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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

煤层气合采储层评价与开发

来源:煤田地质与勘探

我国多煤层煤系分布广泛,多煤层条件下煤层气成藏具有特殊性,表现为煤层层数多且成组赋存、煤系生烃能力强、沉积旋回与储盖组合频繁交互、气藏组合类型多样、多套压力系统叠置共生、层间非均质性强、资源丰度高等特征,其成藏特点决定了其可观的开发前景和特殊的开发方式,即从煤层组合的角度实施多煤层煤层气合采。为此,《煤田地质与勘探》以近年来发表代表性论文,包括储层评价、有利区优选,井位部署及开发效果分析等,以促进该研究领域技术进步和同行交流。

行业视野

煤层气

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  • 作者(Author): 李佳欣, 陈贞龙, 郭涛

    摘要:贵州省是薄至中厚煤层群发育的典型地区,煤层数量多、厚度薄、渗透率低、地应力高、压力系统多层叠置等资源禀赋特征导致国内外主流煤层气开发工艺技术本土化困难,煤层气资源难以动用。多、薄煤层煤层气地质特征的特殊性决定了煤层气开发技术的明显选择性,多煤层合采成为该地区煤层气资源高效开发利用的必由之路。2009年至今,中石化华东油气分公司在贵州织金区块陆续完成23口合采煤层气井的部署工作,实现了单井最大日产气量达5 000 m~3、试验井组(10口直井)单井平均日产气量超1 000 m~3的突破。对此,基于织金区块多煤层煤层气的勘探开发实践,系统分析了该地区多、薄煤层煤层气成藏地质条件,归纳总结了开发关键工艺的地质适用性,从地质选层、开发模式及排采管控等方面取得以下认识:(1)建立了合采产层优化判别方法,明确了以珠藏次向斜Ⅲ煤组20、23、27、30号煤层为主的最优层位组合关系;(2)形成了定向井多层分压合采、水平井分段压裂体积改造相结合的特色开发模式;(3)制定了以“平衡排采、阶段降压”为理念、以“面积降压”为目的的精细化排采管控制度。研究成果有助于促进该区域的多煤层煤层气开发,对贵州省煤层气高效开发具有重要的参考价值。
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    煤田地质与勘探
    2022年第09期
    203
    171
  • 作者(Author): 孙斌, 田文广, 杨兆彪, 杨敏芳, 李存磊

    摘要:滇黔北探区赋煤向斜众多,多薄煤层发育,含气量较高,煤层气资源丰富,是筠连外围重要的拓展区块。基于大量煤田孔及煤层气试验井,分析煤层气地质条件,建立多层合采有利区优选评价方法:多层次模糊数学+关键指标法。首先,基于层次递阶优选构建评价模型并确定关键指标,明确关键指标为合采系数、煤体结构、含气量,其中,合采系数由最优合采跨度及合采累计煤厚构成,并给出关键指标的定量评价表,然后,运用模糊数学计算公式,得到储层评分结果,最终获得多层合采有利区优选结果。结果显示:研究区晚二叠世龙潭组/宣威组煤层最多可达到20层以上,可采煤层一般3层左右,煤层总厚度一般在6 m以上,煤层层数及煤层厚度由东南向西北逐渐减少或减薄。大部分区域主力煤层为C5(M11)煤层,厚度一般在2 m以上,其灰分质量分数平均为27.73%,为中灰煤,煤级主要为贫煤–无烟煤。各向斜主力煤层含气性差异性较大,含气量最大可达到30.53 m~3/t。研究区煤体结构以原生结构煤和碎裂结构煤为主。以C5(M11)煤层分别向上或向下合采计算合采系数,由此形成了两个合采层段,多层合采Ⅰ类有利区主要位于研究区可乐向斜中西部,牛场–以古向斜南部,镇雄向斜南部,庙坝向斜东南部,洛旺向斜中西部,石坎向斜中西部。
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    煤田地质与勘探
    2022年第09期
    180
    70
  • 作者(Author): 桑树勋, 郑司建, 易同生, 赵福平, 韩思杰, 贾金龙, 周效志

    摘要:煤系叠合型气藏是含煤地层煤系气特有的关键成藏类型,煤系叠合型气藏的发现、勘探开发实践与研究探索为我国煤系非常规天然气勘探开发提供了新领域和新思路。提出并阐述煤系叠合型气藏的概念、主要类型、发育特征和赋存分布,探讨煤系叠合型气藏的形成条件、成藏过程、成藏模式,揭示其形成机理,重点讨论2种主要类型煤系叠合型气藏的地质适配性勘探开发技术模式,分析前瞻了煤系叠合型气藏在煤系气勘探开发中的应用。研究表明:我国发育(分流)河道砂体与煤层接触型(华北型)、煤层-砂岩–泥岩互层型(华南型)、煤层–砂岩–泥岩互层夹砂砾岩型(东北型)3类煤系叠合型气藏,分布赋存分别以华北地区山西组、华南地区龙潭组和东北地区城子河组为代表;沉积作用是煤系叠合型气藏的关键主控地质因素,三角洲沉积体系的泥炭沼泽、分流河道、支流间湾的沉积微相组合为煤系叠合型气藏的有利沉积相序组合;煤层为主的叠置复合储层结构和岩性圈闭是煤系叠合型气藏的重要特征,统一的含气系统和压力梯度一致是其本质特征;含煤段煤层/砂岩/页岩不同类型储层间发生能量物质传递和平衡、煤层气/致密砂岩气/页岩气间运移和相态转化是煤系叠合型气藏形成的主要机理,喜马拉雅期是华北地区山西组煤系叠合型气藏成藏关键期;高分辨率地震岩相解释识别气藏与虚拟产气层合层开发是华北型煤系叠合型气藏勘探开发技术模式的关键特征,“层段优选、小层射孔、分段压裂、投球分压、合层排采”构成华南型煤系叠合型气藏勘探开发技术模式的核心内涵。这些技术模式已得到应用并将为我国煤系气共探共采和深层煤层气高效开发提供重要支持。
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    煤田地质与勘探
    2022年第09期
    172
    113
  • 作者(Author): 刘世奇, 方辉煌, 桑树勋, 胡秋嘉, 段卫英, 贾慧敏, 毛崇昊

    摘要:随着煤层气勘探开发的深入,多煤层合层排采受到广泛关注。合层排采管控工艺是确保煤层气合采井高产稳产的关键,而多煤层组合条件下复杂的地质条件增加了合层排采管控的难度。数值模拟技术是研究煤层气井合层排采管控工艺的有效手段,科学、可靠的模拟结果可为合采井排采管控提供依据。考虑温度效应、煤基质收缩效应、有效应力作用对煤层流体运移规律以及渗透率等煤层物性参数的影响,建立煤层气直井合层排采生产动态过程多物理场耦合数学模型,并进行有限元法的多物理场耦合求解。通过对沁水盆地南部郑庄区块煤层气合采井组的模拟,探讨不同排采速率下煤层气直井合层排采产气效果及渗透率等煤层物性参数动态演化特征,提出煤层气直井合层排采工程建议。模拟结果显示,郑庄区块3号、15号煤层整体含气量较高,煤层气合采井组具有较大增产潜力,提高排采速率对提高煤层气采收率的效果不显著;排采过程中,煤基质收缩效应对渗透率的影响强于有效应力作用,是提高煤层气井排采速率的保障,在确保排采速率不超过煤层渗流能力上限的基础上,适当提高排采速率可实现煤层气井增产。基于模拟结果,建议排采速率的调整以控制动液面或液柱压力为主;以3号、15号煤层气合采井增产为目标,产水阶段和憋压阶段,郑庄区块煤层气直井合层排采速率以液柱压力降幅0.12~0.20 MPa/d或动液面降幅12~20 m/d为宜,既可实现煤层气增产,又可避免储层伤害。
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    煤田地质与勘探
    2022年第06期
    295
    105
  • 作者(Author): 向文鑫, 桑树勋, 吴章利, 屠斌, 郭志军, 韩思杰, 周效志, 周培明

    摘要:煤层气有利区块的科学评价,是煤层气勘探开发部署和效益最大化。基于贵州省新划定的18个矿权空白的煤层气规划区块,综合区块现有地质与工程数据,系统研究了18个区块煤层气地质背景、资源特征、赋存特征和储层特征,并基于煤阶分类评价原则,运用多层次模糊数学综合评判法对18个区块进行了区块优选。结果表明:(1) 18个规划区块龙潭组煤层形成于海陆过渡相沉积环境,构造条件相对复杂,煤阶变化范围宽,煤储层地域性特征明显,具有薄-中厚煤层发育、含气量高、储层能量高但渗透率低的总体特征;(2)建立了高阶煤煤层气、中阶煤煤层气有利区分类优选方法,基于不同类型煤层气评价指标体系不同的方法原则,优选了15个选区评价参数,采用层次分析法获得参数权重,并建立各参数隶属度函数,结合模糊综合评判法确定评价样本得分,得到综合评价系数;(3)根据综合评价系数,划分出有利区3个、次有利区6个、后备区9个,其中中阶煤煤层气大河边向斜区块、照子河向斜盘北区块和高阶煤煤层气大方背斜南段区块为煤层气勘探开发有利区。评价结果为未来贵州省煤层气整体有序的勘探开发工作部署提供支持。
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    煤田地质与勘探
    2022年第03期
    205
    70
  • 作者(Author): 郭晨, 秦勇, 易同生, 马东民, 王生全, 师庆民, 鲍园, 陈跃, 乔军伟, 卢玲玲

    摘要:煤层气合采是提高多煤层区煤层气开发效率的重要途径,但成藏作用的特殊性决定合采方式与产能效果复杂多变,高效开发面临较大挑战。我国煤层气地质工作者围绕多煤层煤层气成藏与合采可行性开展大量基础研究与工程实践,取得丰富的阶段性成果,为深化煤层气开发地质理论、推动产业发展提供有力支撑。从叠置煤层气系统成藏机理、合采地质约束条件、合采可行性判识方法、合采储层伤害4个方面,系统分析评述我国煤层气合采地质领域的最新研究进展,以期为后续研究开展、工程实施与产业建设提供参考。主要认识可概括为:(1)深化了叠置煤层气系统成藏的层序控气机理以及成岩作用与地应力的后期改造效应;构建了煤系地下水环境化学封闭指数,为判识含气系统叠置性及流体动力条件提供了新的参数,结合流体压力剖面识别出3类含气系统叠置地质模式(增长型、衰减型和稳定型);进一步将叠置煤层气系统理念扩展到煤系气范畴,提出煤系复合储层叠置含气系统“共采兼容性”理论与方法体系,并应用于煤系气合采先导示范工程,取得初步应用成效;(2)华北石炭-二叠系(太原-山西组)与黔西-滇东上二叠统(长兴-龙潭组)是煤层气合采研究与工程实践的热点区域(层域),压力系统及渗透性差异是合采中最受关注的地质因素。华北山西组、太原组的水动力系统与供液能力差异是制约合采效果的重要因素,黔西-滇东地区合采煤层的最大层间跨度、累计煤厚、煤体结构受到更多关注,表层水干扰是制约织金区块煤层气合采效率的关键;(3)产能分析、物理模拟、数值模拟、产出水地球化学分析是煤层气合采可行性与干扰判识的重要方法,提出了基于产出水地球化学解析合采井产出水源和判识干扰程度的基本思路、技术图版和评价流程及基于产能曲线分峰剥离的产层贡献分析方法,技术方法的不断成熟、创新为煤层气合采方案、工艺优化与效率提升提供了有力支撑;(4)煤层气合采对地质条件与工程扰动更为敏感,易诱发储层伤害,涉及产层暴露诱发的贾敏效应与气锁伤害,压力系统与渗透性差异诱发的应力与速度敏感伤害。均一化储层改造、分压力系统开采(分时间或分空间)、精细化排采设计与管控是降低储层伤害的有效途径。
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    煤田地质与勘探
    2022年第03期
    258
    131
  • 作者(Author): 许耀波

    摘要: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。
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    煤田地质与勘探
    2021年第03期
    311
    165
  • 作者(Author): 郭涛

    摘要:针对南方煤层层数多、单层薄,构造复杂,糜棱煤发育,选区评价难度大等问题,利用织金区块勘探成果及分析化验数据,开展了多煤层煤层气成藏条件研究。结果表明,南方多煤层煤层气具有“沉积控储,保存控气,地应力、煤体结构控产”四元富集高产规律。沉积控制煤层厚度、层数、煤岩煤质等,决定了煤层气资源基础,潮坪沼泽控制下的煤层分布稳定,连续性好,灰分小于20%,镜质组体积分数大于80%。构造、水文地质联合控制煤层含气性,呈现出向斜核部富气特征,珠藏次向斜翼部往核部方向,随着埋深增大,氯根质量浓度及储层压力逐渐增大,含气量由8 m3/t逐渐增大到28 m3/t。构造作用影响煤体结构、地应力大小及现今地应力状态,进而影响压裂改造效果、渗流条件,直接影响煤层气井产能,研究区NE向与NW向构造分属不同形变区,北西向构造珠藏、阿弓、三塘次向斜较北西向构造比德、水公河次向斜形成时间晚,构造作用相对弱,现今地应力小于20 MPa,煤体结构主要为原生结构煤或碎裂煤,且水平应力大于垂向应力,压裂缝以水平缝为主,利于裂缝在煤储层中延伸,煤层气开发条件更有利。通过富集高产规律研究,认为南方多煤层资源基础较好,构造及其对地应力、煤体结构的影响是多煤层选区评价的关键因素,岩脚向斜珠藏–阿弓–三塘次向斜为煤层气开发有利区。区域上,远离威宁—紫云断裂的NE向含煤向斜是南方多煤层煤层气勘探的重点方向。
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    煤田地质与勘探
    2021年第02期
    373
    161

主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会

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