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。     

构造对高煤级煤储层渗透率的系统控制效应—以沁水盆地为例

以我国目前极具煤层气勘探开发价值的高煤级煤盆地——沁水盆地为例，并基于丰富的煤储层试井渗透率资料和煤层气赋存的构造背景，采用定性分析和定量分析相结合的方法，探讨了构造对高煤级煤储层渗透率系统控制效应。研究结果表明：构造样式对煤储层渗透率起着重要的控制作用；中等构造曲率有利于煤储层渗透率的提高；煤储层渗透率随现代构造应力场主应力差的增大呈指数形式急剧增加，但当埋藏深度大于临界深度时，这种控制作用越来越弱，而垂向应力的控制作用将占据主导地位.     

煤层气储层应力敏感性定量表征及影响因素研究

煤层气储层应力敏感性较强,对煤层气开发具有重要影响。采用不同区块天然煤样开展应力敏感性室内实验,应用应力敏感性系数和渗透率伤害系数2个参数评价了各煤样应力敏感性程度,并研究了煤阶、渗透率和储层气体压力等参数对煤岩应力敏感性的影响。结果表明:镜质组反射率R_o<1.7%时,煤阶越低,应力敏感性程度越大,渗透率伤害程度越高;而镜质组反射率R_o>1.7%时,煤阶越高,应力敏感性程度越大,渗透率损害程度越高;煤岩初始渗透率越高,应力敏感性系数越低,应力敏感性越弱,利用初始渗透率与其应力敏感性系数之间的经验公式可以估算煤岩应力敏感性,方便现场应用;储层气体压力越低,渗透率越高,越有利于煤层气开发,而煤岩应力敏感性系数和渗透率伤害系数也略高,需预防应力敏感性造成的渗透率伤害。      

多层次模糊评价模型在低煤阶煤层气区块优选中的应用——以澳大利亚东部A区块为例

相比于中高阶煤层气,低煤阶煤层气具有煤岩煤化作用低、含气量低、灰分含量高以及储层物性好等特点,针对于低煤阶煤层气区块的优选研究对于降低开发成本、促进产业发展等具有重要意义。以澳大利亚东部地区的低煤阶煤层气区块为研究对象,应用多层次模糊数学思路,结合区块低煤阶煤层气特征,优选累计厚度、含气量、灰分含量、可采储量、孔隙度、渗透率、含气饱和度、临界解吸比和原始地层压力作为评价指标,建立低煤阶煤层气的开发效果多层次模糊评价模型。在此基础上,结合评价指标权重系数与研究区三维地质模型构建低煤阶煤层气开发效果评价参数。以稳定期日均产气量3万m3、0.6万m3作为衡量标准,确定研究区的开发效果评价参数门限值为0.507和0.317,进行研究区开发有利区划分,实现基于多层次模糊评价模型的低煤阶煤层气区块开发有利区优选中的应用。在实际应用中,高中低产区内的已开发井的单井产气量与优选结果高度吻合,表明多层次模糊评价对于低煤阶煤层气有利区块优选具有很好指导意义。     

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煤层气主要以吸附状态赋存在煤岩基质中，只有当储层压力降低后才可以从基质中解吸出来，煤岩裂隙或割理中多被水充满，而裂隙与割理是煤层中的主要运移通道，煤层气需要通过排水（裂隙或割理）降压（煤岩储层）方式才得以采出，故煤层气的产量受煤岩性质、压力水平和两相渗流特征等多种因素的影响。文章分析认为，影响煤层气井单井产量的主要因素包括煤岩渗透率、孔隙度、吸附能力、含气量、临界解吸压力、相对渗透率等；为提高煤层气井单井产量，必须通过洞穴完井、压裂改造或水平井等方式，改善井底渗流条件，有效地降低井底流压，扩大压力波及范围，增加有效解吸区，扩展两相渗流区范围。为实现煤层气的规模开发，必须深化认识储层特征，结合地质实际，选择合适的开发技术。     

煤储集层解吸特征及其影响因素

中国煤层气储集层的解吸特征受多种因素影响,不同地区差异很大.煤层气解吸率一般在40%左右,多小于70%,主要与煤层原位含气量和储集层压力等因素有关.煤层气解吸时间主要为0.188 3～19.17d,随着煤阶的增高解吸时间有增大的趋势,其中以高煤阶煤岩吸附时间跨度最大,最高可达30d之上.统计大量实验数据发现,煤层形态、温度、煤阶、灰分含量、含气量、割理发育程度、沉积环境与煤岩类型是影响煤岩吸附时间的主要因素.根据数值模拟的结果,煤岩解吸量影响煤层气井的单井产量,解吸量越大单井产量越大.煤岩的吸附时间主要影响煤层气井产量峰值的大小和出现的时间,吸附时间越长,煤层气井产气高峰出现得越晚且峰值越小.图6参16     

一种煤层气井稳定产气量及稳产流压的确定方法

为寻找一种能够定量确定鄂尔多斯盆地东缘保德区块煤层气单井稳定产气量及稳产流压的方法,在对该区块某排采单元200口煤层气井排采数据进行分析的基础上,研究了排采过程中停机升压自然降产和排水降压提产2个关键阶段产量与流压的变化规律,发现停机升压自然降产阶段单位压升产气降低量呈现出先升高后逐步降低的状态,其峰值代表了地层最大恢复能力,是增产速度的极限;而排水降压提产阶段单位压降产气变化量根据排采井的不同阶段呈现出逐步上升、趋于稳定及逐步下降3种不同状态,仅当其达趋于稳定状态峰值时单井既不超过地层自然增产能力,又有利于经济效益最大化,是最佳稳产时机,因此单位压降产气变化量为单井稳产的定量判定依据,并确定出稳定产气量及稳产流压。该方法建立在中低煤阶煤层气成功开发的基础上,对保德区块其他煤层气井排采调控及相似条件的煤层气田开发具有较好的推广应用价值。     

煤层气井渗透率时空变化规律研究及应用

针对煤层气井排采过程中渗透率变化规律认识不清的问题,利用煤层气产出过程中的正、负效应,渗流及等温吸附理论,得到排采过程中煤储层渗透率随时间及距离变化的数学模型。研究表明：单相水流阶段,液面降速越慢,负效应导致的渗透率降幅越小;气水两相流阶段,适当提高液面降速,正效应越显著;在排采过程中,渗透率呈非对称“V” 型变化;对于临储压力比较高的煤储层,采取“低降幅憋套压”的方式能够扩大煤储层的气体解吸范围。研究成果为煤层气井的现场排采控制提供理论指导。     

高煤阶煤层气井不同排采阶段渗透率 动态变化特征与控制机理

煤层渗透率动态变化规律是煤层气开发地质领域的研究热点之一。根据无因次产量分析方法,基于沁南地区15口高煤阶煤层气井排采数据,采用无因次产气率指标,将排采阶段定量划分为排水阶段、不稳定产气阶段、稳定产气阶段和衰减阶段;引用物质平衡方法,利用生产数据,计算并分析了各井不同排采阶段渗透率变化值。从渗透率变化趋势、主导机制、体系能量、相态构成和产能动态5个方面,阐释了高煤阶煤层气井不同排采阶段煤层渗透率动态变化特征与控制机理。研究结果表明,在高煤阶煤层气井排采过程中,煤层渗透率呈现降低—恢复—升高的特征;有效应力效应和基质收缩效应直接控制了煤层渗透率的变化特征;吸附与解吸特征从根本上控制了基质收缩效应的作用时间与强度。     

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。     

鄂尔多斯盆地靖边气田下古生界非均质性气藏的产量递减规律

鄂尔多斯盆地靖边气田下古生界气藏具有非均质性强的特点,随着开发程度的提高,气藏地层压力逐渐降低,不同区块的生产动态特征表现出明显的差异性。为了给气田的滚动开发和产能弥补提供参考依据,在气田的不同开发阶段选择了有代表性的2个高渗透区块和1个低渗透区块开展了气井定压生产试验。通过Arps产量递减分析方法,对于井口压力为13 MPa、6 MPa和3 MPa的生产条件下的试验数据进行了分析,揭示了该气田下古生界非均质性气藏的产量递减规律：高渗透区块在高压和低压条件下的产量递减均符合指数递减类型,且随着井口压力的降低,产量递减率趋缓;低渗透区块的产量递减符合双曲递减类型;同时高、低渗透区块的产量递减率又表现出一定的共性,在采气速度一定的条件下,产量递减率与井口压力呈正比,与动用地质储量、泄流半径和储层能量补给速度呈反比。     

高阶煤的孔隙结构特征及其对煤层气解吸的影响

以沁水盆地高阶煤3^#煤层为研究对象,借助高压压汞实验对高阶煤的孔隙参数进行测试,研究了高阶煤的孔隙结构特征,采用解吸速率实验对高阶煤的解吸速率和解吸量进行分析,并探讨了孔隙结构对煤层气解吸产出的控制规律。结果表明:3^#煤层的孔隙半径较小,煤层孔隙结构复杂;煤层主要以气体吸附孔和气体扩散孔为主,气体渗流孔占比很少,煤层的吸附气体体积大、吸附性能强、气体的扩散、渗流条件差。3^#煤层孔隙结构分形特征曲线呈"两段型",孔径大于940.7 nm时,不具有分形特征;孔径小于940.7 nm时,分形维数介于2.67~2.76之间,具有很好的分形特征。高阶煤的煤层气解吸特征具有快速解吸和慢速解吸2个阶段,快速解吸时间短,解吸量占比低;慢速解吸时间长,解吸量占比高,煤层气解吸困难。煤层的孔隙结构对煤层气的解吸具有重要影响,高阶煤较差的孔隙结构控制着煤层气解吸速率慢、解吸量低、产出程度低,煤层气井生产实践中表现为开始阶段产气量增长快,产气高峰时间短,稳产气量低、生产时间长,煤层气开发难度大。研究结果为高阶煤的煤层气抽采效果评价提供参考依据。     

基于生产数据分析的沁水南部煤层渗透性研究

沁水盆地南部是我国煤层气勘探开发的最热点地区,在我国率先实现了煤层气开发的商业化。煤层气开发的主要目标为3号煤层和15号煤层,单井产气量一般在2 000～5 000 m³/d之间,注入/压降试井测试煤层渗透率多在1.0×10^-3μm²左右。在对不同区块煤层气井生产数据分析的基础上,借助历史拟合的方法对试井测试的煤层渗透率进行修正,修正后的煤层渗透率为（0.47~3.95）×10^-3μm²,是试井测试渗透率的6.76倍,修正后的渗透率与煤层气井产气量呈正相关关系。综合分析认为沁水盆地南部煤层渗透性优越,潘庄-端氏一带煤层渗透性最好。     

低渗透气井试气技术研究与应用

针对试气所暴露的部分低渗气井试气无法获得无阻流量、不能确定产能方程等问题收集整理了中原油田历年来的试气资料，建立了中原油田主要气田区的单井产能预测模型，由此编制试气设计，并在设计时对极限排液产量、试气时间等进行优化，取得较好效果。     

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。     

中国中阶煤和高阶煤的储层特性及提高单井产量主要对策

中国山西河东地区中阶煤储层的含气量比较低、含气饱和度低，而储层渗透性好，储层能量比较大；山西沁水盆地南部高阶煤储层的含气饱和度比较低，渗透率小，储层能量低。文章针对这些特点，进行了精细的地质对比研究，提出了提高气产量的对策。认为最大限度地降低储层的废弃压力可提高采收率；应通过改善钻井液、采用欠平衡钻井和羽状水平井钻井技术，最大限度地降低钻井工程对煤层气储层造成的伤害；同时还要利用合理的固井程序和水泥浆、套管射孔完井技术和压裂技术；通过排水降压提高有效压差及注入CO₂来达到加快煤层气解吸和提高解吸量的目的。实践表明，该技术对提高单井气产量意义重大。     

沁水煤层气田成藏条件及勘探开发关键技术

沁水盆地历经了油气普查和煤层气勘探开发2个阶段（共60余年）的探索，现已成为中国最大的煤层气产业化基地，也是世界上高煤阶含煤盆地煤层气成功实现商业化的典范。尽管高煤阶煤层气田具有低压力、低渗透率、低饱和度、非均质性强的"三低一强"特征，但勘探实践和研究表明，沁水盆地煤层气成藏条件优越，主力产层太原组15#煤层和山西组3#煤层为陆表海碳酸盐台地沉积体系及陆表海浅水三角洲沉积体系，煤层厚度大、多由腐殖煤类构成，主要含镜质组。受燕山期构造热事件影响，煤层煤阶高、吸附能力强、含气量大。煤层气成藏经历了两次生烃、气体相态转化和水动力控制顶、底板封闭的3个阶段。针对沁水盆地地形及高煤阶特征，形成了山地地震采集、处理和解释技术，丛式井钻完井技术，"复合V型"为主的多水平井钻完井技术，解堵性二次压裂增产技术，高煤阶煤层气排采控制工艺，煤层气集输技术等一系列关键勘探开发技术，有效支撑了沁水盆地高煤阶煤层气的规模开发和工业化发展。     

煤层气藏气体产出路径研究 ——以沁水盆地南部马必东区块为例

为明确排采过程中煤层气的产出路径,以沁水盆地南部马必东区块3#煤层样品为研究对象,通过煤岩基质岩心与裂隙岩心的并联和串联实验,分析不同组合模式下气体体积流量、岩心渗透率与驱替压差的关系,探究压差作用下煤层气藏的产出机理。实验结果表明,煤层气在排采过程中存在由煤岩基质孔隙向天然微裂隙进而向人工裂隙运移的串联产出路径以及由煤岩基质孔隙+天然微裂隙+人工裂隙共同产出的并联产出路径。串联产出路径中气体产出主要受煤岩基质渗透率的影响,并联产出路径中气体产出主要受人工裂隙的影响。并联产出路径的等效渗透率远高于串联产出路径的等效渗透率。当岩心两端压差由4.5 MPa降至2 MPa时,并联产出路径的等效渗透率由串联等效渗透率的30倍降至16倍。因此,在煤层气井的排采过程中,需进一步考虑并联产出路径中煤层气的产出。     

低渗透致密气藏压裂气井动态储量预测新方法——以苏里格气田为例

由于地质条件及工艺措施的影响,低渗透致密储层压裂气井的生产动态与常规气井有明显不同,存在不稳定渗流时间很长等问题,致使气井的单位压降采气量、井控动态储量、泄流面积随生产时间出现动态变化。因此在试采期间难以准确求得气井的井控动态储量和泄流面积,给气田开发方案的合理编制带来很大困难。为此,以苏里格气田为例,在准确把握低渗透压裂气井生产特征的基础上,结合现代气井动态分析方法,根据先期投产区块内多口典型气井的生产数据建立了井控动态储量预测图版,能够依据气井早期的生产数据有效预测井控储量、泄流面积随生产时间的动态变化规律,对气田的建产规模和井网加密方式具有指导作用,从而降低了测试成本,避免了资源浪费。