国外煤层气储层数值模拟技术的现状及发展趋势

煤层气储层数值模拟是煤层气资源勘探和开效手段.本文回顾了国外煤层气储层数值模拟技术的发展历程;重点介绍了煤层气储层模拟数学模型的类型、典型模型及软件;评述了不同类型模型及软件的特点及应用效果;简要分析了煤层气储层数值模拟技术的发展趋势.     

《非常规天然气地质学》内容提要

正本书系统介绍了非常规天然气地质学的基本理论与研究方法,共由8章组成。主要包括非常规油气地质研究进展、非常规油气地质地位和意义;非常规天然气地质学地质基础及相关的重要概念;煤层气的物质组成及性质、煤储层、煤层气赋存状态及其转化机制、煤层气成藏、煤层气勘探开发技术与方法、中国煤层气     

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。      

非常规含气系统的研究和勘探进展

从含油气系统的观点出发，分别总结了煤层气、盆地中心气、裂缝型页岩气、浅层生物气和天然气水合物五类非常规含气系统的地质和地球化学特征，修改和补充了传统油气系统的概念，为天然气新领域的开拓和发展提供了新的思路。常规天然气藏为浮力驱动的存在于构造或地层圈闭中的独立气藏，而非常规天然气藏一般不是浮力驱动的聚集气藏，它们在区域上呈连续弥散的聚集，常常与构造和地层圈闭无关，因此，它们的成藏要素和过程与常规天然气藏有所区别。在煤层气和页岩气中，烃源岩既是储层，又是盖层且运移距离很短；储层多为低孔隙度、低渗透性的裂缝型储层，主要为毛细管力和水力封闭，大型煤层气藏可以出现在向斜构造中。     

煤矿采动条件下煤层气储层模型及应用

煤矿区煤层气开发受煤矿采动影响,为实现煤矿采动条件下煤层气井产能数值模拟,抽象概化了采动条件下煤层气开发的地质模型,构建了采动条件下煤层气储层的数学模型,并通过对CBM-SIM软件二次开发,实现了采动条件下煤层气储层的数值模拟。在建模和数值解算软件开发中,基于采动离层量变化曲线公式构建了采动条件下储层渗透率变化曲线公式,利用采动井水位变化规律构建了储层漏失水量变化公式,利用时间卡机制解决了煤储层渗透率及漏失水量的动态求解和循环迭代过程中作为系数和边界条件的调用赋值,实现了渗透率随采动影响的动态变化、储层水漏失降压和储层产气的耦合解算。应用开发的软件对淮南矿区某矿采动条件下煤层气抽采井生产数据进行历史拟合和产量模拟应用,预测煤层气产量曲线与实际生产曲线基本一致,判定系数达到0.92。      

我国煤层气储层研究现状及发展趋势

通过对煤层气储层描述及储层评价，煤储层分布，预测及选区评价，煤储层研究方法及实验技术等方面的系统评述后认为，我国目前已基本掌握了煤储层地质特征研究和地质评价选区技术，煤层气储层工程技术和储层模拟软件系统，并在煤层气储层研究方面有所突破，但我国煤储层的构造复杂，煤层多强烈变形，煤层结构常呈碎粒状及糜棱状等，煤储层多为贫煤和无烟煤，呈“三低一高”（煤层压力较低，煤层渗透率低，在水压裂等强化措施下形成的常规破裂裂缝所占比较低；煤层普遍具有较高的吸附力）的物性特征，且变质程度偏高，高煤级煤（贫煤一无烟煤）占49％，独具“中国特色”，进而讨论了当前我国煤层气储层研究急待解决的8个方面的科技问题和难点，指出了在21世纪初中我国煤层气储层研究的7个发展趋势。     

沁水盆地南部煤层气成藏动力学机制的研究

应用油气成藏动力学方法，研究沁水盆地南部煤层气成藏动力学机制。通过热力场、应力场、地下水动力场的分析，认为本区具有良好的生烃条件和储集条件，晋城矿区南部，地下水流为一种汇流区，这种地下水流场特征，导致煤层气在汇流区域得到富集，形成地下水和煤储层中流体的能量的积聚，这种能量的聚集是形成高压储层的基础和保证。同时，南部还是低地应力分布区，渗透率相对地高，因此南部煤层气富集，煤层气产能大，是煤层气勘探开发最有利地区。晋城矿区北部为单向流动的地下水动力场，使得在相同地质背景下的同一地区出现不同的煤层气成藏特征。     

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。     

关于煤层气排采动态变化机制的新认识

对于影响煤层气排采动态的几个基本地质问题,从新的视角进行了分析。在此基础上,基于沁水盆地南缘寺河区块3号煤层上覆含水层的水文地质条件和岩石物理性质,模拟了煤层气井排采过程中储层压力降漏斗的大小,求出了储层压力降漏斗影响下煤层气解吸、产出的量值,得到的模拟排采曲线与实际排采曲线变化趋势吻合较好。本文认为,煤层中只有少量束缚水和一些重力水;煤层气井压裂增产形成的压裂缝使得煤层与顶板以上的含水层相互贯通,煤层气排采时抽排的地下水实际上应是煤层顶板上方含水层的承压水;抽水形成承压水头降落漏斗(即储层压力降漏斗),其影响范围内的煤层气得到不同程度的解吸和释放,这就是煤层气排采的动力学机制。     

煤层气钻井中煤储层的保护措施

煤层作为煤层气的生成层和储集层,在储层特征和储存方式等方面与常规油气储层具有不同的特点,决定了煤层气钻井、完井、储层保护及压裂等技术的特殊性。在钻井中,选用欠平衡钻井技术、空气潜孔锤钻井技术;使用低密度、低粘度、低失水量、中性pH值及低（无）固相含量的钻井液;采用低密度、低上返的固井技术。这不仅对煤储层具有一定的适应性,也保护了煤储层的渗透性。     

煤层气直井开发井网适应性优选

利用直井井网开发煤层气,优选合理的井网对于煤层气藏的高效开发关系重大,因此,有必要针对不同储层条件的煤层气藏研究优化井网类型。通过数值模拟方法,针对不同渗透率、不同各向异性的煤层气藏,进行了正方形、矩形和菱形3种不同井网的数值模拟,得出适合不同井网开发的储层渗透率和各向异性的范围。模拟研究表明:正方形井网不适合煤层气的开发;矩形井网适合于中渗、低渗至特低渗煤储层;菱形井网适合于中渗至高渗煤储层。      

基于COMET3软件的煤储层数值模拟方法

煤储层数值模拟技术是进行产能预测、地面开发前景评价和生产工艺优选等的重要手段。基于煤储层数值模拟软件的发展历史,阐述了运用第三代专用软件（COMET3）进行煤储层数值模拟的主要步骤,通过实例展示了煤储层排采历史拟合和煤层气井产能预测的效果。结果显示,COMET3软件考虑了三重孔隙结构、双扩散特性、煤基质收缩膨胀效应等煤储层特点,可在较大程度上反演和修正煤储层测试数据,有利于提高煤储层特性分析和煤层气井产能预测的客观性。     

山西沁水寿阳ST区块煤储层三维精细地质建模

煤储层三维地质模型的精确性直接影响到后期煤层气开发方案的部署和煤层气井的产量。本文以山西沁水盆地寿阳ST区块为例,基于地质数据、岩心数据、测井数据和地震数据等资料,提出了井震约束条件下煤储层的三维地质建模方法。通过建立构造模型,采用序贯指示模拟方法模拟煤层在三维空间的分布,建立研究区岩相模型。通过序贯高斯模拟方法模拟煤层含气量、孔隙度、渗透率等参数分布规律,建立反映煤层气特征的精细三维属性模型,预测了相关属性参数的空间分布特征。基于地质模型划分了产能潜力区,结合产能数值模拟技术,进行了煤层气井单井产能预测。本文划分的煤层气产能潜力区与产能预测结果,与目前区块内煤层气开发部署和实际产气情况吻合。     

山西沁水盆地某煤层气区块储层特征及敏感性评价

与常规油气储层相比,煤层气储层往往具有低孔、低渗、低压、吸附性强以及裂隙发育等特点,在勘探开发过程中容易造成比较严重的储层损害。因此研究煤层气储层特征及敏感性,找出储层潜在损害因素,对预防储层损害具有十分重要的意义。以沁水盆地某煤层气区块为研究对象,采用X射线衍射、压汞实验以及测井资料分析等手段对储层特征进行了研究,结果表明,目标区块煤储层显微组分以镜质组为主,惰质组含量较少,不含壳质组;黏土矿物含量在7.5%左右,以蒙脱石为主;储层孔隙度、渗透率以及孔隙直径均较小,物性较差。储层敏感性实验评价结果表明,速敏损害程度为中等偏强,水敏损害程度为强,碱敏损害程度为弱,酸敏损害程度为中等偏弱至中等偏强,应力敏损害程度为强。基于以上研究结果,开发出了适合目标区块煤储层的钻井液体系和压裂液体系,均具有良好的储层保护性能,能够满足煤层气储层钻井和压裂施工的需要。     

无越流补给含水层对煤层气排采影响的数值模拟

沁水盆地南部煤层气井具有“高产水、低产气”的特征,然而也有部分井存在“高产水、高产气”的现象。一般来说,煤层气井高产水,多与沟通含水层相关。针对这种情况,基于沁水盆地柿庄南区块煤储层地质条件,结合煤层气直井排采的实际情况,利用数值模拟方法,采用气水两相多组分的三维煤储层模拟软件(SIMEDWin)模拟煤层气井排采中,沟通无越流补给含水层对储层压力变化及煤层气水产出规律的影响。结果表明:与无含水层影响的煤层气井对比,沟通无越流补给含水层的煤层气井远井地带压降幅度显著,高产气时间久,累积产气量多,排水量大,但见气时间较晚;含水层渗透率越大,气井日产气峰值越高;气井日排水量越大,产气速度也会越快,但产气速度在排水量达到一定值时不再增大。综合考虑,沟通无越流补给高渗透率含水层,增大日排水量到一定值更有利于柿庄南区块煤层气的增产。      

沁南地区煤层气生产潜力研究

本文以沁水盆地南部地区煤层气生产试验井的徘采资料为基础，结合煤田地质勘探和中联公司煤层气勘探所获得的地质、生产资料，阐述了煤层气井的排采机理。并以TL—003井排采试验为例进行详细剖析，运用储层模拟技术，研究、分析影响煤层气产出的主要参数，初步预测了该区煤层气井的生产潜力。     

沁水盆地石炭—二叠系煤层气成藏期研究

根据储层的成岩序次、油气包裹体特征及含烃盐水包裹体均一温度,自生伊利石K-Ar同位素年龄,结合构造热演化史及裂变径迹资料,对沁水盆地石炭—二叠系煤层及顶板砂岩煤层气成藏期次进行了综合研究。认为该气藏主要有两大油气充注过程:第一期发生在三叠纪末—早侏罗世,山西组、太原组主力煤层普遍处于成熟阶段,主要生成液烃、气液烃包裹体;第二期发生在晚侏罗世—早白垩世,对应于干酪根裂解气阶段,为煤层气大量生成阶段,是石炭—二叠系煤层气的主要成藏期。山西组顶板砂岩样品自生伊利石年龄约为191Ma,表明早侏罗世,伴随盆地抬升,从煤层中解吸附的油气向砂岩储层充注的最早时间。     

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。      

国外煤层气成因与储层物性研究进展与分析

从煤层气生成机制及其地质控制、煤储层孔隙结构与吸附/解吸行为、煤储层裂隙系统及其对渗透率的影响三个方面,有重点地总结了国外有关煤层气成因和煤储层物性研究的新进展。笔者认为:国外在煤层气次生生物成因、煤层气生成矿物金属元素催化作用、煤层气固溶态赋存形式、含气量测定不确定性、煤层气近临界和超临界吸附、吸附能及其非均质性、裂隙矿物成因及其对成藏过程的指示作用、煤储层渗透率随煤层气解吸的变化规律及其控制因素等方面的研究,极大地深化了对煤层气成因和煤储层物性的理解与认识;煤岩学、煤地球化学、岩石力学等的结合是国际上煤层气地质研究手段的重要发展趋势,而煤层气成因与特殊赋存形式、含气量精确测定与评价、超临界吸附与吸附能分布、解吸过程中煤储层渗透率变化特征及其地质控制等的研究,显示出国外煤层气成因和煤储层物性研究的重要前缘方向。     

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。