考虑多组分吸附的页岩气储量计算方法

储层中的页岩气通常不只含有单一组分的甲烷,为此在储量计算时,需要考虑多组分气体的吸附解吸。以体积守恒原理为基础,运用Bangham变形理论及扩展的Langmuir吸附模型,推导了多组分吸附的页岩气藏物质平衡方程,采用线性化处理,从而得到了页岩气动态储量计算方法。计算结果表明,多组分吸附对页岩气储量计算影响较大,只考虑单组分甲烷吸附时计算的页岩气储量与使用扩展的Langmuir吸附模型计算的页岩气储量相差近20%;原始气中甲烷浓度越高,吸附相密度越低,总吸附量降低,动态储量升高;压力越高,吸附相的视孔隙度大;压力降低,页岩基质变形程度增加。     

基于物质平衡反演法的致密砂岩气藏地层压力计算

压力是气藏的“灵魂”,地层压力是评价气井产能,分析气藏潜力的基础。然而,受到资料完整程度、方法适用条件等因素的限制,大部分气井无法准确获取地层压力。为了评价致密砂岩气藏地层压力,基于少量压力监测资料,采用数学反演思维,提出物质平衡反演法。首先,利用拟稳定流动状态下气井生产数据,拟合Blasingame图版,计算气井动态储量。而后,通过动态储量及一个测压数据进行反演,建立物质平衡方程,代入累产气量,评价地层压力,最后,以大宁–吉县区块致密砂岩气井为例,进行地层压力计算。结果表明:(1) 物质平衡反演法仅需一个测压点,可以评价气井的地层压力变化。(2) 气井原始地层压力差异大,单井地层压力变化复杂,存在多个压力系统。(3) 压力系统不一致与储层非均质性强有关。研究结果对于致密气单井压力计算和致密气藏压力评价提供了可靠的方法,为致密气藏开发方案调整和效益开发奠定了基础。      

物质平衡法对定容煤层气藏生产动态的预测

由于煤层气藏特殊的赋存及渗流方式,使其有别于常规气藏,而煤层气藏开采初期的多相渗流问题使其产能预测更为复杂。在定容煤层气藏物质平衡法基础上,利用历史生产数据完成线性拟合,并用拟合得到的参数对未来生产动态进行预测。通过将模型预测的平均地层压力、平均含水饱和度及产气、产水量随时间变化与CMG数值模拟结果进行对比分析,结果显示,本文方法预测结果较为准确可靠,尤其是在煤层气峰值产量之后。      

煤储层夹层水侵量和控制储量的计算方法

煤层气藏渗流机理不同于常规气藏,产气量受到煤层解吸压力及吸附特性的影响,计算单井控制储量难度较大;同时,部分煤层气井受到储层压裂或断层沟通边底水及夹层水的影响,排采初期产水量高,且产水期长,呈现明显的水侵特征。为了评价煤层气井的产能及水侵程度,通过大量文献调研发现,目前对高产水的生产井研究较少。在前人的研究基础上,引入视地质储量法和生产指示曲线法,建立适应外来水侵的煤层气井生产模型,考虑储层的非常规特性,利用少量的生产资料计算水侵量和单井控制储量,为煤层气开采提供重要气藏参数。研究结果表明:视地质储量法和生产指示曲线法所需资料简单,2种方法计算出来的控制储量基本吻合,水侵量能够真实反映生产井的水侵特征,对煤层气的开发具有重要的指导意义。      

提高解吸速度是煤层气藏工业化生产的关键

煤层气开采机理是排水—降压解吸—扩散—渗流—生产。提高解吸速度是煤层气藏工业化生产的关键。解吸速度可分为单位体积解吸速度和体积解吸速度。通过井网选择,增大解吸体积、提高解吸体积是实现煤层气工业化生产的有效途径,特别是割理不发育、含气量不太高、致密低渗透煤层气藏工业化生产的可靠措施。方形井网的解吸体积、解吸速度比直线井网大。     

孔隙压力对煤岩基质解吸变形影响的试验研究

煤层气开采过程中,伴随着煤层气不断地吸附、解吸和渗流,煤体产生变形,极易导致煤和瓦斯突出事故。以晋城天地王坡煤矿为例,通过实验室内试验,模拟煤层气在复杂地层漫长的形成和逐渐开采过程,得到了孔隙压力与解吸量、应变的变化关系,并拟合得出其相应关系表达式,揭示了一些新的规律:(1)初期解吸速度较快,解吸量随时间的增长而不断增加,后期解吸速度减缓,解吸量逐渐趋于稳定;(2)孔隙压力与解吸量、应变呈现抛物线曲线关系,随孔隙压力的升高,吸附和膨胀变形占主导,其值均在增大;(3)存在最小孔隙压力值,随孔隙压力的增大,解吸时间增长,孔隙压力越小,吸附解吸规律越不明显,对于晋城天地王坡煤矿3#煤样,该值在1.0MPa左右;(4)不同加载方式对解吸量和变形量影响较大,先部分加载吸附后全部载荷解吸结果同比加全部载荷吸附解吸结果高13%～77%。试验结果可为煤层气(CBM)抽放安全和煤与瓦斯突出防治提供理论依据。     

页岩气高压吸附特征及其对储采规律的影响

针对目前页岩吸附等温线测试温度、压力通常未达到储层温压条件这一问题,设计了页岩高温高压吸附等温线测试方法,研究了储层温度、压力条件下页岩吸附等温线特征,以实际页岩岩心为例计算了游离气和吸附气随压力的变化规律,并采用全直径页岩氦气和甲烷控压生产实验研究了吸附气对产气特征的影响。结果表明：视吸附量先随压力增大而增大,到达峰值之后视吸附量随压力的增大而减小;在低压条件下,采用Langmuir外推计算的吸附气量与高压实验计算的吸附气量相差不大;而在高压条件下,采用低压Langmuir理论推算总含气量高估9.2%;低于临界解吸压力时,吸附气解吸附使得单位压差产气量增加;高于临界解吸压力时,吸附气对单位压差产气量几乎没有影响;开发初期,低于临界解吸压力范围较小,吸附气对产气量贡献较小,尽可能动用游离气是高效开发的关键。     

钻井液对煤心煤层气解吸损失量的影响

为了准确求取钻井液作用下煤心煤层气解吸损失量,借助物理化学、界面化学、表面浸润、浸润相变和煤化学等理论,并通过相关实验研究,讨论了游离态煤层气对解吸损失量的影响,探讨了钻井液作用下液置气和水锁现象对煤层气解吸机理的影响。结果表明:在钻井液作用下,煤心煤层气解吸是多因素动态耦合作用的结果,煤层气原始压力、煤结构破坏类型、粒度、煤级、提钻速度和装罐时间是影响煤层气解吸损失量的主要因素;另外,煤心煤层气在钻井液和空气两种介质中有置换解吸、变压解吸和常压解吸3种解吸过程。      

潞安—晋城矿区煤层气采收率分析

根据煤田地质瓦斯资料和煤层气参数井测试成果，分析了潞安－晋城（新区）矿区主煤储层的平均含气量、饱和度、临界解吸压力、理论采收率以及煤层甲烷解吸率、可解吸量等数据，得出本区主煤储层平均解吸率约为38％，高于全国其它地区。     

煤层气储层动态渗透率影响因素及排采管控措施

排采管控方法对煤层气储层动态渗透率具有显著影响。基于煤层气井不同排采阶段渗透率的主控因素，以提高和改善渗透率为目标，提出了针对性的排采对策。井底流压大于原始储层压力时，降压速度为0.03~0.05 MPa/d，可降低压裂液和速敏伤害；井底流压在原始地层压力和解吸压力之间时，以小于0.03 MPa/d的速度降压，避免加剧储层"渗透率漏斗"；在解吸压力以上0.2~0.3 MPa时开始以0.01 MPa/d速度降压，在解吸压力附近稳压排水30 d，解吸后套压控制在0.2~0.3 MPa左右，避免两相流造成的水相渗透率下降；提产段通过变速提产强化基质收缩作用改善储层渗透率；稳产段主要通过单位压降增产量来确定合理的稳产产量，实现煤层气井长期高产稳产。现场试验表明，该方法取得了较好的应用效果。      

焦坪矿区低阶煤储层因素对煤层气井产能的影响及敏感性分析

利用CBM-SIM煤层气数值模拟软件,以焦坪矿区低阶煤层为例,研究了煤层厚度、渗透率、含气量、吸附性、储层压力、含气饱和度和临储比等煤储层因素对煤层气井产量的影响。结果表明:气井产量随煤层厚度、渗透率、含气量、Langmuir压力、含气饱和度和临储比的增大而增大,随Langmuir体积的增大而减小;储层压力不影响产气量大小,只改变气井的产气时间;含气饱和度和临储比能更好地反映多个因素变化时的产气量变化。      

沁南-夏店区块煤储层等温吸附特征及含气量预测

煤的吸附能力是决定煤层含气量大小和煤层气开发潜力的重要储层参数。通过对沁南-夏店区块二叠系山西组3号煤层72个煤样进行等温吸附实验,剖析了3号煤层煤的吸附性能,建立了基于Langmuir方程的煤层含气量预测方法,揭示了研究区3号煤层煤的吸附性能及含气量分布。研究结果表明,沁南-夏店区块3号煤层主要为贫煤和无烟煤,煤的空气干燥基Langmuir体积为18.15~34.75 m3/t,平均29.36 m3/t;Langmuir压力为1.47~2.71 MPa,平均2.03 MPa;煤储层压力梯度0.11~1.06 MPa/hm,平均0.49 MPa/hm,煤储层压力随着煤层埋藏深度的增加而增高;煤层含气饱和度整体呈欠饱和状态。通过预测模型预测研究区3号煤层含气量2.87~24.63 m3/t,平均13.78 m3/t,且随着埋藏深度的增加而增高,其含气量相对沁水盆地南部偏低。煤储层含气量分布主要受控于本区煤层生气、储气和保存等因素。      

沁水盆地东缘洪水地区15号煤层储层特征研究

洪水地区位于沁水盆地东缘中部,15号煤层是该区主要的可采煤层之一,根据区内煤层气参数井测试数据、试井资料及煤炭地质勘查资料,对15号煤层储层特征进行了研究。结果显示：研究区15号煤层为高变质程度的贫煤,煤储层渗透率在0．047～0．1lmD,属低渗透率煤层,储层压力梯度为0．402～0．965MPa／lOOm,平均为0．672MPa／100m,属于欠压地层,煤层含气量为9．02—20．67m3／t,平均16．18m。／t,含气量较高。整体来看,研究区属于低渗透、低储层压力梯度和临储比,高含气量的煤层气富集区。     

鄂尔多斯盆地延川南区块目的煤层含气性分析

为计算鄂尔多斯盆地延川南区块煤层气资源量、甄选有利区带及确定先导性试验井组的部署,对全区探井的煤层含气性进行综合分析。结果显示:区块内煤层气含量为5.54~19.56m3/t;兰氏体积为13.59~33.78m3/t,兰氏压力为2.06~3.72MPa,含气饱和度为41.48%~92.19%;临储压力比为19.18%~84.28%。区块整体含气性显示较好,开发较为有利,其中以包括Y3、Y6等井在内的万宝山构造带为煤层气开发的最有利区带。     

煤层气井排采历史地质分析

根据晋城、潞安、焦作、铁法4个矿区25口煤层气生产试验井的排采资料,从煤储层渗透性和含气饱和度、生产压降条件、地下水系统、储层能量系统等方面综合分析研究,将排采曲线归纳为4种具有代表性的类型。认为煤储层渗透率0．5mD以上、临储压力比0．6以上以及含气饱和度80％以上,是获得高产煤层气井的必要储层条件。同时,煤储层和围岩的不同组合。将直接影响煤层气井的生产状况。     

贵州省岔河勘探区主采煤层瓦斯压力分析

分析岔河勘探区龙潭组主要煤层6号煤瓦斯压力的实测结果,及部分钻孔依据煤层瓦斯含量计算的瓦斯压力,得出该主采煤层瓦斯压力均大于煤层突出危险性指标的临界值0.74MPa,说明该区主煤层存在突出危险性。比较实测瓦斯压力与计算结果,认为计算结果偏小的原因与煤层瓦斯含量有关：一是在钻具提升过程中部分瓦斯逃逸,造成煤样解吸测定过程中累计解吸的气体量变小;二是气体损失存在误差;三是解吸化验时间过长,产生泄出现象,导致实测瓦斯含量偏小。     

煤层气井合层开发层间干扰分析与合采方法探讨 ——以平顶山首山一矿为例

多煤层合层开发是提高煤层气井单井产量的关键技术,然而工程实践中大部分煤层合采存在层间干扰问题,致使合采产气量提升不明显。为了提高合层开发煤层气井的产气量与开发效率,以平顶山首山一矿煤层气合采四2煤层和二1煤层为例,基于煤层气赋存的地质条件,分析了合采层间干扰的影响因素及干扰规律,并提出了煤层合层开发层间干扰的控制方法。结果表明:造成四2煤层和二1煤层合层排采产量低的主要因素是储层压力梯度、临界解吸压力和渗透率。其中,两层煤的储层压力梯度分别为1.05 MPa/hm和0.519 MPa/hm;渗透率分别为0.25×10–3 μm2和1.4×10–5 μm2;临界解吸压力分别为1.16~1.69 MPa和0.40~0.46 MPa;另外,两煤层间距大,平均170 m左右。以上主要影响因素差异,造成两层煤合采时层间矛盾突出,干扰严重,总体产量低,井组煤层气开发效率低。基于现状问题,探索提出大间距多煤层大井眼双套管分层控制合采工艺方法,以实现两层煤分开控制达到合采产能叠加的目标,从而提高煤层气井合采产量和开发效果。研究认识将为平顶山及类似地质条件的矿区多煤层煤层气高效合层排采提供新的技术途径。      

Geological Controls on the CBM Productivity of No.15 Coal Seam of Carboniferous–Permian Taiyuan Formation in Southern Qinshui Basin and Prediction for CBM High-yield Potential Regions

Coalbed methane (CBM) resources in No.15 coal seam of Taiyuan Formation account for 55% of the total CBM resources in southern Qinshui Basin (SQB), and have a great production potential. This study aims at investigating the CBM production in No.15 coal seam and its influence factors. Based on a series of laboratory experiments and latest exploration and development data from local coal mines and CBM companies, the spatial characteristics of gas production of No.15 coal seam were analyzed and then the influences of seven factors on the gas productivity of this coal seam were discussed, including coal thickness, burial depth, gas content, ratio of critical desorption pressure to original coal reservoir pressure (RCPOP), porosity, permeability, and hydrogeological condition. The influences of hydrological condition on CBM production were analyzed based on the discussions of four aspects: hydrogeochemistry, roof lithology and its distribution, hydrodynamic field of groundwater, and recharge rate of groundwater. Finally, a three-level analytic hierarchy process (AHP) evaluation model was proposed for predicting the CBM potentials of the No.15 coal seam in the SQB. The best prospective target area for CBM production of the No.15 coal seam is predicted to be in the districts of Panzhuang, Chengzhuang and south of Hudi.