沁水盆地南部煤层气解吸影响因素及数值模拟

以沁水盆地南部晚古生界山西组3#煤层、石炭系太原组9#煤层和15#煤层为主要目的煤层,在总结煤层气解吸影响因素条件的基础上,从地质和工程2方面出发,结合数值软件模拟计算,研究了煤厚、有效埋深、孔隙度、渗透率、含气量、含气饱和度、煤储层温度、压裂以及井距对煤层气解吸的影响,探讨了沁水盆地南部煤层气解吸影响因素特征及其对煤层气井产能的控制作用。     

沁水盆地南部煤层气单井产量影响因素敏感性分析

沁水盆地南部是我国煤层气研究与开发的热点地区,煤阶属于中~高阶煤,影响其煤层气井产气能力的主要地质因素有煤层厚度、含气量、渗透性、含气饱和度、构造条件和煤层的压裂改造效果等。本文在多年煤层气勘探开发取得的成果基础上,运用数值模拟技术,量化研究煤层气单井产气量对各项地质参数在沁水盆地南部煤层常见的分布范围内的敏感程度,在开发生产实践和开发方案编制中,可以其作为煤层气开发单元划分和高产富集区优选的参考依据。     

潘庄区块煤层含气性分布规律及地质控制因素分析

基于沁水盆地南部潘庄区块主煤层的含气性特征,从煤阶、显微煤岩组分、构造、水文地质条件等4个方面探讨了影响该区块主煤层含气性的地质控制因素。结果表明:区块煤层含气性具有2个典型特征,太原组15号煤层含气性好于山西组3号煤层,与水力逸散作用对太原组煤层气保存条件破坏相对微弱的特点相关;含气饱和度随埋深加大呈现先减后增的变化,转折点埋深约500 m。同时发现,该区块随煤阶增高,含气量、孔隙度、吸附性均呈先升后降的变化,认为这是第4次煤化作用跃变对煤层气地质条件控制效应的具体体现;煤层含气量显现为次级向斜控气的典型特征。     

寺河矿区西二盘区煤层气井抽采效果评价

为解决寺河矿区生产期间瓦斯浓度高的潜在安全问题,对寺河矿区西二盘区进行煤层气井排采,在石炭系太原组和二叠系山西组的3~#煤层、15~#煤层的煤炭地质、煤层气地质等资料的基础上,对相应煤层的含气特性进行了综合分析。数据研究表明,寺河矿区西二盘区主煤层在一定排采时间内,瓦斯浓度有降低的趋势,同时得到含气量实际降低的结果,通过生产数据拟合、参数修正预测了煤层气产能及未来含气量随时间抽采变化的规律。     

煤储层开发动态地质评价理论与技术进展

项目组以沁水盆地、鄂尔多斯盆地等为研究对象,取得了煤层气高产井区地质控制模式、煤储层物性动态规律与数学模型、多层叠置含煤层气系统、煤层气开发解吸阶段数值描述等4项理论认识;形成了煤层水及孔隙低场核磁共振表征、煤层气有利建产区地质综合评价、多层叠置含气系统煤层气递进排采地质设计、煤储层开发地质动态评价等4项评价技术;研发了多煤层多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统、煤层气直井流体参数探测仪、煤层含气量天然源超低频电磁探测仪等3套装备,初步形成了适合于研究区地质条件的煤层气开发地质保障技术体系框架,为满足煤层气大规模开发需求提供了参考。     

煤矿区煤层气抽采的多物理场耦合模型及应用

基于考虑煤岩膨胀应力作用的有效应力原理,建立了考虑由瓦斯压力引起的煤基质变形和有效应力耦合效应下的煤储层渗透率动态变化模型,以煤岩变形的应力场方程和煤层瓦斯渗流方程为桥梁,构建了煤层气抽采的多物理场耦合模型。以沁水盆地南部二叠系山西组3#煤层为地质模型进行应用分析,运用Comsol Multiphysics多物理场数值模拟软件,对不同煤层参数及不同工况条件下煤矿区煤层气抽采的孔隙压力场变化规律进行分析,研究发现:煤层气抽采主要受煤层埋藏深度、煤层孔隙度和渗透率影响较为明显,而受抽采负压大小的影响较小。     

基于PCA-Kmeans++的煤层气多属性融合聚类分析方法研究

将基于PCA-Kmeans++的多属性融合聚类技术应用于沁水盆地南部3#煤层的储层预测中,对融合聚类属性进行分析,确定有利储层分布。首先提取常规的叠后地震属性、叠后波阻抗反演以及叠前AVO属性;然后利用PCA主成分分析方法,得到贡献率最大的几个主成分分量;最后通过Kmeans++无监督机器学习算法对主成分分量进行融合和聚类。实际资料应用结果表明,PCA-Kmeans++方法可以融合各个属性的特征,能够更加清晰地反映地质异常体的分布特征,为沁水盆地南部煤层气及类似储层的预测提供了一种可行的方法。     

山西省沁水煤田武乡蟠龙西煤层地质特征及煤层气概要评价

研究区位于位于晋获褶断带的西侧,沁水块坳的东缘,区内含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组,含煤地层总厚为173.53m,共含煤16层,煤层总厚为10.39m,含煤系数为5.99%。在收集区内及周边22个钻孔及地质资料的基础上,对区内含煤地层、可采煤层的赋存层位、特征及煤质特征、煤层气进行评述,总结了区内煤层的特征、分类、用途及煤层气的含量分布特征。     

高丰度煤层气富集区地球物理识别

为预测煤层气富集区,通过地震反演和地震属性分析,获得了煤层含气量、地质构造、煤层厚度、煤层结构、煤层顶、底板岩性和裂隙等地震地质参数,基于地球物理信息融合方法对煤层气富集区进行了预测。研究结果表明:随着埋藏深度增加,煤层厚度增加,煤层含气量呈增加趋势;向斜轴部隆起带煤层含气量大,背斜轴部凹陷区煤层含气量相对较多;构造煤分布区一般煤层气较富集;煤层直接顶底板为泥岩,则煤层含气量一般较高;裂隙的存在会对煤层气含量有一定影响。研究认为,煤层埋深、煤层厚度、结构、构造和顶底板岩性等参数是控制研究区煤层气富集的主要地震地质因素,基于地球物理信息融合对煤层气富集区进行预测,可以避免单一地震地质因素预测的局限性,有助于提高预测精度。     

封闭层对煤层气含量控制作用研究

煤层上下一定层段内的岩性组合特征，是煤层气富集的影响因素之一。本文引入封闭层的概念，并从封闭层的岩性和厚度方面对封闭层的重要性做出论述，用封闭系数对封闭层进行定量评价。并以沁水盆地南部煤层气开发区的樊庄地区和浦池地区为例，对3号煤层的封闭层特征进行了定量评价，建立了封闭层与煤层气含量的关系。研究表明，封闭系数与煤层气含量呈正相关关系。此关系在封闭系数空间展布图中的反映是：封闲系数高值区，含气量值较高；封闭系数低值区，含气量值较低。封闭系数的提出，为煤层上下岩层对煤层气富集影响的中、小尺度研究提供了定量化的方法。     

基于AHP和模糊数学评价地质构造对煤层气产能的影响

为了发现地质构造对煤层气井产气效果的影响规律,以沁水盆地长治区块为研究对象,引入煤层厚度分异系数表征构造复杂程度,应用层次分析法对区块构造复杂程度系数进行了评价,依此进行了构造单元划分,结合各构造单元煤层气赋存的地质条件、储层物性和含气性等因素对煤层气井产能影响的模糊数学分析结果,建立了地质构造对煤层气井产能的AHP-模糊数学评价方法。研究表明按照地质构造复杂程度可将长治区块划分为构造简单区、构造较简单区和构造中等发育区3类,根据煤层气井产能的AHP-模糊数学计算结果,分值由高到低依次为:构造较简单区、构造简单区、构造中等发育区。即对于长治区块而言,构造较简单区内煤层气井的产能最大,其次为构造简单区,而构造中等发育区内煤层气井的产能最小。区内不同构造单元的煤层气井产气、产水效果,以及排采曲线特征表明,本次评价结果与实际相吻合,在一定程度上反映了构建的地质构造对煤层气井产能的AHP-模糊数学评价方法的合理性,可为区块煤层气井位优选和产能提高提供借鉴。     

复杂地质条件煤层气藏群井排采压力分布规律研究

建立了考虑气体吸附、解吸引起的煤基质孔隙变形与孔隙气体压力耦合作用的煤层气藏渗流数学模型,并基于阜新刘家煤层气藏建立了复杂地质条件下褶曲状的煤层气藏地质模型,对比分析了煤层气排采过程中普通储层和复杂地质条件储层的压力变化。模拟得到：煤层气井排采引起的压力分布为沿面割理渗透率方向扩展的椭圆形漏斗,复杂地质条件煤层气藏储层压力主要沿岩墙和断层等封闭条件的走向方向降落;LJ-1~LJ-4四口井处于断层和火成岩三面封闭的条件中,在排采135 d后产生共同的压力降落圈,LJ-5~LJ-8由于处在两道岩墙和两条断层地面四面封闭的环境中,排采45 d形成共同的压力降落圈。同样条件下,无封闭边界构造的普通储层在排采75 d后,7口井周形成共同的压力降落圈。根据煤层气井距岩墙和断层远近的不同,普通煤层气藏气井产量与复杂地质条件煤层气藏气井产量出现3种不同的变化形态。     

潘庄区块煤层气井层间干扰数值模拟研究

以沁水盆地南部潘庄区块W01井为研究对象,运用Comet3数值模拟软件拟合了3#、15#煤层的实际排采数据,反演了煤储层的渗透率、含气量等煤储层参数,引入干扰系数的概念,采用控制单一变量的方法,讨论了储层参数对层间干扰系数的敏感性,并通过模拟单采、合采条件下煤层气产量及储层压力的变化,探讨了煤层气井排采过程中层间干扰的形成机制。研究表明:合层排采时,层间干扰程度随着煤层气井开发呈现先减小后增大再减小的特点;渗透率、孔隙度、朗氏体积是层间干扰的主要影响因素,原始储层压力的影响较小。     

沁南煤层气井产能影响因素分析及开发建议

通过比较山西沁水盆地南部57口煤层气井在1.5 a时间内的产气产水特征,分析了影响该区煤层气井产能变化的地质及工程特征因素,并提出相应的开发建议。结果显示:煤层埋深及地下水动力条件、含气量以及气井所处的构造部位是影响沁南煤层气井产能的主控地质因素;开发前的煤储层压裂改造规模、井底流压下降速度以及排采速度是重要工程因素。同时,提出了相应的参数指标:500~700 m的埋深,大于15 m3/t的含气量;早期排水期,采取比较大的降压幅度和比较大的排采冲次,分别为0.022 MPa/d和3.0次/min;出现产气高峰后,开始缓慢降压和降低冲次,分别为0.002 MPa/d和0.4次/min。     

煤层气资源可动用性定性/半定量评价方法研究

煤层气资源可动用性是指由煤层水文地质条件和煤层压裂改造条件共同决定的煤层气资源开发动用的难易程度,煤层气资源可动用性评价与煤层气储集条件评价构成煤层气资源可采性评价的两个重要方面。通过沁水盆地柿庄区块和寿阳区块排采效果差异的分析对比,从煤系地层含水性、断裂构造、地应力状态和煤层与围岩的岩性组合4个方面深入讨论煤层气资源可动用性的评价问题,进而提出煤层气资源可动用性定性/半定量评价方法。研究表明:煤系地层的含水性对区块整体的煤层气资源可动用性影响很大;断裂的天然水力连通作用降低了井筒-压裂煤层系统的封闭性,导致断裂附近的煤层气资源可动用性弱,且煤系地层含水性越强,断裂附近煤层气井高产水的风险就越大,煤层气资源的可动用性就越弱;煤层所处的地应力状态和围岩的岩性组合共同构成井层煤层气资源可动用性的客观条件,地应力状态影响人工压裂缝的方位,对可动用性产生重要影响,而煤层与围岩的岩性组合客观上决定煤层气的可动用性,但结合应力状态、水平应力强度和压裂规模的综合分析,才能做出更科学的判断。煤层气资源的可动用性评价方法基于层次分析的思想,综合考虑了煤系地层含水性、断裂、地应力状态和煤层与围岩岩性组合4个方面,可应用于煤层气选区评价和井层优选。     

高煤阶煤层气富集机理的深化研究

高煤阶煤层气资源相对丰富是中国煤层气资源的重要禀赋之一,实现高煤阶煤层气大规模商业化开发突破是中国煤层气产业的世界贡献.以沁水盆地为代表的高煤阶煤层气生产基地是目前中国煤层气产量的主体来源,基于沁水盆地等高煤阶煤层气勘探开发工程实践数据和大量研究工作积累,开展了高煤阶煤层气富集机理的系统深化研究.研究工作表明:区域岩浆...     

地震在煤层气勘探开发中的应用

该文研究了地震在煤层气勘探开发中的应用问题,首先利用偏移剖面控制构造特征和煤层的底板形态;再结合钻孔和地震资料确定煤层厚度,在此基础上预测煤储层孔隙度,估算煤层储量,为煤层气勘探开发提供多方位的地质信息。实践表明,地震资料的合理应用,可以确保煤层气开采井的正确布置,降低煤层气开发风险。     

沁水盆地煤层气地震储层预测技术方法研究

随着三维地震勘探技术在沁水盆地郑庄煤层气示范区的实施,煤层气地震储层预测技术方法研究得以更好的开展。采用岩石地球物理分析、拓频、分频及波阻抗模型反演等方法,开展了煤层分布范围、厚度变化的预测,采用正演模拟、地震频率衰减及弧长属性计算等方法,开展煤层气富集区预测。郑庄煤层气示范区三维地震储层预测效果明显,为井位部署、储量...     

煤层气储层异常压力的成因机理及受控因素

在煤层气储层压力的内部和外部成因分析的基础上，重点从生烃条件﹑保存及封盖条件、水动力条件3方面分析了煤储层异常压力的形成机理及控制因素.根据沁水盆地煤炭开采阶段收集的大量地层压力资料，研究了影响该地区煤层气储层异常压力的主要控制因素及其时空匹配，分析了压力封闭和泄露的地质条件，重点对沁水盆地的异常压力的成压机理进行了探讨，得出造成沁水地区异常低压的主要原因是生烃作用停止以及构造抬升造成煤层气大量逸散.     

沁南西—马必东区块煤层气高效建产区优选技术

沁水盆地南部是我国目前规模最大的煤层气生产基地,浅部开发工程布置的逐渐完成,必然要将眼光转向深部,开采难度增大。为此,准确圈定高效建产区尤为重要,沁南西—马必东区块正是如此。面对这一新的技术挑战,分析深部煤储层特点,结合沁水盆地南部前期煤层气井生产实践,首先划分出资源基础、产气条件、储层可改造性3个优选层次,进而从含气性、渗透性、疏导性、可采性四个方面提出了高效建产区优选标准和流程,形成了"三层四性"高效建产区优选技术。研究认为,建产区开发潜力体现为关键地质条件指标的组合,包括高于经济极限的煤储层含气量,单位长度微裂隙总宽度≥50μm,可疏导指数≥30 nm,地应力状态处于垂直应力≥最大水平主应力≥最小水平主应力或最大水平主应力≥垂直应力≥最小水平主应力状态,以原生—碎裂结构煤为主,局部构造相对简单,可动用面积≥30%等。基于这一标准,在沁南西—马必东区块优选出3个高效建产区,部署了5口试采井,获得单井日产气量2 000 m~3以上的实施效果,验证了优选技术方法的可靠性,为沁水盆地深部煤层气区块高效建产区优选提供了技术示范。