煤层气储层含气量与其弹性参数之间的关系——思考与初探

首先研究了天然气AVO技术的岩石物理基础--Gassmann方程和Biot理论(以下统称为"Gassmann-Biot理论")--对煤层气AVO技术的适用性.根据该理论创始人在建立其理论时的假设条件、煤层气储层的双相孔隙特征、煤层气的双相赋存特征,本文推理认为,由于煤层气储层的基质型孔隙体系的连通性差,裂隙性孔隙在宏观上是非均质的,并且是各向异性的,因此,总体上来说,Gassmann-Biot理论不完全适用于煤层气储层.特别地,当煤层的水饱和状态保持不变而煤层的含气量变化时,因为煤层中孔(裂)隙中流体的体积压缩模量不变或基本不变,即使煤层的弹性参数发生变化,Gassmann-Biot理论也不可能预测其变化趋势.因此,天然气AVO技术的岩石物理基础完全地不适用于水饱和煤层气储层.研究发现,煤层气储层含气量与其密度、纵波速度、横波速度之间存在负相关关系,即含气量高,密度小、纵波速度小、横波速度小;含气量低,密度大、纵波速度大、横波速度大.但是,这些负相关关系不是现有岩石物理理论能够预测或能够解释的.依据煤层气地质学理论以及负相关关系与现有岩石物理理论的一致性,本文提供了对某勘探区A号煤层含气量与其密度、纵波速度、横波速度之间负相关关系的解释,并认为煤层气储层的含气量与其弹性参数之间的负相关关系可能是这类储层内在的固有的规律性的关系.本文证明含气量与其密度、纵波速度、横波速度之间负相关关系可以作为煤层气AVO技术的岩石物理基础,建立了AVO异常与煤层气储层"甜点(即富集高渗部位)"之间的关系,从而能够使用AVO异常探测煤层气富集高渗部位.     

神经网络在煤层瓦斯含量预测中的应用

随着我国煤炭资源开采深度增加,瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出等与瓦斯(煤层气)含量有关的安全事故日趋增多.煤的导电性是煤受到的应力大小、煤层瓦斯含量和煤中含水量等多因素的综合反映,由此借助电学方法来建立煤层瓦斯含量与煤导电特性之间的数学模型,进而达到预测煤层瓦斯含量的目的.通过采用自主研制的煤电阻率测试系统,对大佛寺井田低变质原生结构煤进行了应力大小、恒定压力下作用时间、煤含水量以及煤吸附甲烷量等多种因素对煤电阻率的影响的研究.结果表明：应力大小是影响煤电阻率变化的主要因素,同时煤层瓦斯含量对煤电阻率也有较大的影响,最后基于BP神经网络对煤层瓦斯含量进行反演,建立了煤层瓦斯含量的预测模型,其预测结果对未开采区煤层瓦斯含量的预测具有一定的参考意义.     

基于等温吸附线的煤层气储层的测井评价技术

煤层气以吸附状态赋存在煤层中而有别于常规天然气,导致传统评价常规天然气储层的方法不再适于评价煤层.煤层气含量的计算是煤层评价中最重要的一个环节,总结对比前人应用地球物理技术评价煤层气含量各种方法得出,兰格缪尔等温吸附法是计算煤层气最合适的方法,因此被广泛应用到煤层气的评价中.一般的兰格缪尔等温吸附方程都是由某一温度下甲烷的等温吸附试验数据,得出适用于该温度条件下甲烷的等温吸附方程,而不能预测其它温度.本文针对烟煤和无烟煤提出了适于不同温度条件的等温吸附方程,此外还重点论述了在无煤心实验数据情况下的煤质测井分析方法.     

鄂尔多斯盆地东部煤层气富集区预测——以午城地区为例

我国煤层气资源非常丰富,鄂尔多斯盆地东部地区是我国煤层气勘探开发的重点区域,随着勘探程度的不断提高,地震勘探已经成为煤层气储层评价的有效方法之一.本文研究了午城地区煤层气储层的地球物理特征以及富聚成藏条件,利用人工合成地震记录进行煤层顶部层位标定,依据该区测井速度资料、地震资料,根据煤层地球物理特征,准确预测出煤层厚度,经过横向外推得出午城地区煤层展布特征,结合该区构造条件,煤层厚度、成熟度和空隙特征以及盖层条件,确定出该区煤层气勘探开发的重点有利区.研究结果显示:鄂尔多斯盆地东部的午城地区煤层气勘探的主力煤层厚度较大且分布稳定,5~#煤层总厚度为2~7 m,个别达8 m;8~#煤层总厚度为2~8 m,最厚层段达10 m,总体埋深低于1500 m,北厚南薄,从东到西埋藏深度逐渐加大.预测出两主力煤层的煤层气富集区各3个,保存条件较好,非常有利于煤层气的勘探开发.     

一种定量评价致密砂岩储层流体性质的新方法——相关系数法

致密砂岩储层具有物性差、孔隙结构差的特点,测井解释面临着低阻气层、高阻水层以及相似物性条件下产能相差大的难点.常规碎屑岩储层中使用的根据孔隙度及电阻率判断流体性质的方法完全失效,经典的定性的测录井结合及阵列声波"含气指示"法也符合率较低,制约了致密气的勘探及开发.为了明确致密砂岩储层的流体性质,以鄂尔多斯盆地临兴神府地区上古生界致密砂岩为研究对象,通过对常规测井资料深入挖掘,以经典的阿尔奇公式为理论依据,使用密度孔隙度与电阻率测井分别对已经测试的气层、水层及干层进行回归分析,求取幂函数的相关系数.分析结果表明:在产气的储层中,密度孔隙度与电阻率测井相关性较差,而测试为干层和水层的储层则相关性较好;水层及含水干层密度孔隙度与电阻率具有负相关性,而含气干层具有正相关性;在此基础上,通过对研究区已经测试的24个层位的密度孔隙度与电阻率进行回归分析并进行统计.统计结果显示:干层及水层相关系数在0.2以上,而工业气层相关系数小于0.2.该方法在致密砂岩测井解释工作中取得了很好的效果,大大提高了解释的符合率.     

依据密度测井资料评估煤层的含气量

煤层甲烷长期以来认为是对采煤工作的危害，只是近十多年来才被认为是一种潜在的能源。煤层不仅是甲烷的储层，而且是甲烷的源岩。煤的物理结构是一种双重孔隙结构，即煤层中含有由基质孔隙和裂缝孔隙组成的孔隙系统。煤层中的气（甲烷）主要吸附在基质孔隙的内表面，是吸附气，而不是存在于骨架粒间的孔隙空间内，因而传统的评价天然气储层含气量的方法虽然不能适合于评估煤层的气含量。本文利用密度测井资料和煤样煤质化验资料确定     

不同煤体结构的高阶煤储层物性特征及煤层气产出机理

煤储层物性是影响煤层气解吸、扩散、渗流的关键因素,其好坏直接决定煤层气井的产气效果.本文以高阶煤为例,基于压汞、低温液氮吸附、等温吸附、煤粒甲烷放散初速度测试以及煤层气井现场自然解吸数据,系统探讨了构造破坏作用下高阶煤的孔隙性、吸附性、扩散性、渗透性等物性的响应规律,建立了不同煤体结构高阶煤储层几何模型、扩散模式图及气体产出综合模式图.研究认为,高阶煤经历构造作用后孔隙性得到改造,不同孔径段孔隙数量均有所增加,中、大孔增加最为明显,孔隙连通性发生差异性变化,这种孔隙性的变化是造成不同煤体结构煤的吸附/解吸性、扩散性等储层物性出现差异的根本所在.原生结构和碎裂结构煤基质孔隙以微孔为主,相对缺少大孔以及大孔连通性较差的孔隙特征,制约着初期气体的解吸和扩散,而较小孔径段孔隙连通性相对较好利于后期气体的解吸和扩散,更由于气体解吸衰减速度慢,易形成长期的产能;碎粒结构和糜棱结构煤吸附、解吸能力增强,自然条件下气体扩散能力强,但储层条件下渗透率的强应力敏感性,导致该类储层渗透性最差,渗流能力弱制约了扩散和解吸的发生;气体综合产出过程中,不同煤体结构的煤储层随着储层压力的变化基质孔隙气体扩散模式发生动态演化,过渡型扩散不断增强,Fick扩散不断弱化,气体的扩散能力不断降低,其中微孔和过渡孔是限制气体扩散的主要孔径因素;提出的储层条件下气体产出的综合模式图可以显示制约不同煤体结构煤储层气体产出的关键因素所在,有助于对储层进行针对性改造.     

浅析云南镇雄石坎向斜南翼西段C5煤煤层气赋存特征及影响因素

通过对研究区C5煤层大量的资料研究,分析了区内C5煤煤层气赋存特征,阐述了本区煤层气赋存的影响因素,认为本区煤层气富集程度主要受控于煤层埋深和煤层厚度,同时分析研究了本区煤层气开发的有利因素,对本区煤层气勘探开发具有重要意义。     

页岩吸附模型及吸附气含气量计算方法进展

随着北美页岩气勘探开发的成功,页岩气资源越来越受到重视.我国页岩气层评价从勘探和开发等多个方面也得到了迅猛发展.页岩储层较为致密,以较小的纳米级微孔隙微裂缝作为主要储集空间,具有与常规储层不同的储集空间特征,因此决定了油气储集的特殊性.天然气在页岩中多以游离态和吸附态两种赋存状态为主,并且吸附气占主要组成部分.因此研究天然气在页岩中的吸附机理,建立吸附模型,对于页岩气储层含气性评价具有至关重要的作用.本文对页岩气储层特点进行简要介绍,提出现有页岩吸附模型的局限性,简要介绍并总结了近几年常用的页岩亚临界吸附模型和超临界吸附模型的基本思路,对页岩气的勘探开发具有一定参考作用和指导意义.     

中国含煤-含气(油)盆地的地质条件

中国有5类含煤盆地, 含煤盆地的形成、发展与历次构造事件密切相关, 其中印支运动对中国含煤盆地构造格局、古地理景观的变革尤为重要. 中国含煤盆地的演化可划分为两大发展阶段、3种结构型式和两类沉积环境. 总结中国含煤-含气(油)盆地的地质条件表明: 只有曾长期深埋地腹的煤系地层才有可能成为含煤-含气(油)盆地, 成为中国天然气的主要勘探对象. 在各类含煤-含气(油)盆地中, 以类前陆型煤成气前景最好; 裂(断)陷型煤成气聚集的丰度最高, 最有利于生成煤成油; 克拉通型煤成气丰度偏低, 演化程度偏高. 由以上3种类型含煤盆地为主在中国形成了3个煤成气主要聚集区: 西部区、中部区、近海海域区. 未来勘探煤成气田的重点盆地: 塔里木、鄂尔多斯、四川、东海及莺琼盆地.     

鄂尔多斯盆地东缘煤层气成因机制

鄂尔多斯盆地东缘煤层气开发在过去近20年的时间,并没有取得实质性进展,确定气体成因和来源对煤层气勘探选区及开发具有指导意义.本文测试了37组煤层气碳同位素数据,讨论了鄂尔多斯盆地东缘煤层气成因,并从煤的热成熟度和盆地水动力条件方面讨论了煤层气成因的机制.结果表明,鄂尔多斯盆地东缘甲烷碳同位素分布在70.5‰～36.19‰,由北向南明显呈偏重趋势,边浅部为次生生物气与热成因混合气,而中深部为热成因气,这一现象的形成主要受控于盆地的煤阶展布规律和地下水动力场.首先,从全国煤的热成熟度与煤层甲烷成因关系得出,鄂尔多斯盆地东缘以中煤阶煤为主,镜质体反射率Rmax分布在0.5%～2.0%,如果具备适当的水动力条件可形成次生生物气与热成因气混合的煤层气藏;与此同时,鄂尔多斯盆地东缘边浅部煤层埋藏浅,露头发育,大气降水及其他地表水携带细菌补给煤层,使煤中有机化合物发生新陈代谢生成甲烷和二氧化碳,在存在圈闭机制的区域,如柳林和韩城,现今含气量比较高.     

地震谱分解方法在低阻油层储层预测中应用

20世纪80年代以后,业界意识到了低阻油层的巨大勘探、开发潜力,于是开始了对低阻油层的研究,试图找到低阻油层勘探、开发的有效技术.由于低阻油层是指低测井电阻率油层,而电阻率与地震波阻抗没有物理的相关性,常规的储层预测软件和方法均无法有效预测低阻油层的储层分布,因此尽管经过30多年的研究,低阻油层的储层横向分布预测技术依然少有突破.本文通过地震谱分解的方法来开展低阻油层的储层预测,研究首先采用正演的方法证明地震谱分解方法对低阻储层预测的适用性;其次总结出目前业界应用较为广泛的8种地震谱分解方法的优、缺点及其适用的地质条件和储层类型;然后自主研发了8种地震谱分解方法的软件、多维相关的交互优选算法来进行谱分解方法和数据的降维处理,实现在不降低储层预测精度的同时大幅提高了利用谱分解方法预测低阻储层的效率.研究的储层预测、低阻油层预测和甜点预测结果均通过钻井和油田生产动态资料验证,效果良好.     

煤层气储层裂隙检测的WOA-BP算法及应用研究

煤层气储层中裂隙的发育及空间展布特征对煤层气的勘探、开发和利用具有至关重要作用.煤层气储层裂隙检测的WOA-BP算法是将WOA(Whale Optimization Algorithm)与BP(Back Propagation)有机结合形成优势样本和二次误差控制的稳健而有效的储层裂隙检测方法.在实际地震数据中提取反映煤...     

准南白杨河矿区煤层气成藏模式及主控因素

为了建立矿区范围内的煤层气成藏模式,查明控气主要因素,对后期井网布置、钻井、压裂、排采等提供重要依据。基于新疆阜康白杨河矿区的地质条件和煤层气特征,进行成藏模式的系统研究,结合灰色关联理论分析,总结出成藏主控因素。研究结果显示:矿区内42#目标煤层厚度大、煤层含气量高,与煤层埋深呈正相关性;煤层直接顶底板的砂岩致密性好,形成较好的封盖条件。综合分析认为矿区南部位于单斜底部,埋深大、煤层厚、含气量高,封盖条件好,是煤层气富集的有利区域,并提出了致密顶底板、单斜构造和水文地质条件的联合封闭成藏模式。     

煤层气储层物性影响因素和预测方法综述与展望

为了解决煤储层物性的预测方法问题,本文基于大量的文献调研,梳理了煤储层孔隙性和渗透性的影响因素和预测方法,并进行了预测技术展望.研究表明,孔隙性影响因素主要有煤层埋深、压实作用、变质程度和显微组分等,孔隙度预测方法主要有双侧向迭代法、阿尔奇公式裂缝孔隙度估算法、双侧向数值模拟法、相关分析方法及支持向量机等方法;渗透性影响因素主要有煤层埋深、储层压力、煤的变质程度、煤体结构、煤岩组分、应力状态、基质收缩作用和裂隙系统发育程度等,渗透性预测方法主要有F-S计算方法、基于达西定律的计算方法、相关分析法及多层次模糊综合评判法等其他方法.本文认为遵循“地质约束测井、岩心刻度测井”的原则,加强煤层气储层岩石物理研究和物性影响因素分析是基础;常规测井信息与测井新技术信息结合,“多尺度信息融合”建立煤岩孔隙度和渗透率解释新模型,充分发挥多种非线性数学方法的优势构建煤岩物性非线性数学预测方法有一定的实际意义.     

测井曲线识别构造煤实例研究

构造煤发育是发生煤与瓦斯突出的必要条件,常规构造煤识别方法存在效率低和准确率低等缺点.本文以芦岭煤矿Ⅱ六采区8煤层为研究目标,利用不同结构类型煤体的测井响应特征不同的特点,识别煤层中不同结构类型煤体.为了提高识别准确性,利用小波多尺度分析方法提取测井曲线中的低频分量和中频分量;再以低频分量和中频分量为输入,利用聚类分析法划分不同结构类型的煤体.通过识别,可以明显区分出目标层的原生煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤等四种结构类型煤体,同时也可以识别出煤层中的夹矸.以研究区中多钻孔识别的煤体类型为基础,绘制煤体结构三元相图,并将研究区划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ等四类煤体结构组合类型区块.其中,Ⅲ类组合区块中构造煤最为发育,是煤与瓦斯突出的重点防治区.     

基于孔隙结构的酸性火山岩储层流体识别方法研究

酸性火山岩山于成岩矿物类型多样,孔隙结构复杂,电阻率普遍较高,应用常规的中子-密度测井曲线交会和电阻率的高低已经不能判断储层流体性质.在天然气的测井响应特征分析基础上,应用三孔隙度组合、横纵波时差比值、核磁共振及综合参数识别流体性质.应用结果表明这些方法只能识别含气储层,对于气水同层的识别效果并不好.电阻率对储层流体性...     

页岩气地球物理测井评价综述

页岩气是指生成、储集和封盖均发生于页岩体系中,或游离于基质孔隙和天然裂缝中,或吸附于有机质和粘土矿物表面,或溶解于沥青和水中,在一定地质条件下聚集成藏并具有商业价值的生物成因和/或热解成因的天然气.在页岩气勘探开发中,地球物理测井是识别、评价页岩气储层并为后期完井提供指导参数的重要手段.页岩气属于极低孔极低渗的范畴,且具有很强的非均质性和各向异性,常规油气藏测井解释评价方法已不再适用,必须建立新的页岩气测井解释评价体系才能够对页岩气藏做出准确评价.评价页岩气藏的潜力涉及对多种因素正反面影响的权衡,包括页岩矿物组分和结构、粘土含量及类型、干酪根类型及成熟度、流体饱和度、吸附气和游离气存储机制、埋藏深度、温度和孔隙压力等.其中,孔隙度、总有机碳含量和含气量等对于确定页岩储层是否具有进一步开发价值非常重要.本文针对国外尤其是美国近期页岩气勘探开发的现状进行了广泛的文献调研,综述当前国外页岩气地球物理测井技术的发展现状,针对勘探开发的不同阶段介绍常用的含气页岩的测井系列,然后总结页岩气测井响应特征,并详细论述了页岩气储层评价方法及储层评价的重要参数,包括有机碳含量、岩石矿物组分及含量、孔隙度、含气量及岩石力学参数,最后提出我国页岩气地球物理测井研究存在的问题和发展趋势.     

天然气水合物勘探开发新技术进展

天然气水合物是一种非常规能源,因其巨大的资源量成为目前能源研究的热点.水合物的研究目前仍处于初期阶段,人们在水合物勘探、开发模拟方面做了大量尝试,总结了许多有利于水合物勘探和开发的关键技术.本文首先介绍了天然气水合物形成的地质条件和储层特征,然后介绍了针对海底天然气水合物的地震勘探和电磁、地化等非地震勘探最新技术进展,分析了天然气水合物矿藏的测井响应特征,结合岩石物理模型对储层孔隙度、饱和度进行估算用于储量预测.最后,论述了天然气水合物开发过程中的深水区的钻井问题,水合物的开采方式总结以及商业化生产所面临的挑战.     

含天然气水合物的海底沉积物的电学特性实验

电阻率法是估算含水合物储层饱和度的常用方法之一.为了解海底沉积物中天然气水合物的电学特性,利用搭建的天然气水合物电阻率测量系统,以天然气水合物-南海沉积物-3.5％的盐水为研究体系,测量了天然气水合物在沉积物中形成过程中温度、压力、电阻率的变化.天然气水合物在水饱和的沉积物中由溶解气与水形成.实验中通过液压系统对沉积物压实以及采用较薄的样品来保证水合物在筒状的沉积物的均匀分布.当实验结束时,样品中水合物的饱和度达到39.8％时,样品的电阻率从水饱和时的2.024 Ωm增大到水合物饱和度为39.8％时的2.878 Ωm,增加到了1.4倍.电阻率法可以有效的识别含水合物的沉积物.实验测试结果表明,该实验装置工作稳定可靠,可为研究含天然气水合物的电学特性与饱和度的定量关系提供实验模拟技术支持.