煤层气地质学新进展

自20世纪80年代以来,我国的煤层气勘探取得了突破性进展。在沁水盆地南部获得了可观的煤层气地质储量;河东煤田的煤层气勘探也取得了重大进展。煤层气地质学研究取得了明显进展:a 煤储层岩石物理研究取得重要进展;b 提出了煤层气藏的概念并依据我国的煤层气地质条件识别出几种主要煤层气藏类型;c 深化了对煤层气藏封闭保存条件的认识,充分认识到煤层气耗散对煤层气封闭保存的重要影响。d 对高煤阶煤层气藏研究有了突破性进展,突破了无烟煤勘探煤层气的禁区,获得了可观的煤层气地质储量;e 强化了低煤阶煤层气藏的研究;f深化了对煤层气藏不均一性的认识,初步揭示了煤层气藏不均一性的产生原因及其分布规律。      

中国煤层气储层伤害分析及钻井液储层保护研究现状

因煤层气储层具有低孔、低渗、裂缝发育但分布不均的特殊性,在煤层气开发过程中储层极易受到不可逆转的伤害。煤层气储层伤害会导致煤层气产气量下降,增加开发成本,延缓工程进程,最终制约煤层气开发效果。为降低煤层气储层伤害发生的可能性,概括了钻井过程中煤层气储层伤害机理,介绍了国内主要煤层气钻井液技术的发展历程,煤层气钻井液储层保护的方法及进展,国内近年来优选的无伤害钻井液体系及国内储层保护钻井液的发展方向,为未来煤层气储层保护提出新思路。      

煤层气勘探开发从“以工程为主导”到“预测指导下的工程”之转变

通过多年的实践,从煤层气赋存特征、煤层气地质学理论出发,分析煤层气与天然气的根本区别。通过对天然气AVO理论的取舍,重建了煤层气AVO技术的岩石物理理论,保留了天然气AVO技术的地震波理论外壳,建立了煤层气AVO技术的地震波理论基础。将煤层气AVO技术的岩石物理基础和地震波理论基础应用于煤层气勘探开发实践中,在煤层气局部富集区预测实践中取得了较好的应用效果,实现煤层气勘探开发从“以工程为主导”到“预测指导下的工程”之转变。     

煤层气在储层中的流态分布特征

煤层气流态是表征煤层气在介质中流动难易程度的阶段量。综合前人研究经验,借助煤层气流态方程推演解译,对煤层气流态界限进行了划分,总结出煤层气在储层中的流态按渗透率k和运移距离L分布的规律。这为煤层气合理开发方案的制定具有一定的现实意义。      

煤层气储层产水量的分类和成因分析

利用统计分析、数值模拟手段将煤层气储层按照日产水量的多少分为四种类型,即:日产水量在1 m3以下的为特低产水煤层气储层,日产水量在1~5 m3的为低产水煤层气储层,日产水量在5~20 m3的为中产水煤层气储层,日产水量在20 m3以上的为高产水煤层气储层。深入分析了煤层气储层高产水、低产水的成因,发现含水层富水性与构造条件以及压裂措施是煤层气储层高产水的主要控制因素,煤层气储层物性是煤层气储层低产水的主要控制因素,同时排采模式等也间接影响着煤层气储层的产水量。进一步给出了产气量不理想情况下的高产水、特低产水煤层气储层的开发建议。      

我国煤矿区煤层气地面开发现状及技术研究进展

回顾了我国煤炭企业组织实施和合作开展的煤矿区煤层气勘探开发进程。经过三十多年攻坚克难、不懈努力,我国煤矿区煤层气地面开发技术研究、工程试验和产业发展均取得了可喜的成绩,不仅在山西晋城矿区首次取得国内外无烟煤的煤层气开发成功,实现了煤层气规模化商业化生产,而且在安徽淮北矿区取得了碎软低渗煤层顶板水平井开发煤层气技术的重大突破,实现了碎软低渗煤层的煤层气水平井单井的高产稳产;煤矿区采动区煤层气井开发在安徽淮北、淮南,山西晋城等矿区实现了规模化工程应用。同时,梳理总结了依托“十一五”—“十三五”国家科技重大专项项目,在煤矿区煤层气地面开发理论及技术研究方面取得的主要成果及其应用效果,包括:煤层气井密闭取心技术与设备、碎软低渗煤层地面煤层气垂直井强化增产技术、碎软低渗煤层顶板和煤层水平井分段压裂开发技术、多煤层分层控压合层排采技术、低煤阶低气含量煤层地面煤层气开发技术、煤层气井极小半径多孔旋转射流侧钻水平井技术,以及煤矿采动区煤层气产量预测技术等。在此基础上,根据全国煤矿区煤炭开采发展趋势和需求,提出今后煤矿区煤层气研究应重点关注3个方向:穿浅部采空区/采动区的深部煤层气与煤炭资源协调开发、低...     

我国煤层气勘探研究的回顾与展望

近十多年我国广泛开展了煤层气远景资源评价和煤层气地质勘探选区研究,其中不少选区进行了专门的煤储层岩石物理研究和煤层气勘探.初步找到了沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘两块煤层气保存富集条件较好的区块,经小型井网试采的结果证明其具有工业开发价值.对煤储层的渗透率、煤层气封闭条件等有了较深刻的认识,提出煤层气藏的概念;对煤层气成藏的地质条件也有了一些认识,但这些研究还只是初步的,特别是对煤层气藏不均一性的认识还很肤浅.我国的煤层气地质储量进一步扩大在很大程度上依赖于煤层气成藏地质理论的成熟程度.随着西气东送管线的建成投产,煤层气消费市场会迅速扩大.在未来十年内,我国的煤层气工业可望达到大规模开发利用的地步.     

考虑滑脱效应和温度场的煤层气渗流数值模拟

由于煤层气的解吸热效应,煤层气的运移过程是一个非等温过程。因此,温度场对煤层气渗流有着重要的影响。前人在研究煤层气渗流规律的研究中并没有同时考虑滑脱效应和温度场因素的影响,而在实际的深部开采中综合考虑滑脱效应和温度场的影响对研究深部煤层气运移规律有着重要的意义。因此本文建立了考虑滑脱效应及温度场的煤层气渗流数学模型,利用有限元数值方法研究了考虑滑脱效应和温度场耦合的煤层气运移规律;研究了考虑滑脱效应和温度场对压力场分布的影响;对考虑滑脱效应及温度场因素的煤层气产量进行了预测。得出了随着温度的升高煤储层的压力在降低,温度的升高对煤层气的产量有着负面的影响这一重要结论。     

澳大利亚煤层气开发工艺技术

参考当前国内外在煤层气开发方面的相关研究成果,对澳大利亚现今主要的煤层气开发工艺技术,包括钻采工艺技术和煤层气开采技术进行了重点重点调研,以期能够给予我国煤层气产业发展起到启示作用。研究表明:澳大利亚目前最主要的钻井类型是中等半径钻井,普遍运用欠平衡钻井工艺,其煤层气开采技术因地制宜,采用有针对性的工艺方法。对于与我国煤层气地质条件相似的区域,其煤层气开发技术值得我们借鉴。     

盘县马依东二井田煤层气赋存特征与开发利用前景

根据煤田地质勘查和煤层气参数井资料,对六盘水煤田盘南背斜南东翼马依东二井田煤层气赋存的地质条件和煤层气储层特征进行了分析,认为井田内煤层气含量与煤层厚度、煤层埋深、煤层割理发育程度、围岩气密性呈正相关,在压扭断裂和走向转折部位煤层气易于富集、储存,含气量高;张性断裂部位煤层气易溢出扩放,含气量偏低。初步预测井田内煤层气总资源量166.2亿m3,煤层埋藏深度在700m以浅,有利于煤层气的开发。     

多层叠置含煤层气系统成藏模拟技术及实例研究

在前人研究成果基础上．开发了多层叠置含煤层气系统成藏演化史数值模拟软件,并利用该软件对贵州织纳煤田水公河向斜多层叠置含煤层气系统进行了试算。研究结果表明,软件计算结果能够较好的反映煤层气成藏演化历程。通过研究获得的计算机软件和多层叠置含煤层气系统成藏模拟技术方法有助于复杂条件下煤层气成藏过程的研究,并为其勘探开发提供科学依据。     

多层叠置含煤层气系统不同排采制度下的排采效应

在多煤层发育地区,各煤层组之间发育低渗透岩层,使得上下煤组之间形成独立的多层叠置含煤层气系统。根据相对独立含气系统理论对西山煤田南部赤峪地区的多煤层进行了含气系统的划分,并对储层压力、临界解吸压力等参数进行了分析,在此基础上采用COMET3数值模拟软件进行了单层排采、合层排采和递进排采分析。模拟结果显示：单层排采产量低,经济可采时间短,且成本较高;合层排采比单层排采产量高,经济可采时间长,但各含气系统之间由于相互干扰,贡献不一,使资源浪费;递进排采产气量和稳产时间均优于前两者。可根据产气压力来确定多层叠置含煤层气系统排采次序,首先排采产气压力最高的含气系统,当压力降至压力低的系统时再合排。     

GIS支持下的煤层气目标区模糊综合评价模型

地理信息系统(GIS)以空间数据库技术为核心,将空间要素与统计数据有机地结合在一起,具有直观灵活、分析功能强大、制表制图方便等优点。根据中国煤层气(CBM)目标区的特点,建立了4种原则下用于不同情形的煤层气目标区评价模型:第1种模型为全面考虑各个因素原则,第2种模型为只考虑重点因素原则,第3种模型为着重考虑重点因素原则,第4种模型为既全面考虑又兼顾重点因素原则。根据这4种模型,在常用GIS软件MapGIS基础上进行了二次开发并实现模型,以华北聚气区煤层气为例进行综合评价,目标区评价结果与实际情况基本相符。     

煤层气井监控系统建设方案及其应用

在煤层气开发信息化建设的基础上,对煤层气井监控系统建设方案进行了全面总结。本方案结合韩城地区煤层气开发,研究形成了一套煤层气排采制度;提出了直井、水平井定量化排采与自动调控的主要技术参数和相关工艺流程。另外,在充分调研分析现有相关技术的基础上,研发出煤层气排采生产自动控制技术,包括远程排采信息采集技术、信息传输与通信技术、定量化分析方法、自动调控技术、配套软件和调控规范等。应用结果表明,煤层气井监控系统建设方案可满足国内煤层气井排采的需求。      

沁水盆地南部煤层气成藏的有效压力系统研究

有效压力系统是宏观动力能共同作用于煤储层而形成的压力体系,是联系煤储层地层能量与煤层气成藏的桥梁和纽带。它的主要影响因素为构造应力、地下水水头高度以及地下水矿化度。通过对沁水盆地南部有效压力系统的研究可以发现,影响煤层气藏形成和破坏的关键时期是晚侏罗世—早白垩世末,本阶段有效压力系统处于开放体系和封闭体系不断转换的状态,并因此造成煤储层孔裂隙大量形成,不仅为有效运移系统的形成奠定了基础,而且也为沁水盆地南部区域高煤级煤层气藏的可采性埋下了伏笔。     

Controlling Factors,Accumulation Model and Target Zone Prediction of the Coal‐bed Methane in the Huanghebei Coalfield,North China

The Huanghebei Coalfield, one of the coal production bases in North China, was considered as a coalfield without coal‐bed methane (CBM) during past decades. In recent years, however, CBM has been discovered in coal‐bearing successions. In order to understand the CBM geological characteristics and accumulation process in this area, fifteen coal samples were collected and analyzed with respect to coal maceral and reflectance. The result shows that the gas distribution is uneven and the content varies in different areas even for the same coal bed. The storage of CBM is affected by geological factors such as burial depth, geological structures, and magmatic intrusion, among which the former two are more important in the formation of CBM. Deep burial of coal beds with the presence of cap‐rock mudstone can seal CBM. The CBM is also accumulated and preserved at the place where normal faults are distributed. Magmatic intrusion causes contact metamorphism and controls the CBM formation by heating the coal‐bearing successions. The obtained data indicate the geological conditions in northeastern Zhaoguan Mine are preferable for CBM formation and conservation; recent exploration estimates the CBM geological reserves up to 282.16 Mm³ and average of reserve abundance at 0.1662 × 10⁸ m³ km^?2. The Changqing Mine is a potential prospect in terms of CBM exploration since its geological conditions (structures and burial depth) are similar to the Zhaoguan Mine and its cap rock is even better.     

煤层气井压裂难易程度预测方法——以韩城区块为例

预测煤层气井的压裂难易程度是制定煤层气井压裂方案的关键问题。目前,国内外还没有形成完善的压裂预测方法。以韩城区块煤层气井的压裂为例,通过测井资料和现场压裂数据,利用SPSS统计分析软件,运用多元逐步回归分析方法进行拟合,得到了煤层气井压裂难易程度预测公式。经过检验,发现该公式预测效果较好,具有一定的参考价值。      

中国煤层气勘探开发的进展与趋势

中国目前处于从煤层气资源大国转型为生产大国的关键时期，煤层气勘探与开发活动取得突破，但产业发展仍存在诸多问题。通过总结我国近期煤层气勘探开发活动的进展情况，指出了产业发展面临的主要技术问题，阐述了国家和国内主要煤层气企业今后五年的发展趋势，以期对我国煤层气勘探开发活动有所促进。     

煤层群条件下的煤层气成藏特征

基于对我国煤层群发育特征的分析,在概述前人多煤层条件下煤层气成藏特征研究成果的基础上,发现煤层群成藏特征主要表现在垂向上存在“多层统一煤层气系统”或“多层叠置含气系统”, 陆相河流-三角洲-湖泊相的煤层群一般为“多层统一煤层气系统”,海陆过渡相的三角洲-潮坪-泻湖相煤层群一般为“多层叠置含气系统”。进一步解剖比德-三塘盆地实测钻孔资料显示,层序组合是煤层群独立含气系统发育的关键。依据该区抽水钻孔资料分析亦证明,至少存在4套独立含气系统。泻湖潮坪相发育的煤组存在超压的可能,但储层能势分布不均匀。另外,煤层群内部各煤层之间由于“烃浓度封闭效应”及煤层本身的低渗透性对流体流动存在“叠加封闭”作用,使煤层群储层存在“超压”可能性增大。这些结论深化了对煤层群成藏特征的认识。      

煤层气排采动态参数及其相互关系

排采制度是保证煤层气井生产排采成功的关键要素。以煤层气开发潘河试验区生产资料为依托,利用统计、对比的方法,对试验区排采过程中的产气量、产水量、套压和动液面等参数进行综合研究。结果表明,区内煤层气排采过程及其动态参数具有明显的阶段性特征;排采过程中,动液面深度和套压为正相关关系,二者可通过相互调整控制井底压力。根据各阶段排采动态参数的特征,提出了与各排采阶段相适应的排采制度。