基于煤层气井排采数据的储层含气量动态反演研究

煤储层含气量是煤层气开发的核心参数,但实测煤储层含气量与煤储层的真实含气量之间往往存在误差。基于窑街矿区海石湾井田煤层气井不同时段的产气量,以煤储层含气量“定体积”降低为基础,反演煤储层实时含气量,研究煤层气井排采过程煤储层实时含气量的变化规律。结果表明:煤储层含气量随排采时间呈线性下降趋势,不同步长煤层气井产气量与煤储层含气量降低幅度一致,遵循“定体积”产气特征,即煤层气单井产气量是煤基质“定体积”产出;煤层气井的产气量与含气量降低速率有关,而与煤储层原始含气量无关。煤储层为隔水层,水力压裂难以改变煤基微孔隙通道的结合水状态,CH₄产出过程受水–煤界面作用控制,煤层气产出是“CH₄·煤·水”三相界面传质作用的结果,水–煤界面作用中水的湍动提供并传递能量,激励块煤中CH₄解吸与产出。      

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。     

基于ABC-BP模型的煤层含气量预测

煤层含气量预测是煤层气资源勘探开发利用前期的重要研究内容之一。近些年,BP神经网络算法常用于煤层含气量预测领域,但传统BP模型在训练过程中往往存在收敛速度慢、对初始值敏感以及易陷入局部极小值等问题。为此,提出了一种改进的以人工蜂群算法为特征的BP神经网络预测方法。以沁水盆地某工区3号煤层为研究对象,首先,利用R型聚类分析法对目标煤储层所提取的多种类型的地震属性进行分类,优选出4种对煤层含气量变化反应最敏感且相互独立的地震属性;再利用人工蜂群算法(ABC)寻找BP神经网络的输入层与隐含层的最优连接权值和隐含层的最优阈值,构建具有鲁棒性的ABC-BP神经网络预测模型,并以井位置优选地震属性和含气量数据为样本训练该模型;最后,以整个工区目标储层的优选地震属性为输入,进行工区内煤层含气量的预测。预测结果与各井含气量的变化趋势基本吻合,其中,训练井处的平均误差率为0.23%,验证井处的误差率低于15%,预测精度较高,因此,该预测方法可靠性高,适用性强,可有效用于煤层含气量预测。     

煤层气储层测井评价技术及应用

煤层气储层地球物理测井评价是获取煤层气参数的重要方法。根据沁水盆地柿庄区块煤层气储层的典型地质特征及该区块的测井资料和岩心分析数据,基于体积模型和概率统计模型的分析方法,计算出煤层各组分含量;对大量的测井资料进行统计分析,得出该区煤层煤阶与地层温度相关的结论;基于概率统计模型计算出的煤层组分和实验室岩心解吸测试数据,利用兰氏方程和多元线性回归导出了煤层含气量计算的经验公式,并通过该区的实际资料验证了评价方法的可信度与有效性。     

基于测井参数优选的煤层含气量预测模型

随着煤层气勘探的不断深入,对煤层含气量预测精度提出了更高的要求。基于煤层含气量测井响应特征,分析测井参数与含气量的相关性,提出MIV（Mean Impact Value）技术与LSSVM（Least Squares Support Vector Machine）结合的测井参数优选策略,优选最优测井参数作为网络建模的输入自变量组合,通过粒子群算法优化LSSVM网络核心参数,最后构建一套适用于煤层含气量预测的MIV-PSO-LSSVM模型。在此基础上,分别对比分析LSSVM、PSO-LSSVM、MIV-LSSVM和MIV-PSO-LSSVM模型对煤层含气量的预测性能,并与传统多元回归方法进行了对比,利用拟合优度和均方根误差对此5类模型进行评价。结果表明:PSO优化下的LSSVM模型预测精度得到有效提升,结合MIV方法优选测井参数可大幅度改善神经网络建模性能,MIV-PSO-LSSVM模型可实现煤层含气量高精度预测,为煤层气勘探及其储层评价提供新的技术支撑,且本研究的建模策略及思想可广泛应用于其他机器学习建模研究领域。      

基于“定体积法”的大佛寺井田煤储层稳产阶段动态含气量反演

含气量是影响煤层气井生产的关键参数,但是,多数煤层气井无法直接获得目标煤层含气量,且解吸法测定的低阶煤储层含气量误差较大。文章以大佛寺井田煤层含气量动态变化特征为研究目标,结合煤层气井排采数据对煤储层参数动态的同步反馈,采用“定体积法”分析煤层气井排采数据,进行4#煤储层实时含气量的动态反演。结果表明：（1）设定多个原始含气量,实时含气量随时间变化呈线性递减关系,且下降趋势一致,皆能得到实时含气量变化线性斜率相同的结果：产气量与含气量消耗同步,且与生产时间间隔无关。（2）分析1 d、3 d、5 d的不同时间步长,设定原始含气量分别为2 m3/t、3 m3/t、4 m3/t、5 m3/t、6 m3/t、8 m3/t时,煤储层实时含气量变化关系高度一致,认为煤层气井遵循“定体积”产气规律,即不存在压降漏斗的形成与扩展。（3）连续排采阶段,实时含气量与排采时间呈线性降低关系,排采间断前后两个阶段煤储层实时含气量线性降低速率不同：为-0.00546和 -0.00435;第二阶段较第一阶段实时含气量变化斜率减小,是因为排采过程产生煤粉,堵塞阻碍块煤的解吸作用,造成储层伤害,能够解吸的煤层体积缩小。     

延川南区块深层煤层气井产能主控因素

深层煤层气井产能高低及影响因素认识不清,制约了其商业化开发进程。对延川南万宝山构造带煤层气生产特征及产能情况进行了总结,从煤层气资源条件、煤层气解吸难易程度和渗流条件3个方面对产能影响因素进行了研究。结果表明,渗透率与含气量是影响产能的主要因素：渗透率大于0.3×10^-3μm²和含气量高于15 m³/t是稳定产气量大于1 000 m³/d的前提条件。含气量主要受埋深和水动力条件影响,埋深越大,水动力条件越弱,含气量越高;渗透率主要受地应力、形变和裂缝发育情况控制,低地应力区和局部构造高点附近渗透率较高。根据渗透率与含气量将构造带划分为高渗高含气、高渗低含气、低渗高含气、低渗低含气4个区。其中,高渗高含气区产液量中等,产气能力高;高渗低含气区以异常高产液、低产气井为主;其他两区产液量和产气能力较低。     

深部煤层气储层地质研究进展

深部煤层气资源潜力巨大,将是非常规天然气勘探开发的一个新领域。美国和加拿大部分地区已经成功实现了深部煤层气开发的商业化水平,而中国由于受当前开发技术和经济条件的限制,至今尚未形成规模性的开采。基于对近年来有代表性的学术论著的研究分析,从煤岩孔裂隙结构、吸附解吸性质、气体在煤层中的扩散渗流过程、煤储层的可改造特征等4个方面总结了深部煤层气储层物性的理论研究进展。研究指出深部煤储层处在高温、高压和高地应力的复杂地质环境中,煤储层储渗演化、煤层气吸附解吸扩散渗流平衡关系、煤岩应力应变行为等趋于复杂,开展特殊地质条件下的深部煤储层物性演化机理的研究,对我国深部煤层气资源的勘探开发具有重要的理论和现实意义。     

宿南矿区祁东煤矿煤层含气量和组分特征及其影响因素分析

为研究宿南矿区祁东煤矿煤层气地质和地球化学特征及影响因素,在样品采集和测试基础上对含气量及组分进行测定,并探讨了影响因素。结果表明：煤层气组分以CH₄为主,含量为62.14%～98.0%(平均含量为87.57%);次为CO₂和N₂,含量分别为0.00～8.63%(平均含量为4.08%)和0.15%～30.17%(平均含量为9.21%)。甲烷浓度与含气量成正比,与N₂浓度成反比。含气量随埋深增加而增加,但甲烷浓度变化不明显。另外,甲烷浓度和含气量与煤层厚度、顶板厚度呈弱正相关关系。含气量与水分关系为弱负相关,与灰分和挥发分为弱正相关。     

煤层气生成与煤层气富集：II.有效生气阶段生气量的估算

煤层的生气条件主要通过有效阶段生气量来影响煤层气的富集。有效阶段生气量取决于有效生气阶段的起止煤级及煤中原始有机质的丰度及其组成。本文给出了估算有效阶段生气量的基本公式,重点讨论了煤中原始有机质的丰度和组成的恢复方法,并以沁水盆地南部主要矿区３号和１５号煤层为例,对有效阶段生气量进行了估算。     

吐哈盆地低煤阶煤层气地质特征与成藏控制因素研究

我国低煤阶煤层气资源丰富,气煤以下的低煤阶煤层气资源量15.13×1012m3。迄今为止尚无成功开发先例,地质成藏基础研究亟待加强。论文通过对吐哈盆地煤层气成藏条件、成藏特征分析,探讨了地质构造、聚煤作用、煤系特征、生物气形成与保存等低煤阶煤层气成藏控制因素,初步确定了吐哈盆地煤层气成藏类型及其分布特征,把吐哈盆地煤层气成藏模式划分为盆内凹陷成藏模式、盆缘陡坡成藏模式和盆缘缓坡成藏模式3种类型,根据成藏过程的匹配特征把煤层气藏类型划分为储-逸型低压逸散式、储-运-逸型运移储集式两种类型,该划分方案有助于指导低煤阶煤层气成因研究与资源勘探开发。     

对煤层气井施工技术的认识

根据施工煤层气井的成功实践,介绍了有关煤层气井的钻井,固井工程及煤层改造等技术措施。     

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。     

豫西地区煤层含气性分析

煤层含气性是煤层气资源评价的的重要参数。豫西地区石炭系二叠系煤层发育,本文依据大量的煤田地质资料和含气量测试、瓦斯涌出量等数据,分析了含气量测试数据的可信度,深入解剖了煤变质程度、埋深、构造、上覆连续沉积地层厚度、煤层厚度及煤层顶底板岩性等主要控制因素对煤层含气性的影响,进而建立了煤层含气量与煤级、埋深的拟合曲线及其函数关系,并对全区二_1煤层含气量空间分布规律进行了总结,得出了本区煤层含气量高、煤层气勘探开发前景十分广阔的结论。     

沁水盆地南部TS地区煤层气储层测井评价方法

煤层气是一种自生自储于煤岩地层的非常规天然气资源,其储层测井评价内容及方法不同于常规天然气,在煤层气勘探开发过程中更关注于有关煤岩工业分析组分、基质孔隙度、裂缝渗透率及煤层含气量等一系列关键的储层参数。针对沁水盆地南部TS地区煤层气勘探目标层,分析了各种测井响应特征,采用回归分析法计算煤岩工业分析组分;针对煤层气含量影响因素众多且较为复杂的特点,结合相关地区煤岩样品实验分析结果,利用基于等温吸附实验的兰氏煤阶方程估算煤层含气量参数;通过煤岩孔隙结构的分析,采用变骨架密度的密度孔隙度计算公式求取煤岩总孔隙度,利用迭代逼近算法计算裂缝孔隙度;根据煤岩裂缝中面割理发育而端割理不甚发育的特点,以简化的单组系板状裂缝模型计算煤岩裂缝渗透率。通过对TS-A井进行实际计算,结果表明,煤岩工业分析组分和煤层含气量计算结果精度高,总孔隙度一般在5.5%左右,而裂缝孔隙度则大多小于0.5%,裂缝渗透率主要分布在0.001×10-3～10×10-3μm2之间,孔渗参数计算结果与相邻井区现有资料相符。采用测井方法可以快速、系统地对煤层气储层多种参数进行准确评价。     

贵州织金煤层气非储层水平井开发技术研究

直井开发煤层气钻井和压裂成本高,控制面积小,单井产气量低;煤层内水平井钻进难度大,风险高,薄煤层中井眼轨迹控制难度大,钻井液有害固相对储层伤害严重,采收率低。基于此,分析贵州织金区块煤系地质构造,提出在煤系地层内稳定的非储层内布水平井,通过压裂造缝沟通水平井上下煤层同时开发多层煤层的新思路。与常规开发方式相比,非储层内水平井具有钻井风险小、储层伤害小、单井产量高的优点,同时还可以开发煤系致密气和页岩气,提高非常规天然气利用率。研究非储层内水平井开发贵州织金煤层气技术,为解决贵州煤系地层煤层多而薄、层间距小等特性煤层气开发难题以及综合利用煤系气提供新的方式。     

煤储层物性对甲烷碳同位素分馏的影响

煤层气作为一种吸附气,在储层中解吸扩散运移时甲烷碳同位素发生分馏。笔者通过采集山西晋城和新疆昌吉不同演化程度的煤样进行解吸试验,系统记录整个解吸过程中甲烷碳同位素组成的变化情况,研究了储层物性对甲烷碳同位素分馏的影响。结果表明：对于基质致密的煤样,解吸气体的δ13C1随时间增加逐渐变重,其变化的速率具有先快后慢的阶段性特点。对于基质疏松的煤样,解吸气体的δ13C1随时间增加先轻后重,这是由于取芯操作及煤样解吸过程中的基质收缩变形破坏了煤体原生结构,从而对正常的同位素分馏效应产生了影响。随着成熟度的增高,煤中微孔丰度增加,气体解吸扩散过程中受的限制增强,同位素分馏效果更显著。压裂裂缝的存在影响了煤层甲烷碳同位素的分馏效果,使得试采过程中井口气样δ13C1的变化规律不明显。     

阜新盆地刘家区煤储层综合分析

在对阜新盆地刘家区构造演化及构造特征、煤层发育特征、煤的化学成分及排采试验资料分析的基础上,对研究区煤层气含量、煤的吸附性、煤层渗透率、煤储层压力、临界解吸压力、煤体结构、煤层气产出特点进行了综合研究。认为研究区煤层分布广、厚度大、丰度高,煤的吸附能力强;而且埋深与辉绿岩侵入体是控制煤层气含量的主要因素,成煤后期构造运动是影响煤储层渗透率的关键因素。煤层气开发有利区应在向斜翼部和岩墙、岩床附近煤变质程度高的区域。     

数据自动采集在煤层气生产中的应用——以沁水盆地柿庄南区块煤层气井为例

为了提高煤层气生产数据采集效率,笔者建立了数据自动采集系统。该系统可以自动识别、采集并处理不同格式、不同结构和不同类别的生产数据,形成具有统一结构的数据格式。系统可分别针对Word文件和Excel文件查找表格标题和分析表格结构,并利用整表识别或者关键字识别对单个单元格、连续多个单元格、单元格内的键值对和按行/列增长的数据表进行表格识别,从而实现数据自动采集。柿庄南煤层气生产数据自动采集结果表明,该系统可以准确和高效地提取和采集生产数据,为提高煤层气田生效效率提供有效技术支撑。