滇东地应力场深度分带及其对煤储层渗透率控制

地应力贯穿于煤层气生产整个过程,对煤层气的勘探选区和工程实施具有重要的现实意义。为研究滇东地应力特征,收集了滇东地区15口井（35层煤）注入/压降试井数据。研究发现：滇东煤层埋深介于497.12～1 234.31m（平均780.44m）,破裂压裂介于10.26～22.31MPa（平均16.55MPa）,闭合压力介于9.75～21.44MPa（平均15.52 MPa）。煤层的破裂压力与埋深、闭合压力均表现正相关性。滇东地区垂向地应力场可划分3部分,分别是走滑断层应力场（<700m）、过渡应力场（700～1 000m）和正断层应力场（>1 000m）。滇东地区煤储层渗透率为0.004 5～1.86mD（平均0.187 9mD）,随着埋深的增加,表现为“先降低后增加”的趋势,与地应力场转化位置基本一致。煤储层天然裂缝的发育规律与现代地应力场垂直分布特征,共同控制滇东地区煤储层的渗透率。     

地应力场特征及其对煤储层压力和渗透率的影响研究

通过对鄂尔多斯盆地延川南区块和沁水盆地和顺区块31口煤层气井试井资料分析,将含煤区块分为伸张型应力场和挤压型应力场,针对两种应力场背景下储层压力和渗透率与地应力的关系,以及最小水平主应力对渗透率的控制作用机理,提出地应力研究在煤层气选区评价的指导作用:继承型原型盆地稳定抬升,多以拉伸应力场为主,应力场较有利;残留型盆地构造运动较剧烈,多以挤压应力场为主,应力场相对较不利。通过将贵州省织纳煤田织金区块、安徽省淮南矿区、贵州省亦资孔盆地红果区块、华北盆地平顶山区块的地应力资料分别与开发试验区块的地应力资料进行对比,提出建议,即:贵州省织纳煤田织金区块和安徽省两淮煤田的淮南矿区部分最小水平主应力较小区值得进一步勘探;贵州省亦资孔盆地红果区块和华北盆地平顶山区块以挤压型应力场为主,最小水平主应力高,勘探风险高,不建议投入勘探工作量。     

有效应力对高煤级煤储层渗透率的控制作用

为了探究有效应力对高煤级煤储层渗透率的控制作用及其应力敏感性的各向异性,对5块高煤级煤样进行了覆压孔渗实验,揭示了有效应力对煤储层渗透率的控制机理。以3.5 MPa模拟原始地层压力发现,煤岩在平行主裂隙和层理面方向具有最高的初始渗透率,垂直层理面方向初始渗透率最低;有效应力从3.5 MPa增加到15.5 MPa的过程中,渗透率呈现出良好的幂函数降低趋势;渗透率伤害/损失的各向异性表明平行主裂隙方向渗透率伤害率和损失率最大,且不同方向应力敏感性受裂隙的宽度及其展布方向的控制;裂隙压缩系数随应力的增加呈现降低趋势,但由于高煤级煤岩压缩难度大,裂隙压缩系数的各向异性不明显。有效应力对渗透率控制的实质为通过减小煤储层孔裂隙体积降低渗透率,从而对各个方向上的渗透率均造成较大的不可逆伤害。     

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。     

煤储层渗透率动态变化效应研究

基于现代测试技术和煤层气井实测排采数据,采用物理模拟和数值模拟研究方法,探讨了开采过程中煤储层渗透率动态变化效应。研究结果表明,试验模拟和数值模拟渗透率数值相差较大,可达1～2个数量级;煤储层渗透率动态变化效应呈现出两种相反的规律,即数值模拟渗透率随流体压力降低而衰减,试验模拟渗透率随流体压力降低而增大,两种模拟渗透率动态变化特征看似相互矛盾,实则相互衔接,预示煤储层渗透率在排采过程中会逐渐得以改善。根据分析,揭示了二者差异性的根本原因。提出在整个排采过程中,应采用动态渗透率指标,不断调整和优化工作制度     

地应力对煤储层渗透性影响的机理研究

利用裂缝储层孔隙结构模型理论和弹性力学原理,从微观角度对地应力影响煤储层渗透性的机理进行了研究,得出了煤储层中地应力与渗透率的相关关系,其结果与从宏观角度统计分析的结果相吻合,进而在一定条件下揭示了地应力对煤储层渗透性影响的机理。     

提高煤储层渗透率的酸化实验

为了研究酸化对煤储层渗透率的影响,进行了室内酸化实验。采取山西沁水盆地南部晋城矿区3号煤层中裂隙发育的煤样,分别将其制成60~80目的干燥煤粉和直径为50 mm的煤心,用不同的酸液体系对煤粉和煤心进行处理,测量煤粉酸化后的溶蚀率以及煤心酸化前后的渗透率和孔隙度。实验结果发现,经酸化后煤心渗透率由原来的0.5×10^-3 μm²左右提高到3.0×10^-3 μm²左右,孔隙度增加了5.5%左右。对煤心进行酸化处理能极大的提高其渗透性,为煤层气酸化现场施工提供实验支撑。     

煤储层渗透率动态预测模型适用性评价

基于比较理论推导建立的4个煤层渗透率计算模型,对我国煤层气盆地已有物性参数进行计算,以预测其煤储层渗透率。将模型预测结果与现场试井渗透率数据进行对比分析,得出了4个模型的预测精度,在此基础上研究了煤储层渗透率动态预测模型对我国煤层气部分区块的适用性。计算结果表明:在煤层气开发后期,汪-张模型的适用性较好,预测结果与现场数据基本一致,对煤层气开采有一定指导意义。     

莺歌海盆地流体垂向输导体系及其对天然气成藏控制作用

垂向输导体系主控下的热流体活动是莺歌海盆地重要的地质特征之一, 决定了盆内独特的油气成藏过程.依据地震剖面综合解释、三维地震属性提取和岩石薄片观察, 分析了流体垂向输导体系的构成要素, 并利用PetroMod v11进行2D盆地数值模拟, 定量化计算了自源超压和传导超压的大小, 获得以下主要认识: (1)底辟伴生断裂和水力破裂是东方区最主要的2种垂向输导要素, 且在垂向上存在分异性, 深部流体输导以水力破裂为主, 浅层输导以底辟伴生断裂为主; (2)流体的垂向输导刺穿了超压封存箱并导致自源超压面在盆地中央抬升近2 000 m, 现今盆地东方区3 000 m左右黄流组油气藏中剩余压力的90%来自传导型超压; (3)盆内存在2个有利天然气聚集带: 箱顶传导常压带和箱内自源-传导超压带, 其中后者天然气藏受水力破裂输导控制, 具有流体输导高效且距离烃源灶近的优势, 是盆地内最有勘探潜力的天然气聚集带.      

高煤阶煤层气藏储层应力敏感性研究

水相存在使煤储层应力敏感性更加复杂,是煤层气开发需要特别关注的问题。通过开展煤储层干样与湿样的应力敏感性实验,分析了煤储层应力敏感性特征。应用数值模拟方法,研究了煤储层应力敏感性对煤层气井产能的影响。研究结果显示,煤储层具有强应力敏感性并且明显不可逆性。有效压力从2 MPa增加到10 MPa,气相渗透率降低90%;初始渗透率越低,应力敏感性越强,有效应力降低以后,煤岩渗透率不能恢复到原始水平。水相存在使得煤层气藏应力敏感性更强,有效压力从2 MPa增大到3 MPa,3块煤岩湿样渗透率分别降低了66.0%、50.4%和58.5%,而干岩芯渗透率降低幅度均低于50%。同时随含水饱和度增高,表现出应力敏感性愈强的趋势。煤储层应力敏感性极大地影响煤层气井产能,储集层原始渗透性越差,应力敏感对产量的影响越大。因此,煤层气生产过程中,特别是煤层气排采初期,地层压力较高,一味地增大生产压差可能不会增加煤层气井产量。     

我国煤层气生储层间的关系类型及特征

分析、总结了我国煤层气生储气层间的关系类型，指出煤层气生成后，由于受各种因素的影响，均发生过运移，并将运移途径分为五种形式。同时根据煤的热模拟试验，从煤层气生成量与现测含气量大小的关系，将含气量分为两个类型，又以储气量大小分为七个级别。由此提出，今后对煤层(成)气的勘查与研究，应着重于大中型含煤盆地，把构造简单、煤层厚度和煤层气含量稳定的、埋深为800～l500m的区带作为地面垂直勘探和开发的首选区。     

中国煤储层渗透率主控因素和煤层气开发对策

我国煤储层渗透率比美国煤储层渗透率低1~2个数量级,低渗透率是制约我国煤层气勘探开发的主要因素之一,本文系统分析了我国煤储层渗透率的主控因素。研究表明,煤储层的渗透率主要受煤体结构、宏观裂隙以及割理/裂隙系统充填状况和现今地应力等因素的控制,适度构造变形产生的碎裂煤中因宏观裂隙发育导致其渗透率高于原生结构煤的渗透率,但强烈构造变形形成的碎粒煤和糜棱煤则使渗透率降低;割理/裂隙系统矿物充填和高应力不利于渗透率保存。在不同地区,控制煤储层渗透率的关键因素不同,针对性对策是煤层气开发的关键:针对复杂煤体结构,在压裂井层优选时要在煤体结构测井解释的基础上考虑避开糜棱煤;针对我国华北地区石炭—二叠系煤层割理/裂隙普遍以方解石充填为主的煤储层低渗透成因,建议探索和开发酸化压裂一体化储层增透技术;针对高应力和地应力类型在垂向上的转换,在压前搞清应力强度和类型的基础上,控制水力压裂隙高度以避免沟通煤层围岩含水层;针对煤储层的应力敏感性和高应力状态,建议采用逐级降压制度,以提高单井的累计产气量。     

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.      

砂井地基平面问题转换及其应用

考虑砂井地基的井阻和涂抹区效应，建立了轴对称砂井和平面砂墙之间渗透系数以及几何尺寸的关系式，使砂井地基等效成平面砂墙处理。采用修正剑桥模型的二维平面应变Biot(比奥特)固结有限元对一高速公路塑料排水板路基的沉降预测，显示结果与实测沉降结果比较接近。     

China Shale Gas Reservoir Types and Its Controlling Factors

Shale gas is an important unconventional natural gas. This paper classified shale into three types, which are marine, marine-continental transitional and continental facies shales, and summarized strata, distributions and reservoir features of the three kinds of shales. Marine face shale usually occurs in large scale and great thickness, and has widespread distributions; transitional face shale has the characteristics of thin layers, large multiple thickness and frequent interbedding, while the distribution of terrestrial face shale is relative narrow. Different shale reservoirs have similarities in gas compositions, occurrence states, gas origins. But they also differ in thickness, distributions and rock associations, etc., because of different sedimentary environments. Comparing reservoir characteristics of Chinese and American shale, organic matter abundance, maturity and types control the gas generation; mineral compositions and structures, organic matter maturity and types, pore and fracture structures, gas occurrence and migration characteristics, burial depth, and effective thickness control the shale gas accumulation.     

低渗透变形介质渗透率时变效应规律及对油田开发的影响

针对低渗透油田开发过程中存在的时变效应,以室内实验为基础,结合数值模拟方法研究了低渗透油藏渗透率时变效应规律及其对油田开发效果的影响.结果表明,上覆压力越大,渗透率时变伤害率越大,上覆压力增大至一定值之后,上覆压力的变化对渗透率伤害率的影响不大.渗透率越小,渗透率时变伤害率越大.当渗透率小于0.1×10-3 μm2时,渗透率时变伤害明显增大,同时难以恢复到原渗透率条件,裂缝性岩心时变伤害大且伤害后恢复更加困难.时变效应对渗透率的伤害主要集中在井筒附近,无因次半径越小,渗透率伤害越大;在相同的生产压差下,时变效应系数越大,油井产量越低.     

中国煤层气成藏作用研究进展与述评

中国以成藏作用为核心的煤层气基础地质研究近些年取得显著进展。本源菌条件下褐煤生物气模拟、矿物/元素催 化生气作用、无烟煤层重烃极度异常原因、煤层次生生物气等的研究成果,深化了对煤层气多元化成因的学术认识。在更 为广泛的盆地和更加深入的层次上探讨了煤层气成藏作用的宏观地质过程及其控制因素,经典煤层气成藏作用理论得到发 展。提出了原创性的煤层气成藏效应研究思路,从地层能量角度探讨了煤层气成藏作用的实质,提出了某些新的学术观 点,初步探讨了深部煤层气成藏作用的特殊性。我国煤层气地质条件复杂多变,诸多基础地质问题尚待解决,近期探讨的 重点在于宏观动力学方面的地应力场效应和深度效应,以及微观动力条件方面的煤级效应和粒度效应,涉及到深部、构造 煤、低煤级煤等资源量巨大的煤层气成藏领域。同时,含煤地层非常规气（煤系气）的共生成藏关系以及共采中的基础地 质问题,也将是今后的一个重点研究方向。     

应力控制技术及其应用综述

概述了应力控制技术的基本原理及其在国内外的应用状况，指出了应力控制技术对于解决深井高地应力岩层的开采与支护问题有独特的作用，及它在我国深井矿山开采中的应用前景，并对其力学机理作了初步探讨。