滇东北地区煤储层现今地应力分布特征及渗透性预测

现今地应力分布与煤储层渗透性特征是影响煤层气勘探与开发效果的关键因素,但对滇东北地区二叠系煤储层而言,区域地应力与渗透性分布样式尚不清晰,影响着该区煤层气的高效开发。为此,本次研究在注入/压降地应力实测的基础上,利用有限元数值模拟分析了滇东北地区二叠系C5煤层现今地应力分布特征,结果显示:地应力分布呈现强非均质性特点,研究区北部和东南部的应力值较高,西部、东部以及构造带内的应力值较低。在地应力与渗透率量化关系构建的基础上,预测了煤储层渗透率,呈现东西高、南北低的格局。研究区内现今地应力对煤储层渗透性具有一定的控制作用,亦受埋藏深度等其他因素影响。研究成果期望能为滇东北地区煤层气勘探开发提供有益地质参考。     

六盘水煤田土城向斜煤储层现今地应力分布特征及其效应

近期勘探实践显示,六盘水煤田土城向斜内煤层气资源丰富,如何实现高效开发是关键,而现今地应力在煤层气开发过程中具有重要作用。本次研究基于研究区注入/压降地应力实测数据,分析土城向斜煤储层现今地应力分布特征及其效应,结果表明:煤储层现今地应力随埋藏深度的增加而逐渐增大,呈明显的线性关系。水平最大主应力和最小主应力均随着煤储层压力的增大而增大,表明现今地应力对于煤储层能量有所贡献,影响独立叠置含煤层气系统的形成。现今地应力影响煤层渗透性,进而控制煤层气开发。土城向斜内煤储层渗透率随有效地应力增大呈指数减小。本次研究成果期望可以在六盘水煤田土城向斜煤层气开发中提供新的地质参考与科学依据。     

沁水盆地南部煤储层显微裂隙发育的影响因素

为研究沁水盆地南部3号和15号煤储层显微裂隙的发育情况,借助扫描电镜显微裂隙分析、荧光显微镜显微裂隙统计、X射线衍射分析等手段,总结了地应力、煤岩显微组分、煤变质程度、煤中矿物质与显微裂隙发育的关系,探讨了影响煤储层显微裂隙发育主要因素。结果表明,该区煤储层显微裂隙较为发育,显微裂隙密度一般为7~59条/9 cm2,以C型和D型裂隙为主,扫描电镜下常见张性裂隙、剪性裂隙,对煤储层渗透性贡献较大,内生裂隙较少见。显微裂隙通常发育于镜质组中,裂隙密度随变质程度的升高表现出降低的趋势,煤中矿物的充填作用对于显微裂隙的发育影响较大,对煤样渗透性造成了直接破坏作用,地应力场的方向和大小控制着外生显微裂隙的开合程度,进而对煤储层的渗透性产生影响。因此认为,地应力和煤中矿物是影响该区煤储层显微裂隙发育的主要因素。      

晋城矿区(中区)煤储层渗透率影响因素及变化规律研究

在晋城矿区通过对采用注入/压降试井法获得的近40组煤储层参数进行渗透性与地质因素的相关性分析,进而探讨各相关因素对储层渗透率的影响规律,以此预测煤储层渗透率分布。结果表明,影响煤储层渗透率的关键因素是割理和宏观裂隙,现代地应力通过对割理和裂隙系统张开度的控制,间接地影响储层渗透率;储层压力、现代地应力和有效地应力是次要因素,渗透率与煤层厚度无关。晋城矿区中区3#煤层渗透率呈现出"南高北低、东高西低"以及"翼部高、轴部低"的特点,町店-大宁-潘庄围限的三角地带是煤储层渗透率较高的地区。     

黔西地区煤层埋深与地应力对其渗透性控制机制

基于黔西六盘水煤田和织纳煤田16口井36层次的试井资料, 采用地质统计分析等方法, 探讨了黔西地区煤储层渗透性的展布规律与地应力特征, 论证了煤层埋深与地应力对其渗透性的控制机制.研究表明, 研究区煤储层以特低渗-低渗透率储层(＜0.1×10-9m2)为主, 中渗透率储层(0.1×10-9~1.0×10-9m2)也占有相当大比例; 应力场类型在浅部表现为大地动力场型, 一定深度可能转化为准静水压力状态.煤储层渗透率及其埋深的负幂指数关系较为离散, 但在不同深度渗透率转折点与地应力场类型转变一致; 单井煤储层试井渗透率差异较大, 随地应力增大和埋深增加而降低, 平面展布受地应力强度控制由SW-NE具"低-高-低"发育规律.埋深对渗透率的控制实质是地应力的控制, 区域构造位置及其所处高应力场作用下的煤体形变与破碎致使孔裂隙压缩或闭合是该区渗透性差异的主要控制机制.      

煤储层渗透性影响因素探讨

依据煤层气井的试井资料，结合试验室测试数据和其它资料的分析，认为中国煤储层渗透性主要受原地应力状况的控制，其它因素对其也有一定的影响。     

地应力类型垂向转换及其对煤储层渗透率控制作用

以沁水盆地寿阳区块和柿庄区块为研究对象,揭示了不同构造应力强度作用下的地应力类型垂向转换机理及其对煤储层渗透率的控制作用。研究认为,构造应力强度决定地应力类型的垂向转化与否,而地应力类型的单一性或多样性是煤储层渗透率相对高低及其变化规律的决定性因素。在构造应力相对不活跃的寿阳区块,地应力类型单一,煤储层渗透率较高且随埋深和地应力增加呈单一指数递减的变化规律;在构造应力活跃的柿庄区块,出现地应力类型在垂向上的转换现象,三种地应力类型共存,煤储层渗透率较低且随埋深增加表现为分带指数递减规律。由于板块活动的影响,中国煤层气盆地承受较强的构造应力,但在不同盆地以及同一盆地内的不同构造位置,构造应力强度存在差异,地应力类型的单一性或多样性不同,煤储层渗透率随埋深变化规律也不同,区分各地区不同深度带所对应的地应力类型是研究煤储层渗透率变化规律的关键。     

地应力影响煤层气勘探开发的研究现状与展望

通过总结评述前人关于地应力影响煤层气勘探开发的相关文献和成果,讨论了地应力与煤层气成藏、地应力与煤储层渗透率、地应力与煤储层压裂改造、地应力与煤层气井位部署的关系,对相关研究工作的未来走势进行了展望。认为：地应力控制着煤层气成藏过程中的各个环节,是影响煤层渗透率中最主要的因素,也是煤层气井压裂设计和井网部署必须考虑的重要参数。地应力研究对煤层气勘探开发意义重大,且亟待加强。     

用水力压裂法获取煤储层地应力参数

地应力可反映煤储层的应力状况,它是认识和评价煤储层的重要参数之一。从水力压裂法获取煤储层地应力的原理和方法入手,通过对3组典型实测数据的分析,着重探讨了用时间平方根法和双对数曲线法在分析地应力时如何准确识别闭合压力和提高地应力测试精度,对煤层气工作者具有很好的借鉴价值。      

基于多元回归分析的煤储层高渗区预测——以沁水盆地为例

煤储层的渗透性是控制煤层气开采的主要储层参数之一。本文以沁水盆地为例,在总结我国煤储层渗透性特征的基础上,依据煤储层渗透性的影响因素,用多元回归分析方法建立煤储层渗透性预测模型。沁水盆地煤储层渗透性的多元回归方程,具有较高的拟合度。预测结果显示,沁水盆地有利于煤层气开发的高渗区,主要集中在南部的潘庄-阳城、北部的阳泉-寿阳及太原西山煤田等地区。      

新疆库拜煤田铁列克矿区地应力分布及其对煤层气开发的影响

地应力、煤储层渗透率和煤储层压力等是影响煤层气开发的重要因素。通过分析新疆库拜煤田铁列克矿区注入/压降试井及原地应力测试数据,结合铁列克矿区煤层气井日产气量分析,研究了新疆库拜煤田铁列克矿区地应力变化规律及其对煤层气开发的影响,分析了铁西矿区和铁东矿区煤储层地应力特征及其对煤储层物性的影响。结果表明:(1)地应力状态在垂向上发生变化,埋深处于550~650 m、650~850 m和850~1 200 m时,地应力状态类型依次为σ_H>σ_v>σ_h、σ_H≈σ_v>σ_h和σ_v>σ_H>σ_h;(2)埋深850 m处既是垂直主应力和最大水平主应力的转换点也是渗透率趋势变化点,指示了地应力对渗透率的控制作用;(3)渗透率和煤储层压力与地应力分别呈负相关和正相关关系;(4)地应力对产能的负效应大于地应力对产能的正效应,使典型日产气量随着地应力的增大而减小;(5)铁西矿区和铁东矿区中部煤储层碎粒煤较发育、吸附孔体积和含气量均较大,是煤层气开发的有利区带。研究成果可为库拜煤田下一步煤层气开发提供理论指导。     

钻孔瓦斯压力恢复法求解煤层透气性系数

煤层透气性系数可以准确评估煤层瓦斯的可抽采性能,指导煤层增透改造工艺。借鉴油气试井中的压力恢复曲线相关方法求解煤层透气性系数,建立适应于煤矿井下钻孔瓦斯流动的理论模型。采用半对数直线段分析方法,利用双对数、半对数压力恢复特征曲线,合理确定压力恢复曲线中期直线段起始点位置,准确计算中期直线段的斜率大小,继而计算煤层透气性系数。通过现场实例验证,并和径向流量法计算结果对比,其相对误差为13%~36.6%,平均误差为24.62%,验证了压力恢复曲线求解煤层透气性系数方法的可行性。      

考虑基质收缩效应的煤层气应力场-渗流场耦合作用分析

在煤层气的初级生产过程中,为了获取较高的生产率,需要降低储层压力,储层压力下降对于煤层气的渗透率具有两个相反的效应：（1）储层压力下降,有效应力增加,煤层裂隙压缩闭合,渗透率降低;（2）煤层气解吸,煤基质收缩,煤层气流动路径张开,渗透率升高。Shi和Durucan、Palmer-Mansoori以及Gray等都建立了包含了基质收缩效应以及有效应力的影响的渗透率模型,其模型都基于以下两个关键假设：煤岩体处于单轴应变状态以及竖向应力恒定。为了检验上述两个假设的合理性,建立了一个考虑基质收缩效应以及渗流场-应力场耦合作用下的煤层气流动模型,对煤层气初级生产过程中渗透率的变化进行了耦合分析。分析结果表明：单轴应变的假设具有合理性,而竖向应力是随指向生产井的应变梯度的变化而变化的,其对于渗透率的变化具有重要影响,因此,竖向应力恒定的假设可能导致渗透率预测出现误差;上述渗透率模型都可能低估煤层气初级生产过程中渗透率的变化。     

考虑支撑剂压实和嵌入作用的滑脱效应及渗流机制

水力压裂技术是煤矿瓦斯灾害防治与煤层气开采的关键技术之一,在实施水力压裂过程中,支撑剂的嵌入往往会诱发煤储层裂隙宽度的一系列变化。其中,滑脱效应的强度与渗透率的变化主要由裂隙宽度决定。因此,支撑剂嵌入将影响水力压裂技术的有效性。为探究水力压裂背景下气体的滑脱效应与煤的渗流规律,采用赫兹接触理论量化支撑剂的嵌入深度,并构建支撑剂与有效应力综合作用的气体滑脱系数计算方程与渗透率模型。结果表明:在不同瓦斯压力下,煤的渗透率随有效应力的增大先减小后趋于平缓;恒定有效应力条件下,瓦斯压力越低,渗透率相对越高;且铺置多层砂的增透效果相对铺置单层砂的增透效果更佳;两种铺置条件下,滑脱因子b在不同瓦斯压力下呈相同的变化趋势,均随支撑剂嵌入深度的增大而增大;不同形态裂缝的滑脱因子均随着有效应力的增大而增大,其中球形裂缝的滑脱因子最大,圆柱形次之,狭缝形最小。同时,不同形态裂缝煤的渗透率均随有效应力的增加而减小,而3种形态裂缝渗透率之间的大小关系与滑脱因子大小关系一致;考虑到有效应力与支撑剂对裂缝宽度的贡献,构建了考虑支撑剂和有效应力综合作用的裂隙渗透率模型,并通过公开发布的试验数据验证其合理性。研究结果将有助于水力压裂技术在煤矿瓦斯灾害防治与煤层气开采中的进一步应用。      

煤岩应力敏感性的有限元数值模拟

利用有限元软件对比了煤岩与砂岩的裂缝界面应变分布规律。有限元法模拟表明:煤岩与砂岩的应力分布有较大差异,煤岩裂缝的最大应变约为砂岩裂缝最大应变的25倍,且煤岩裂缝更容易闭合;结合煤岩裂缝在不同有效应力条件下的应变规律,给出了渗透率随有效应力变化的拟合公式。参照砂岩应力敏感实验程序,对不同围压下煤岩渗透率变化规律的实验研究发现,渗透率拟合公式计算值与实验实测值变化趋势一致,部分煤样渗透率实验值与预测值平均误差小于10%,拟合精度高。研究结果对预测实际煤岩的渗透率和不同有效应力下煤岩渗透率的变化规律具有较高的实用价值。      

晋城煤层气藏成藏机制

通过晋城煤层气的规模开发、压裂煤层气井的解剖、井下煤层瓦斯抽放、构造地应力场研究、煤储层大裂隙系统“CT”式解剖与煤层气封闭保存条件研究, 发现3#煤储层内部存在大量煤层气包, 构造微破裂作用促使煤层气包之间广泛合并联通, 煤层气包内部储层的非均质性弱化, 渗透率增加, 煤层气包内部的游离气体比例增加, 流体压力系统边界逐渐清晰并形成煤层气藏. 揭示煤层气藏的成藏机制, 认识煤层气藏的内部细节特征, 促进了该区的煤层气开发技术进步, 提高了井下煤层瓦斯的抽放效率.      

山西晋城矿区成庄井田3号煤储层的物性研究

对研究区内3号煤储层的几何形态、割理和孔隙系统进行了研究,并引入了储层结构综合指数(SI)来评价研究区内煤层透气性特征和甲烷运移能力,并得出了如下结论:①全区煤层厚度稳定,是煤层甲烷的良好储集层;②根据全区割理发育程度推测出,构造主应力来自NE-SW方向;③通过孔隙系统研究,3号煤层基本上属于非渗透性储层;④成庄井田3号煤层结构综合指数(SI)等值线平面图,显示了煤层透气性由东北向西南呈逐渐变差的趋势。     

中国煤层气地质研究进展与述评

基于对国内近年来有代表性的学术论著的研究分析,从煤层气生成演化与运移效应、煤储层特性及其预测理论、煤层气成藏动力学条件及数值模拟、煤层气成藏类型及区域聚集规律等方面,评述了我国煤层气基础地质近年来研究进展,并指出煤层气超临界吸附效应、煤层气能量平衡系统与聚散机制、煤层气有效资源评价理论与方法、煤储层渗透率构造-采动控制效应、含煤层气系统有效失衡叠加场效应等是我国煤层气地质近期研究的发展趋势。