沁水盆地南部煤层气田煤层气成藏条件分析

煤层气藏具有其自身的形成条件和气藏特征。本文从煤层气藏的形成和保存条件出发,以沁水盆地南部煤层气田为实例,从沉积、构造、煤岩演化程度、顶底板条件、水动力、地应力等方面论述了煤层气成藏特征及高产富集因素,对下一步勘探具有重要指导意义。     

沁水盆地南部煤层气藏水文地质特征

水文地质条件对煤层气的高产富集起到重要的作用。沁水盆地南部有多个水文地质子单元,存在地下分水岭,造成煤层气井气水产能动态复杂化。研究区东部边界晋获断裂褶皱带的北段有明显的横向阻水作用,南段地下水径流条件极差,不导水。南部边界的中段具阻水性质,对晋城一带煤层气的保存与富集起到了重要作用。西部边界以安泽为界,北段阻水,南段由导水断层组成。本区内部存在着4条重要的水文地质边界。其中寺头断裂是一条封闭性的断裂,导水、导气能力极差。在沁水盆地的大宁-潘庄-樊庄地区,地下水以静水压力形式将煤层中的煤层气封闭起来。在寺头断裂西侧的郑庄及其附近地区,地下水径流强度可能较弱,较有利于煤层气保存。大宁-潘庄-樊庄一带为等势面"洼地"滞流型,煤层气富集条件好。      

沁水盆地南部煤层气成藏的有效压力系统研究

有效压力系统是宏观动力能共同作用于煤储层而形成的压力体系,是联系煤储层地层能量与煤层气成藏的桥梁和纽带。它的主要影响因素为构造应力、地下水水头高度以及地下水矿化度。通过对沁水盆地南部有效压力系统的研究可以发现,影响煤层气藏形成和破坏的关键时期是晚侏罗世—早白垩世末,本阶段有效压力系统处于开放体系和封闭体系不断转换的状态,并因此造成煤储层孔裂隙大量形成,不仅为有效运移系统的形成奠定了基础,而且也为沁水盆地南部区域高煤级煤层气藏的可采性埋下了伏笔。     

山西沁水煤层气田采收率预测

采用地质类比、等温吸附曲线及储层数值模拟 3种方法对山西沁水煤层气田主力气层———二叠系山西组 3# 煤层、石炭系太原组 15 # 煤层的煤层气采收率进行了预测 ,结果 3# 煤层的煤层气采收率为 6 2 % ,15 # 煤层的采收率为 5 5 % ,总平均采收率为 5 9%。分析对比了这 3种方法的运用条件及优缺点 ,指出煤层气采收率的预测必须采用多种方法 ,并结合具体的煤层气地质特点进行综合分析 ,才能得出合理的结论。     

沁水盆地南部煤层气井增产的储层生产控制探讨

以沁水盆地南部区块煤层气生产井的工程、测试、监测数据为依据,对影响煤层气井产能的储层生产控制因素进行了分析,探讨了优化储层生产控制、提高煤层气井产能的工程措施,重点研究了水力压裂工艺施工参数与煤层气井产能的关系,提出了有利于提高煤层气井产能的水力压裂工艺施工参数。结果表明：合理控制钻井液的密度与粘度,可提高煤层气井的产能;煤层气井的产能与固井工艺中的水泥浆密度与用量呈现负相关关系;水力压裂采用变砂比、控制压裂液、变排量等施工工艺和优化的工艺参数值可有效提高煤层气井气产量。     

山西沁水盆地煤层气成藏的微观动力能条件研究

煤层气成藏的微观动力能条件主要包括煤储层的孔隙—裂隙系统、煤储层的生气作用和储气作用两个方面。以山西沁水盆地为例,深入剖析了煤储层的孔隙—裂隙系统及其发育历程、煤储层的生气作用与能量聚散,阐明了煤层气成藏的微观动力能对成藏效应的控制作用。结果表明:构造作用对储层渗透率具有明显的控制作用,成烃增压致使能量聚集,成为盖层突破作用的主要驱动力,而能量放散则主要是通过煤储层孔隙—裂隙系统的产生、发展。根据上述研究成果,沁水盆地煤层气成藏的地质区划结果为:盆地南部的有利区带为阳城和晋城的北部地区,包括潘庄、樊庄、郑庄等地区;盆地中部的有利区带为安泽—沁源地区,位于盆地西斜坡的中南部;盆地北部的可能有利区带为寿阳东南部地区,位于榆次东北部和阳泉西南部之间。     

沁水盆地南部长治区块煤层气田的地应力特征

煤层气的生成、运移及富集等都与地应力的特征有直接的关系,掌握煤储层的应力特征对煤层气田的勘探和开发具有重要意义。基于沁水盆地南部长治区块煤层气开发区18口煤层气井的测井数据,利用带有残余构造应力的Anderson模型,分析垂向应力、最小及最大水平地应力的分布规律。结果表明:垂向应力基本上呈东西走向对称分布,东西部的应力大,中部应力小,数值在15.2～16.5 MPa之间;最小水平主应力自西向东呈现高→低→高→低的分布特点,数值在10.2～19.3 MPa之间;最大水平主应力也是自西向东呈现高→低→高→低的分布,数值在13.0～34.2 MPa之间。研究区东部所受埋深影响大于所受构造影响,而西部受到的构造影响大于其所受的埋深影响。研究区地应力分布规律与煤层气井的产气量存在高度相关性,研究成果可以为煤层气的勘探、开发和安全生产等方面提供参考。     

山西沁水盆地南部3号煤层储集空间特征与变质程度的关系

煤岩的变质程度影响着煤层的储集空间特征,对煤岩的孔隙度,渗透率以及煤岩微裂缝的发育都有重要影响。为了研究两者的关系,选取山西沁水盆地南部不同矿区有代表性的3号煤层,对不同变质程度煤样的镜质体反射率（R0）、孔隙度、渗透率进行了测试并对煤储集空间类型和结构进行扫描电镜观察。研究结果表明：3号煤层储集空间类型主要为孔隙和微裂缝;当R0小于2.4%,孔隙度、渗透率与R0呈负相关,R0大于2.4%时,孔隙度、渗透率与R0呈正相关,R0为2.4%可能是煤岩变质程度对煤岩孔隙度、渗透率影响的关键期,在高变质程度煤岩中孔隙度与渗透率的升高是由微裂缝的发育引起的,并且随着R0的增加,微裂缝发育程度增大。     

煤层气成藏的宏观动力能条件及其地质演化过程--以山西沁水盆地为例

煤层气成藏维系于其能量平衡系统,宏观上受控于“四场互动”过程,核心是能量的有效传递及其地质选择过程。以沁水盆地为例,对构造动力能、热动力能、地下水动力能等宏观动力能的地质演化过程进行了深入探讨,阐明了不同宏观动力能对煤层气成藏的控制作用。结果表明:研究区构造动力能及其演化总体经历了4个阶段;热动力能及其演化和由其控制的煤化作用同样经历了4个阶段;地下水动力能及其演化包括3个阶段。其中,燕山中期的剧烈岩浆活动是宏观动力能条件演化的关键时期。以构造动力能为主线,将其他能量场贯穿起来,可知宏观动力能与煤层气成藏之间的耦合关系如下:盆地北部阳泉—寿阳区域,是煤层气成藏有利区域之一,但不利于煤层气高产;盆地南部晋城—阳城及沁水北部区域,不仅是煤层气成藏有利区域,而且利于煤层气高产;盆地中部沁源地区是煤层气成藏和高产的有利区域;盆地东部的屯留—襄垣区域是煤层气成藏有利区域之一,但不利于煤层气高产。     

沁水盆地煤层气成藏主控因素与成藏模式分析

沁水盆地石炭-二叠系煤层厚度大、分布稳定、演化程度高,具有良好的煤层气勘探潜力,是目前国内首个成功商业化开发的煤层气盆地。基于研究区已有地质成果,对影响沁水盆地煤层气富集成藏的主控地质因素与成藏模式进行分析,认为构造运动、水动力条件、煤层埋深、煤岩组成及热演化程度是控制沁水盆地煤层气成藏的主要地质因素,高镜质组含量、高热演化程度、弱水动力条件和较大的埋深是煤层气成藏的有利条件,向斜是煤层气富集成藏的有利部位。     

高聚能电脉冲技术在沁水盆地煤层气井的应用

为了研究高聚能电脉冲技术在煤层气井的应用效果,对沁水盆地4口典型煤层气井进行了电脉冲技术现场试验。结果表明,试验初期4口煤层气井的产气量和产水量较试验前明显增加,说明电脉冲技术应用在煤储层可以解堵、提升液体流动和促进气体解吸;4口井的产气量和产水量基本都是在运行10~20d后出现明显衰减,说明电脉冲技术在本区煤储层的有效作用半径较短;2口井运行100d后的产气量和产水量仍然要高于试验前的产气量和产水量,说明电脉冲技术在煤层气井近井地带解堵、提升产量有适应性选择和较好的应用前景;电脉冲增产技术在煤岩强度较低、煤体结构较破碎的煤层中的应用存在局限性,最好在煤体结构较完整的煤层中应用,并且针对不同井况优化电脉冲技术参数,从而提高电脉冲增产技术的应用效果;该技术仅能作为煤储层的二次改造措施,不能取代常规压裂技术作为煤层的一次改造措施。     

煤层气直井产气曲线特征及其与储层条件匹配性

煤层气产气曲线类型与地质条件的匹配与否直接影响产气效果。以沁水盆地柿庄南区块排采4 a以上的直井为研究对象,在产气曲线类型划分基础上,分析不同产气曲线特征,进一步分析产气曲线与储层参数的匹配性。结果表明：研究区产气曲线可划分为单峰快速上升、单峰稳定上升、双峰后低和双峰后高4种类型。产气曲线所表现出的特征受控于储层原始渗透率,储层动力及压裂效果。单峰快速上升型适用于含气量大于12 m³/d、临储比大于0.4和渗透率大于0.1×10^-3 μm²的储层,该种曲线容易造成产气量的骤降;单峰稳定上升型适用的储层条件广泛,与储层参数匹配性较高;双峰后低型产气效果整体不佳,与储层参数的匹配性差;双峰后高型适用于压裂效果较好的井、对储层原始参数要求较低,其后峰产气量的增加速率影响整体的排采效果。基于上述分析,将储层划分为七种类型,对研究区及其相邻区块实施\     

沁水盆地煤层气富集单元划分

通过分析研究影响沁水盆地煤层气富集的构造动力条件、热动力条件和水动力条件,进而以沁水盆地形成的构造动力条件为基础,结合热动力条件和水动力条件,对沁水盆地煤层气富集单元进行划分。研究结果表明：沁水盆地可以划分为4个地质构造单元、9个煤层气富集区,并通过可采性评价,确定了2个煤层气开发有利区和3个较有利区;煤层气富集是构造动力条件、热动力条件和水动力条件综合作用以及时空匹配的结果,这3个条件的合理配置才能形成煤层气开发的有利区块。     

煤层气储层可改造性评价——以郑庄区块为例

我国煤层气资源探明率与动用率“双低”,导致煤层气增产显著放缓,已经成为制约我国煤层气产业发展的瓶颈问题。常规煤储层评价较少考虑煤储层的可改造性潜力,导致发现的优质储量偏少,已发现的储量动用率偏低,因此,迫切需要开展煤储层可改造性评价研究。以沁水盆地南部郑庄区块为例,系统开展了岩心与大样物理模拟实验、测井与地震反演分析等;通过对比分析典型井储层地质特征与微地震水力压裂裂缝监测结果,指出影响煤储层可改造性的关键地质因素为煤体结构、宏观煤岩类型、煤层构造变形、煤层地应力、煤层与顶底板的抗拉强度之差,建立了煤储层可改造性综合定量评价模型;并对郑庄区块煤储层可改造性进行了评价分区,其结果得到了区内千余口产气井的验证。研究成果可用于指导尚未动用储量区的煤层气建产和已动用储量区的开发方案优化调整,根据不同区块储层地质特点选择适应性的工程技术与改造方案,以实现地质工程一体化,是我国煤层气“增储上产”的关键。     

山西沁水煤层气田煤层气成藏条件分析

沁水煤层气田单层煤层厚，分布在1～12m之间，一般大于6m，热演化程度高，R0分布在2．6％～3．7％之间，含气量大于14m^3／t，煤层气资源丰富。煤层气组分和碳同位素组成特征表明：沁水煤层气田热成因的煤层气在煤层中经历了解析-扩散-运移等作用，在构造高部位富集成藏，成藏期后的煤层气藏保存条件好，在上述3个因素的作用下．使得沁水煤层气田煤层气成藏条件较好，富含煤层气资源。     

沁水煤层气田高阶煤解吸气碳同位素分馏特征及其意义

沁水盆地是我国煤层气勘探开发的重要有利区,沁水煤层气田位于盆地东南部。对采自沁水煤层气田两口井的煤开展了罐解吸实验。结果表明,该地区煤层气解吸速率很快,96 h后解吸气量都达到了总解吸气量的60%~85%,720 h后解吸过程基本结束;解吸气量大,平均在18 m3/t以上。煤层气解吸过程中甲烷发生碳同位素分馏,δ13C1值变化与解吸率呈良好的线性关系,参考这种正相关关系曲线,定期监视煤层气降压排采过程中甲烷δ13C1值的变化情况,可以大致推测出该地区煤层气解吸率,从而预测煤层气的采出程度。跟踪测试沁水煤层气田A1和A1-3井在试采过程的甲烷δ13C1变化情况,推测现在采出的煤层气可能主要是煤层裂隙中以游离形式存在的煤层气,表明该区煤层气稳产性较好,资源前景广阔。     

沁水盆地柿庄南区块煤层气井储层压降类型及排采控制分析

为了充分认识柿庄南区块煤层气井储层压力变化特征及其对煤层气井产量的影响,基于对柿庄南区块储层地质参数的分析及实际生产数据的剖析,对不同类型生产井的储层压降类型进行分析归类,并结合排采异常井对气井低产原因、排采控制方法及储层敏感效应进行具体分析。结果表明：柿庄南区块煤层气井储层压降可分为快速下降型、中期稳定型及缓慢下降型3种类型,其中快速下降型井更有利于煤层气高产稳产,但若降压速率超过快速下降型井的最大降压速率反而会使储层受到压敏、速敏效应,降低储层渗透率,同时导致压降漏斗扩展受限,最终抑制煤层气井达到高产稳产。     

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。     

Computer modeling and simulation of coalbed methane resources

Coal seam gas reservoirs are complex both geologically and in the mechanism of gas production. Understanding these naturally fractured reservoirs for two-phase (gas–water) flow conditions is often limited by a lack of data. This paper illustrates that reservoir simulation is a powerful tool which can be used to determine key data requirements, and how variability in reservoir properties and operating practices affect performance at the field level. The paper presents examples of how reservoir simulation can be used to assess the efficiency of well completions (fracturing or cavitation), identify candidate wells for remedial treatment, examine methane drainage in advance of mining, and assess the impact of errors in measured data on long-term gas production forecasts.