煤层气藏的不均一性与煤层气勘探开发

煤层气藏的不均一性远比常规天然气藏明显。其源于煤储层岩石物理成分的极不均一、煤储层中孔隙系统的不均一以及外部封闭保存条件的改变。煤层气藏的普遍不均一性对煤层气勘探选区的评价有明显的影响,也会影响到勘探井网的优化部署。煤体几何形态、夹矸分布及煤相分析,不同煤相的煤储层孔裂隙系统分析,煤层气藏外部封闭分析等均为煤层气藏不均一性分析的重要内容。      

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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。     

煤层气储层孔隙纳米尺度表征的研究进展与展望——精细、量化与机理耦合

煤储层的纳米孔隙特征是决定煤层含气性的关键因素。为进一步明确、总结煤层气储层纳米孔隙的研究进展,针对煤储层纳米孔隙表征这一问题,开展国内外文献系统调研与总结归纳工作。结果表明,煤储层纳米孔隙表征涉及多领域、多学科方法、技术,从定性到定量再到影响气体赋存运移机理,是煤储层纳米孔隙表征的研究方向;对20 nm以下孔径纳米孔隙的准确量化表征是关键难点。进一步丰富研究手段,定性定量表征结合,提高表征精度,综合考虑沉积环境、演化程度、构造运动及开采过程气体运移多个因素对煤纳米孔发育的影响,并在真实表征的基础上加深煤层气赋存、扩散、运移机理的研究,将是煤纳米孔研究的重要方向。总结归纳煤储层纳米孔隙表征的研究进展,有为煤层气赋存富集机理、勘探开发提供科学依据与参考的重要意义。     

低煤阶煤储层物性演化特征及其对储层评价的影响

“第一次煤化作用跃变”使煤储层的物性在煤化作用早期阶段发生了显著的变化。鉴于这一物性动态变化特征,为厘定煤化作用跃变前后低煤阶有利煤储层的评价参数和标准,在系统采集中国主要盆地低煤阶煤岩样品的基础上,通过系列实验分析手段,研究了早期煤化作用过程中低煤阶煤储层的物质组成、孔隙-裂隙系统、储层物性等方面的变化规律。在煤化作用早期阶段,孔隙类型的变化主要表现为原生孔的破坏与收缩、后生孔和割理的形成。储集空间由以发育大孔和中孔为主的孔隙型分布,逐渐变化为以发育孔隙、裂隙为主。从褐煤到低煤阶烟煤,随着煤化作用进行,煤储层的孔隙度呈现出先快速降低之后缓慢增高的趋势;渗透率整体呈现增高的趋势;甲烷的吸附能力逐渐增强,吸附气比例逐渐增加。在详细描述"第一次煤化作用跃变"前后低煤阶煤储层的孔隙类型、孔径分布、孔隙度、渗透率及气体赋存方式的基础上,提出了褐煤与低煤阶烟煤储层评价参数权重与隶属度的差异化处理方法,以期为中国低煤阶煤层气的勘探开发提供科学依据。     

沁水盆地南部地区煤层气储层岩石物理实验

研究煤层气储层的岩石物理特征和储层参数计算模型是实现煤层气储层高效评价的关键。以沁水盆地南部煤层气储层为研究对象,采用线切割法加工技术获得实验室用煤储层柱塞岩心,对不同温度压力条件下的煤层气储层物性、声学等参数进行系统性实验研究。沁水盆地南部地区煤层气储层总体孔隙度与渗透率均达到了I类储层评价标准,但强非均质性导致煤储层渗透率变化范围较大,部分区域具有低、特低渗透率的特征,储层孔隙结构复杂多样,以微孔和小孔为主;煤层气储层纵横波速度之间具有良好的线性关系,利用波速与密度之间的关系以及纵横波速度之间关系可以研究岩性变化和预测含气性。     

核磁共振技术在煤层气储层评价中的应用

煤层气藏作为非常规天然气藏,具有一系列独特的物理、化学性质和特殊的岩石力学性质,因而使得煤层气在储气机理、孔渗性能、气井的产气机理和产量动态等方面与常规天然气藏具有明显的区别,表现出鲜明的特征。研究将核磁共振无损检测技术应用到煤储层的评价中,通过测试结果对比可知,核磁共振技术用于煤层气储层参数的检测结果是可靠的。该检测技术可为煤层气储层评价提供依据,进而正确评价和有效开发煤层气藏。     

高阶煤层气储层非均质性及其定量评价——以沁水盆地南部郑庄区块为例

煤储层非均质性影响煤层气开采。以沁水盆地南部郑庄区块3#煤层为例,开展高阶煤层气储层非均质性研究。采用变异系数定量评价了煤储层物性参数（含气量、吸附时间、宏观和显微裂隙密度）和煤岩学参数（显微组分和最大镜质体反射率）在储层纵向上的非均质发育特征。结果表明：煤储层参数层内非均质程度由强至弱依次为吸附时间（平均变异系数0.5246）、矿物质含量（0.4665）、总显微裂隙密度（0.4381）、总宏观裂隙密度（0.3143）、惰质组含量（0.2473）、镜质组含量（0.1125）、含气量（0.0877）和最大镜质组反射率（0.0135）。其中,吸附时间、矿物质含量和裂隙密度层内非均质性较强,是需要重点评价的储层参数。研究成果为煤层气储层非均质性的精细刻画以及定量评价提供了新的思路。     

煤层气地球物理测井技术现状及发展趋势

在煤层气勘探开发中.地球物理测井是识别煤层、分析煤层特性,评价煤层气储层的重要手段.煤层气储层具有非均质性和各向异性较强、孔隙结构复杂的特点,常规油气勘探中测井解释评价的基本模犁在煤层气解释中不能直接套用,必须建立适合煤层气测井的解释方法和模型,才能对煤层气做出正确评价.通过煤层气勘探开发测井技术应用调研,对煤层气测井采集技术、解释评价技术及面临的技术难题进行了阐述,指出当前煤层气勘探开发测井技术的发展趋势.认为我国未来煤层气测井技术的发展将向成像测井技术的应用、煤心刻度测井技术的应用,井中和井间地球物理技术的结合等方向发展.     

基于X-CT技术对黔西滇东区域煤储层物性特征的研究

黔西滇东区域是我国煤层气勘探开发的资源潜力区,近年来煤层气勘探和矿场试验显示该区具有良好的煤层气勘探开发潜力。通过X-CT技术系统研究了该区的煤储层物性特征。研究表明,X-CT扫描技术可以很好地识别矿物、暗煤、镜煤和孔隙这4种介质,它们的CT数分别为:>1 800,1 500~1 800,1 000~1 500,<1 000 HU,但是具体CT数又因样品而异;通过X-CT扫描技术估算得到的煤孔隙度值为3.33%~7.14%,矿物含量为0.11%~89.03%,与氦气法和工业分析法得到的结果相关性很好; X-CT切片分析结果显示在应力作用下,原生煤具有最强的均质性,糜棱煤具有最强的非均质性,初碎裂煤和碎裂煤介于两者之间,表明煤岩在没有受到应力作用之前,煤岩组成在轴向上的均质性相对较好,后期的应力作用造成了煤中的煤岩组分、孔裂隙以及矿物的分布不均匀,煤岩非均质性增强;通过煤储层三维模型的建立,定量表征了研究区煤中矿物质、孔隙以及裂隙的空间分布特征,实现了煤储层的三维可视化。      

煤层气储层渗透率变化规律的物理模拟实验研究

煤层气勘探中存在着煤变质程度差异性大和储层物性变化规律差异大的特点,这些特点直接制约着我国煤层气产业化的进程。利用煤层气成藏模拟装置模拟了煤层气成藏过程,探索了煤层气储层物性变化规律,分析了储层物性变化对煤层气成藏过程的影响。认为渗透率是影响高、低煤级煤层气成藏的主要因素之一,对其它影响成藏的因素仍需进行物理模拟,以完善成藏理论。     

四川古叙矿区大村矿段煤层气煤储层特征及改造效果

四川省南部（川南）煤田古叙矿区大村矿段煤层气勘探开发3年来,完成了参数井施工测试、测井及固井等工程,开展了煤储层研究和压裂改造试验。改造后,DC-1井、DC-2井、DCMT-3井产气量均达到甚至超过了500~1 000 m³/d的工业产能指标,表明该区煤层气地面抽采试验获得了重大突破。这是在我国南方大倾角、低-特低渗透率、薄煤层、高煤阶情况下取得的成功,意义重大！为此,从煤层气试验井网储层特征入手,分析该区煤层气开发的优势与劣势,科学合理地总结了射孔压裂排采方案在川南地区勘探开发煤层气的经验和不足,提出加快勘探试验步伐和扩大试验区、引进先进适用的勘探新技术等建议,以确保四川省煤层气成功进行规模化、商业化开发。     

大宁――吉县煤区含煤岩系沉积环境分析及其对煤层气开发的意义

大宁-吉县地区的煤层气地质条件复杂，主要表现在3个方面：①山西纽煤层厚度变化大，有明显的尖灭变薄现象；②与煤层气藏保存直接有关的煤层顸、底板的岩性与厚度有明显变化，造成控制煤层气富集与高产的因素组合关系复杂、煤层气藏类型较多和煤层气藏边界复杂；③水文地质条件多样。通过对含煤岩系沉积特征和古生物标志分析指出，该区含煤岩系是在稳定的地台构造背景上发育的一套海湾潮坪-三角洲充填沉积，从不同沉积环境条件下形成的煤储层岩石物理的特征看，三角洲沉积环境条件下形成的煤储层渗透性比较好。     

我国高低煤阶煤层气成藏的差异性

从煤层气成藏的气源条件、煤层的储集能力、煤层的物性、煤层的水文地质条件和成藏过程 等方面，分析了高煤阶煤层气和低煤阶煤层气成藏的差异性。在分析过程中考虑了构造热事 件对高煤阶煤层气藏物性的改造作用和生物气、游离气在低煤阶煤层气成藏过程中的作用。 最后,在分析煤层气成藏差异性的基础上,得出了高低煤阶煤层气藏的优点和缺点,指出中 国高煤阶煤层气和低煤阶煤层气均有开采价值。     

中国煤层气产业化开发的技术选择

中国煤层气藏具有低渗、低压、低饱和、构造煤发育、非均质性强烈以及高的构造应力场环境等地质特征,在对煤层气3种开发技术的特点和要求分析的基础上,认为在我国用常规垂直井开采煤层气具有很大的地质局限性,指出煤、气一体化开采是中国煤层气规模化、产业化开发的最佳技术选择,它包括在采动影响区进行地面井开采和较为成熟的井下抽放2个方面.     

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。     

煤层气甲烷碳同位素的特征及分馏效应

煤层气甲烷碳同位素值记录了煤层气成藏和开发过程中的一些有用信息。为此,测试了我国5个典型盆地、不同煤阶的72个煤层气样品的δ¹³C₁,从热演化过程、生物降解作用、解吸吸附过程、水的溶蚀作用4个方面分析了煤层气甲烷同位素的分馏效应。结论认为：从煤层气的成藏到开发的整个过程,其甲烷同位素的分馏效应是普遍存在的;根据这一特点,可以帮助判断煤层气的气源与成藏过程、判断煤层气井的开发状态及采收率、判断煤层水的活跃程度,从而更加精确地评价煤层气富集的有利目标区。     

基于地震AVO属性的煤层气富集区预测

为了判定AVO技术是否能够用于对煤层气的预测,研究了煤储层含气性与地震AVO属性之间的关系,获得煤储层参数与地震波弹性参数之间的关系式及其AVO响应特征,发现煤储层的含气量随纵波速度、横波速度、密度的增大而减小。对鄂尔多斯盆地大宁—吉县地区5#煤层进行了AVO数值模拟,并预测出其煤层气的相对富集区。AVO数值模拟结果表明,高产井所在的煤储层一般有较强的AVO异常。结论认为:利用AVO属性能够对煤层气的富集区进行预测并为煤层气井位的部署提供依据。     

沁水煤层气田开发技术及应用效果

沁水煤层气田是我国发现的第一个高煤阶煤层气田，开发试验证实煤层产气稳定，开发前景好，目前规模开发已全面铺开，实践证实影响气田开发效果的关键因素在于开发技术的选择。现主要采用直井/丛式井压裂排采和多分支水平井开发技术，在对上述两种技术的应用现状和开采效果进行分析的基础上，认为多分支水平井技术更有利于提高气井产量、加快采气速度、提高煤层气采收率，并且可以克服直井/丛式井压裂施工对煤层顶底板造成破坏以及地层应力变化对煤炭开采带来的不利影响。     

煤层气钻井技术的经济性分析

目前中国煤层气开发主要集中在低渗煤储集层区域,采用的钻井技术主要包括两种:一是常规直井技术,二是多分支水平井技术.基于两种钻井技术,首先在不考虑产能接替的情况下,针对相同井控面积对全直井方案和全多分支水平井方案进行比较;然后在考虑产能接替的情况下,针对相同设计产能对全直井方案和混合井型方案进行比较.采用投资回收期法和净现值法计算了各个方案在不同煤层气目标区实施后的经济评价指标,比较分析了两种钻井技术在未来中国煤层气开发中的技术经济潜力.认为,采用常规直井技术可以实现一定经济效益,是目前乃至今后一段时间的首选技术;多分支水平井技术更加适合低渗煤储集层开发,可以大幅提高煤层气产量,但钻井投资过高,风险较大,需要在钻井设备和技术人员逐步实现本土化后,再进行推广使用.     

我国煤层气藏特征及提高地面抽采效果的方法

煤层气藏与常规天然气藏相比,其赋存状态、成藏过程、气藏边界以及开采规律存在着本质差别,根据近年来我国煤层气开发的探索与实践,提出了依"势"布井的理念,应利用煤层中水的"重力势能",根据煤层重力场、地应力场、压力场的分布特征,合理选择井型,部署井网,提高地面抽排煤层气效果;认为对于煤层气多分支水平井,高的煤层钻遇率未必能够带来高的煤层气产量,实钻中的井眼轨迹控制应以井眼光滑、总体上倾为原则,避免出现"波浪状"井眼。分析认为,通过提高储层温度来提高煤层气产气量,以及开展构造煤的钻井技术研究,是今后煤层气开发的重要研究方向之一。