型判别模式。我国煤岩气相(CO2)渗透率变化主要表现为下降型、反弹型和上升型3大类,包括8个小类;通过最大镜质组反射率—初始渗透率、惰镜比(惰质组含量与镜质组含量之比)—初始渗透率、固灰比(固定碳含量与灰分产率之比)—初始渗透率和惰镜比—固灰比交会图法,可有效识别煤岩气相渗透率变化类型,为优选有利的煤层气开发储层提供依据。     

煤层气含量的主控因素——以卡拉哈里盆地XX区块为例

煤层气含量是煤层气资源评价、开发部署和经济评价的重要指标,通过大量实验分析,对卡拉哈里盆地XX区块煤层气含量主控因素进行研究。结果表明,煤岩有机质显微组成中镜质组经历凝胶化作用、惰质组经历丝煤化作用,富含镜质组的煤岩具有较高生气量及较强吸附能力,富含惰质组煤岩的生气能力和吸附能力较差。煤阶控制煤层气生成、煤岩储层孔隙及割理发育,当镜质组反射率小于0.5%时,为生物气形成阶段,生气量小,煤岩原生孔隙发育,吸附能力差,煤层气含量低。当镜质组反射率为0.5%~4.0%时,煤岩有机质经历热降解和热裂解作用,生气量大;随着镜质组反射率的增大,煤岩微孔隙和割理增多、比表面积显著增加,含气量逐渐增大。当镜质组反射率大于4.0%时,煤岩微孔隙和割理减少、比表面积显著减小,煤层含气量减少。煤岩灰分含量与吸附能力呈负相关,煤岩灰分含量越少,吸附能力越强,煤层气含量越高。另外,煤层顶板岩性致密、渗透性差,煤层气含量相对较高;远离断层的煤层气保存条件相对较好,煤层气含量相对较高。     

沁南地区高煤阶煤储层水敏效应及其控制因素

在煤层气开发过程中,工作液与煤储层不匹配时会造成水敏效应,导致煤储层渗透率降低,影响煤层气井产能。对煤储层进行水敏效应评价并探讨其主控因素,对提高煤层气开发效率具有重要意义。沁南地区高煤阶煤储层具有低孔低渗透特征,常规水敏实验方法已不适用,因此研究提出了煤储层水敏评价的新方法,采用气测渗透率取代传统的水测渗透率来表征煤岩水敏损害程度,并对沁南地区典型煤岩样品进行了测试。结果表明:沁南地区煤储层水敏损害率介于弱敏感到中等偏强之间,且以弱敏感为主;制约水敏效应的因素有煤储层渗透率、粘土矿物含量和粘土矿物赋存方式;煤储层渗透率越低,粘土矿物含量越高,水敏损害率越大。煤储层中粘土矿物的赋存方式有2种:煤岩裂隙填充与煤岩基质中植物细胞腔填充,且粘土矿物填充于煤岩裂隙的水敏损害程度高于填充于煤岩基质的水敏损害程度。     

煤层气储层应力敏感性指标适应性评价

现有的应力敏感模型较多,但是各类应力敏感模型在煤层气储层中的适用性缺乏系统的对比与评价。文章梳理了现有煤层气储层应力敏感性评价模型,并基于不同煤阶应力敏感性实验数据,评价了各模型的适用范围。结果表明,不同模型评价指标适应性不同,应力敏感性评价不能简单地将现有指标进行笼统应用。指数型或幂律型应力敏感模型中的指数不随有效应力变化,可以用于煤层气井间横向对比及储层有利区优选;考虑最大有效应力影响改进后的应力敏感模型可用于同一区块煤层气井间应力敏感性评价;Meng等人提出的应力敏感性系数适用于单井在不同排采阶段、不同有效应力条件下的应力敏感性对比分析;不可逆渗透率损害率表征了有效应力加载过程中煤样塑性变形程度,适用于煤层气井排采过程中流压波动对储层渗透率的伤害评价。     

考虑应力作用的煤岩水相自吸实验研究

我国煤层气储层渗透率普遍偏低,为达到合理产能需进行压裂改造。煤层气储层裂隙发育导致压裂液滤失严重,强吸附能力使流体得不到有效返排,造成储层损害降低了渗流能力,大大削弱了增产改造的效果。开展了煤岩水相自吸实验,系统研究了煤岩水相自吸特性及应力状态的影响。结果表明,煤样渗透率越高自吸速率越大,自吸曲线可以分为自吸和扩散吸附2段,考虑应力作用自吸速率降低近一个数量级,揭示了煤岩物性和应力条件是煤岩水相自吸的影响因素。通过煤吸附水机理和煤岩孔隙结构分析指出,煤表面与水的相互作用和毛细管压力决定了水的自吸特性。研究获得的认识对煤岩气藏水相圈闭评价、压裂方式优选和压裂液设计具有借鉴意义。     

构造抬升对高、低煤阶煤层气藏储集层物性的影响

构造抬升对高、低煤阶煤层气藏储集层物性的影响具有显著差异。低煤阶煤层主要为基质型孔隙，高煤阶煤层主要为裂隙型孔隙。煤岩储集层原地受力分析表明，构造抬升使得基质承受的压力降低。构造抬升模拟实验及煤基质、裂隙渗透率应力敏感性实验表明，构造抬升后煤层压力传导加速，割理开启，渗透率变大；基质渗透率比裂隙渗透率的应力敏感性弱。分析认为：构造抬升对高煤阶煤储集层物性影响明显，地层压力降低，割理、裂缝开启，裂隙渗透率显著增强；高煤阶煤层强烈抬升会使其渗透率增大，造成气体大量散失，对煤层气聚集不利；低煤阶煤层储集层物性受构造抬升影响较弱，由于构造抬升，压力降低，煤层气运移速率增大，对煤层气开采有利。图4参19     

核磁共振技术在煤层气勘探中的应用

为了解决低孔低渗煤储层的孔隙度、饱和度数据测定和渗透率计算,克服常规实验中取心困难的问题,使用核磁共振技术、利用H核弛豫时间的规律性变化,通过对煤样进行不同饱和状态下的测试,测定煤样中可动流体、束缚流体等参数,得出了低孔低渗煤储层的孔隙度、渗透率数据,为煤层气勘探提供有效的孔隙度、渗透率数据,对煤层气的排采、开发具有重要意义。同时,数据表明:煤储层中,孔隙度、可动流体饱和度越大,渗透率越高。     

固井水泥浆对裂缝割理发育型煤层气储层的伤害机理

我国滇东黔西地区煤层气储层割理、裂缝发育,破裂压力低,固井水泥浆(以下简称水泥浆)容易侵入煤层气储层,造成储层伤害以及储层改造破裂压力异常升高等现象。为了揭示水泥浆伤害该类煤储层的机理,在分析煤岩的理化性能和潜在伤害方式的基础上,通过CT扫描、电镜扫描等技术手段,直观分析煤心内部污染前后裂缝、孔隙结构发育情况与水泥浆在裂缝、孔隙中的侵入、堵塞情况,进而计算得到水泥浆和裂缝在煤心中的体积占比关系,建立了水泥浆伤害煤储层的定量评价方法。研究结果表明:(1)水泥浆及其滤液在压差作用下沿煤储层的裂缝侵入储层内部,其侵入程度随裂缝、孔隙发育程度变化,裂缝、孔隙越发育,侵入程度越高;(2)侵入储层内部的水泥浆经胶结固化后,形成的水泥产物在裂缝、孔隙中致密填充,并致密覆盖煤心表面,严重堵塞煤层气流通通道,表现出固化后的水泥产物使煤心渗透率降低、煤岩抗压强度升高,使后续压裂破裂压力异常升高,影响压裂改造效果;(3)水泥浆滤液对煤岩的碱敏、速敏影响程度远小于水泥浆侵入对煤岩的伤害程度。结论认为,所建立的水泥浆污染煤储层的定量评价方法对提高煤储层固井质量、保证煤层气高效开发等都具有指导作用。     

低煤阶煤层气成藏模式和勘探方向

中国低煤阶煤层气资源丰富，但勘探和认识程度较低，煤层气成藏的主控因素和富集规律认识不足。在分析国内外不同盆地、不同区块低煤阶煤层气含气量随埋深变化趋势差异的基础上，从现今和古水文地质条件两个方面，探讨了中国低煤阶煤层气成藏的前提条件，分析了成煤环境对含气量的影响。研究结果表明：①低阶煤（R_o<0.65%）主要分布于埋深<1 200 m的中-新生界煤系地层中，低煤阶煤层气主要是次生生物成因气；②低煤阶煤层气含气量随埋深总体呈现先增加后降低的趋势，普遍存在"最佳深度"这一特征，现今淡水入渗或古淡水入渗水文地质条件是次生生物气生成的前提条件；③除淡水入渗水文地质条件控制低煤阶煤层气的生成与富集外，煤岩组分、煤层厚度、煤岩顶底岩性以及煤岩物性等储层特征对含气量也有重要影响；④低煤阶煤层气存在盆缘斜坡带新近成藏和小型断陷古成藏两类成藏模式，指示了低煤阶煤层气勘探的两个方向。     

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煤层气作为一种非常规天然气，其运聚机制和气藏模式与常规天然气均不相同，这些都直接制约了我国煤层气产业化的进程。利用高温、高压岩心测试分析技术为基础，充分考虑煤层气的吸附解吸特性，嫁接常规天然气成藏模拟技术，建立了国际上第一台煤层气成藏模拟具有重要科学意义。煤层气成藏模拟装置能模拟煤层气储层的温压特征，探索煤层气运聚机制，特别是煤层气藏是如何保存的，煤层气如何运聚的，煤层气藏压力系统是如何变化的。模拟技术充分考虑煤层气保存条件、煤层气运聚规律、水文地质条件开展了卓有成效的模拟工作，在沁水高煤阶区域和吐哈低煤阶区域开展对比模拟，取得了以物性变化二元论为代表的一批新成果，查清了渗透性和水文地质条件对高低煤阶煤层气的控制作用。     

澳大利亚东部S区块煤层气储层特征及有利区预测

开发技术较成熟、需求量大等为澳大利亚东部S区块的低煤阶煤层气开发提供了良好的条件,但是缺乏系统性的关于低煤阶煤层气储层特征的研究。利用研究区的低煤阶煤层气区块的钻井、测井以及煤岩取心分析等资料开展煤层发育、煤质特征、储层物性、含气性以及保存条件等储层特征的研究。在此基础上,利用多层次模糊评价方法预测S区块的开发有利区。结果表明：澳大利亚东部S区块发育有6套中-高灰分长焰煤,累计厚度25 m,宏观上煤质以半亮煤-亮煤为主,显微组分中镜质组含量最高;孔隙结构以中孔和大孔为主,割理和裂缝较发育,渗透率为399.85 mD;含气质量体积平均为3.65 m³/t;良好的水文地质条件以及温度压力系统也在一定程度上保证了煤层气的富集。开发有利区分布主要受到含气量、累计厚度以及渗透率等因素控制。综合认为：澳大利亚东部S区块低煤阶煤层气资源具有较好的开发潜力。     

中国煤层气勘探开发战略接替区优选

现阶段中国煤层气探明储量及产量的增长主要依靠沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘等几个煤层气产业基地,急需寻找一批勘探开发战略接替区。为此,基于对我国煤层气资源、生储、保存、开发基础等条件的研究成果,总结了影响中国煤层气勘探开发的8个普遍因素(资源丰度、煤层厚度、含气量、原始渗透率、埋藏深度、水文地质条件、煤系沉积环境和地形地貌)和4个关键因素(成因类型、稳定性、后期储层改造和煤体结构破坏程度)。对比分析结果表明:中国西北低煤阶区、东北中低煤阶老工业区和西南中高煤阶构造复杂区,是我国继华北地区之后煤层气产业持续发展的重点区;上述3个重点区的煤层气赋存主控因素分别是成因类型+煤层稳定性、成因类型+岩浆侵入对煤储层改造、煤层稳定性+煤体结构破坏程度,并以此建立了中国煤层气勘探开发战略接替区的优选评价体系。采用多层次模糊数学的方法对上述3个重点区的15个区块进行了评价,共优选出了8个有利接替区和7个较有利接替区,预测煤层气地质资源总量达1.8×10~(13)m~3;8个有利区分别为西北的准东煤田五彩湾—大井地区、吐哈煤田哈密—大南湖地区和陇东煤田,东北的依兰煤田、鹤岗煤田和珲春煤田,西南的川南煤田和水城煤田,它们是近期可以进行煤层气勘探和试验开发的目标区。     

鄂尔多斯盆地上古生界流体压力分布与成因

鄂尔多斯盆地上古生界的流体压力从一个侧面反映了盆地内的天然气藏类型。深盆气表现为区域的负压异常,且随气层埋藏深度变大和煤层Ro的增大,负压程度越来越大;与构造有关的气藏,则普遍表现为静水压力或正异常压力特征。深盆气的负压特征与区域性的构造抬升剥蚀有关,负压程度的不同则受煤层成熟演化程度的控制。盆地腹部高演化程度区的煤层高生气强度和地层水的高汽化程度,使盆地腹部天然气"湿度"小,比重小,压力系数低;向盆地边缘方向随热演化程度变低,天然气"湿度"变大,比重变大,压力系数升高。深盆气区压力系数的规律性变化反映了天然气近距离运移和就地成藏的特征。     

钻井压力对煤层的伤害

钻井施工是造成煤层气储层损害的一个重要环节,钻井压力必然导致煤岩周围应力的改变,由于煤岩易脆易压缩的物理性质和复杂有机沉积物的化学性质以及特殊的基质孔隙和割理组成的孔隙结构,使得煤层气储层更易随外部应力变化使其渗透性遭到损害。本论文首先分析了钻井压力对地层损害的机理;然后通过应力敏感性实验以及渗流规律实验,研究了在钻井过程中压力改变对煤岩渗透率的影响;最后通过固相颗粒侵入实验研究了钻井压力对固相颗粒侵入深度的影响。     

低渗煤储层背景下高渗带主控地质因素及模式

沁水盆地南部郑庄区块相邻煤层气井地质条件和开发工艺基本相同,但产气量却有巨大差异。针对这一现象,利用构造裂隙填图、煤体结构测井解释、裂隙特征压裂曲线反演、构造曲率分析等技术,分析了煤储层裂隙系统的发育特征;从古地应力场演化、原地应力测试入手,讨论了煤储层裂隙优势方向上有效应力对渗透率的控制作用。研究认为,煤储层裂隙系统的发育特征和优势裂隙方向的有效应力,是低渗背景下高渗带的主控地质因素。建立了3种渗透率发育地质模式：一是裂隙系统发育适中与有效应力匹配型,煤储层渗透率高,煤层气井产量高;二是煤储层裂隙系统过度发育型,无论有效应力适中或者过高,两者条件均不匹配,储层渗透率较低,产气量低;三是有效应力过高型,无论裂隙发育程度如何,均会导致煤储层渗透率较低,产气量低。研究成果对于相似地质条件的煤层气区块内高渗带预测具有借鉴意义。     

考虑煤粉堵塞影响的煤储层渗透率模型及其应用

为了准确预测煤层气井生产动态、制订合理的排采制度,建立了考虑煤粉堵塞影响的煤储层渗透率模型,然后基于该模型对保德区块、沁水盆地、柳林区块、韩城区块、黄陇煤田共15组煤样的室内煤样速敏实验数据进行了拟合,求得各煤样的渗透率模型;在此基础上,将建立的煤储层渗透率模型引入到前期编制的煤层气井动态分析软件中,并进行了2口煤层气井的生产历史拟合;以其中一口煤层气井(W1井)的拟合参数为基准,研究了煤粉堵塞参数对煤储层渗透率及煤层气井生产动态的影响。研究结果表明:①所建立的考虑煤粉堵塞影响的煤储层渗透率模型能够定量化描述煤储层渗透率随流体流速的变化,同时该模型可以被嵌入到煤层气数值模拟软件或煤层气井动态分析软件中,应用范围广;②保德区块煤储层渗透率受煤粉堵塞的影响相对较小,而煤粉堵塞对于沁水盆地、黄陇煤田煤储层渗透率的影响不可忽视;③理论最大渗透率损害率(D_(max))和渗透率损害率指数(n)越大,煤粉临界堵塞流速(v_(cr2))和0.5D_(max)对应的相对流速(v_(0.5))越小,煤粉堵塞对煤储层渗透率的影响越显著;④为减小煤粉堵塞对煤层气井产能的不利影响,在排采过程中尤其是产气初期,要适当减小生产压差,以避免对煤储层渗透率造成恶性伤害。     

中国高煤阶煤层气成藏特征

国内学者普遍认为高煤阶煤层由于其演化程度较高、割理不发育、煤层的渗透率极低而低估了勘探前景，以至于形成了煤层气勘探的“禁区”。中国地质条件和含煤盆地的构造活动要比美国复杂得多，煤层气的生成和富集有着自身的特点，而且多数煤层在其沉积后经历了多个期次、多个方向的应力场改造，而且大部分高煤阶形成与岩浆热变质事件有关。这些因素使得高煤阶的气体成因、物性特征、水文地质条件、含气性和成藏过程等都与低煤阶和国外高煤阶明显不同，有可能形成煤层气高产富集区，形成煤层气勘探的有利地区。     

注气提高煤层甲烷采收率机理及实验研究

该文讨论了采用注气方法提高煤层甲烷采收率的机理,认为注入的气体在增加储层能量的同时,还可以与煤层甲烷产生竞争吸附或置换驱替效应,从而提高煤层甲烷的采收率。通过煤对纯甲烷气体和甲烷-氮气、甲烷-二氧化碳二元气体的等温吸附和解吸实验,分别获得了它们的Langmuir方程,并对它们的理论最大采收率进行了对比分析。结果表明,在含气量相同的情况下,煤层中二元气体的理论最大采收率比纯煤层甲烷的理论最大采收率要高得多。