煤炭学报
 
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2018年 43卷 06期
刊出日期 2018-07-20

论文
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0 本期专题导读
“煤系气共采技术”专题特约主编致读者

煤系气泛指赋存在煤系储集体中的各类天然气,以非常规天然气为主,如煤层气、煤系页岩气和煤系砂岩气,也包括煤系碳酸盐岩气、天然气水合物等。近年来,国内能源界高度关注到煤系气资源潜力及其开发利用价值,重视到由单纯煤层气勘探开发向煤系气共探合采转型的战略意义,投入巨资进行勘查与开发试验,从基础研究、探测方法到开发关键技术取得全面进展。尤其是“十三五”以来,启动了煤系气国家科技重大专项项目以及相关的重大重点科技计划,推动了煤系气共生成藏、共探合采技术的发展和示范基地的建设。在此背景下,本专题集中报道了2016年至今的相关成果,期望推动我国煤系气产业快速形成和发展。〖WM〗
煤系气成藏地质条件的特殊性,造就了煤系气勘查与开发的技术特点与难点。面向这一技术挑战,我国煤系气研究者和开发界做了诸多努力,适应性的勘查开发技术体系正在形成和完善。专题30篇论文(本期第2~31篇)昭示,我国煤系气地质评价与预测从基础研究、勘查环节延伸到了开发地质环节,煤系气开采由单纯的煤层气拓展到了煤系页岩气、煤系致密砂岩气乃至多气合采,煤系气开发技术由单一气体储层压裂排采转向了多类型多储层分压合采及合压合采,勘探开发和示范基地建设由先前的鄂尔多斯盆地东部扩展到黔西地区,四川、新疆、黑龙江等省区实现了单井高产气流的新突破,煤系气勘查与开发试验也受到内蒙古、湖南、河南等省区的广泛关注。煤系气成藏地质特点的深化认识、勘查开发工程技术的创新与突破以及示范基地、勘查项目的广泛扩展,预示我国煤系气产业正在形成。
在本专题正式出版之际,感谢行业有关专家学者在百忙之中完成了对论文初稿的评审,感谢录用和未被录用论文作者对本专题的关注和付出。同时,对相关企业和专家学者为我国煤系气勘查开发技术研发和产业基地建设做出的贡献表示深深的敬意。

2018 Vol. 43 (06): 0-0 [摘要] ( 119 ) [HTML 1KB] [PDF 174KB] ( 259 )
1487 谢和平,高明忠,刘见中,周宏伟,张瑞新,陈佩佩,刘志强,张安林
煤矿地下空间容量估算及开发利用研究

以煤矿地下空间科学利用为主线,以提升煤矿地下空间综合利用为目标,系统调研分析了我国煤矿地下空间容量,首次绘制了全国生产煤矿井下可利用空间分布图、距地级市50 km内煤矿可有效利用的地下空间分布图、全国煤矿有序退出井巷可利用地下空间分布图,并由此建立了煤矿地下空间的判识和估算方法,对煤矿采空区可利用地下空间进行了估算。进行了不同开发利用功能的围岩适建性研究,提出了煤矿地下空间开发利用的六大设计原则和四大设计理念,系统提出了煤矿地下空间利用的方向、技术及构想。结合京西煤矿地下空间可利用容量、关停顺序和内外部建设条件提出了合理的开发利用规划目标,作为典型案例设计了京西煤矿地下空间开发利用的构想。

2018 Vol. 43 (06): 1487-1503 [摘要] ( 127 ) [HTML 1KB] [PDF 8050KB] ( 307 )
1504 秦勇,吴建光,申建,杨兆彪,沈玉林,张兵
煤系气合采地质技术前缘性探索

煤系气以不同相态赋存在不同岩性储层之中,勘探开发效果取决于吸附气与游离气或有机储层气与无机储层气之间合采兼容性及其地质控因。鉴于此,合采地质技术是煤系气开发技术体系的核心构成之一。通过近年来研究,认识到煤系气合采产层的层间矛盾正是煤系气合采兼容性问题,这一兼容性起源于合采产层能量状态、产层物性之间的差异,可采用生产数据统计分析、数值模拟、物理模拟等方法予以识别,但关于主要影响因素的认识却存在差异。尝试和研发了多种煤系气合采产层贡献判识手段,如井筒分层实时监测装置以及产出水地球化学动态分析、数值模拟与物理模拟、生产曲线分峰剥离等判识方法。这些手段和方法各具特色,其中基于生产曲线分峰剥离的合采产层贡献全过程反演分析值得关注。认识到煤系气合采门限问题无法回避,建立了以产气贡献为目标函数的煤系气合采产层组合优化与甜点区预测方法,并初步应用于工程示范实践。同时,煤系气开发模式与开发方式、合采产层排采地质动态诊断等技术也已提上研发日程。这些进展表明,我国煤系气地质评价技术体系正在形成,技术内涵正在不断丰富和深化,并将在煤系气规模性开发中发挥重要作用。

2018 Vol. 43 (06): 1504-1516 [摘要] ( 61 ) [HTML 1KB] [PDF 2799KB] ( 215 )
1517 钟建华,刘闯,吴建光,张守仁,杨冠群
鄂尔多斯盆地东缘临兴地区煤系气共生成藏特征

随开采技术的不断进步,煤系气共采成为可能,而煤系气共采的前提便是煤系气的共生,所以探讨煤系气共生的问题对共采具有重要意义。通过对鄂尔多斯盆地东缘临兴地区煤系气生储盖特征研究的基础之上,结合岩芯观察及野外地质考察,总结了煤系气的共生组合模式,综合沉积、构造和成岩作用,初步探讨了煤系气共生的成因机制。结果显示:本溪组8+9号和山西组4+5号煤层为主要的烃源岩,暗色泥岩也具有一定的生烃能力;砂岩类型以岩屑砂岩为主,孔隙度平均值6.2%,渗透率平均值0.14×10-15 m2,属于致密砂岩范畴;致密砂岩层、泥页岩层和煤层可以互为盖层;致密砂岩、泥页岩和煤层两两之间的组合模式具有14种,煤系气的共生组合模式具有4种。其中的两种或多种组合,构成了致密砂岩气、页岩气和煤层气的混合共生;沉积作用对煤系气共生的形成具有决定性作用,成岩作用对煤系气的共生具有改造作用。

2018 Vol. 43 (06): 1517-1525 [摘要] ( 69 ) [HTML 1KB] [PDF 8813KB] ( 203 )
1526 曹代勇,聂敬,王安民,张守仁,张兵
鄂尔多斯盆地东缘临兴地区煤系气富集的构造-热作用控制

鄂尔多斯盆地东缘的临兴地区是我国煤系三气勘探开发的重点地区之一,从构造-热作用控制的角度,探讨临兴地区煤系气共生富集规律及其控制因素。受紫金山岩体侵入影响,区域单斜构造格局分划为中央隆起带、环形褶皱带和单斜构造带3个次级构造单元,各次级构造单元构造变形特征差异,决定了煤系气共生组合类型和煤系气富集规律。煤系地温梯度和储层压力梯度由中央隆起带向外逐渐降低,导致煤层气、页岩气等吸附气含气量依次降低,致密砂岩气则呈现出相反趋势。地下水矿化度分布特征表明环形褶皱带内水动力条件最弱,有利于吸附气保存。根据不同次级构造单元内煤系气富集主控因素特征,提出与中央隆起带、环形褶皱带、单斜构造带相对应的“岩浆侵入型→向斜与水力封堵型→缓倾单斜与岩性封堵型”的煤系气富集成藏模式。

2018 Vol. 43 (06): 1526-1532 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 3091KB] ( 154 )
1533 李俊,张定宇,李大华,唐书恒,张松航
沁水盆地煤系非常规天然气共生聚集机制

沁水盆地煤系非常规天然气(煤系“三气”)资源丰富,研究煤系非常规天然气的共生聚集机制有助于天然气资源的综合利用。依托煤系有机地化与储层物性相关测试数据,分析了煤系非常规天然气的生烃物质基础与储层特征;基于典型钻孔的沉积序列、岩性组合和气测资料,建立了三类煤系非常规天然气共生模式并探讨了其在层序格架内的分布特征;通过成藏过程和成藏动力分析,评估了盆地内煤系非常规天然气的共采前景。研究认为:沁水盆地煤系非常规天然气生烃物质基础雄厚,天然气生成、运聚的宏观动力条件和储层条件时空配置得当,共生成藏条件良好;石炭-二叠系山西组与太原组发育 “三气”共生和两种“二元”气藏共生组合,联合勘探开发前景较好,页岩气和致密砂岩气单独开发风险较大。

2018 Vol. 43 (06): 1533-1546 [摘要] ( 45 ) [HTML 1KB] [PDF 8489KB] ( 164 )
1547 王延斌,陶传奇,倪小明,高向东,何云超
基于吸附势理论的深部煤储层吸附气量研究

为了揭示深部煤储层煤吸附特性,量化表征煤储层吸附气量,以鄂尔多斯盆地东缘石炭—二叠系煤为研究对象,通过高温高压条件下煤的等温吸附实验研究,从煤级、温度及压力的角度解读高温高压条件下煤吸附特征。基于吸附势理论,建立了不同煤级煤的吸附特征曲线及吸附气量预测模型。应用预测模型对临兴地区石炭系8+9号煤层吸附气量进行了计算,结果表明:深部煤储层吸附气量受煤级、压力、温度的综合控制,煤级在0.77%~2.18%,即气煤—贫煤阶段,煤级和压力对煤吸附能力显示正效应、温度起负效应,且随着压力增大温度的负效应更为显著。不同煤级对应的煤吸附甲烷特征曲线不同,煤级越高则吸附势随吸附空间增大而减小的速度越缓慢。计算的绝对吸附量为19.6~31.1 cm3/g,含气饱和度为37.8%~78.8%。

2018 Vol. 43 (06): 1547-1552 [摘要] ( 40 ) [HTML 1KB] [PDF 1856KB] ( 149 )
1553 易同生,高为
六盘水煤田上二叠统煤系气成藏特征及共探共采方向

六盘水煤田上二叠统含煤地层中煤层、页岩、砂岩叠置频繁,统筹勘探不同储层中的天然气有助于减少资源浪费,提高开发效益。通过对煤系气储层岩相、厚度、源岩地化、储层物性及空间赋存规律的研究,分析了六盘水煤田煤层气、煤系页岩气和煤系致密气成藏潜力,讨论了煤系气的空间叠置关系和勘探前景。结果显示:区内晚二叠世煤层煤种齐全,厚度较大,变质程度普遍偏高,含气显示优越;页岩和砂岩累计厚度大,有机地球化学和储集物性参数良好;不同岩性的区域和层位分布差异较大,组合类型多样,空间配置关系有利于发育垂向多套天然气藏。煤系页岩气最有利勘探层位为龙潭组下段,煤层气和煤系致密气最有利层位为汪家寨组和龙潭组上段;以此为基础,总结提炼出“源储一体型”独立煤系页岩气藏、“源储紧邻型”煤系“三气”组合气藏、“下生上储型”煤系“两气”组合气藏共3种气藏类型。初步认为晴隆向斜深部为煤系页岩气优先勘探区,青山向斜深部适合煤层气和煤系页岩气共探共采,盘关向斜和格目底向斜深部适合煤层气和煤系致密砂岩气共探共采。

2018 Vol. 43 (06): 1553-1564 [摘要] ( 31 ) [HTML 1KB] [PDF 3962KB] ( 145 )
1565 李明,姜波,刘杰刚,朱鹏,程国玺
黔西土城向斜构造煤发育模式及构造控制

构造复杂区构造煤发育及其分布规律是煤层气勘探与甜点区评价的重要研究内容之一。在野外构造系统观测和矿井构造特征分析的基础上,结合矿井井下煤体结构观测与构造煤发育特征分析,探讨了黔西土城向斜的构造特征及其对构造煤发育的控制机理。研究表明:土城NW向弧形断褶带具有“弧形断褶组合,基底断裂控制,局部变形强烈,变形衰减迅速”的构造变形特征,而土城向斜为一NW向延伸的短轴开阔斜歪向斜,向斜内部构造分异显著,可以进一步划分为NE翼单斜弱变形区、SW翼陡立强变形区和NW部构造复杂区;依据构造煤发育及其分布对构造的响应特征,提出了土城向斜构造煤发育的10种地质模式,并进一步将其归纳为褶皱成因型和断裂成因型两大类型,其中褶皱成因型构造煤发育普遍、类型较为单一,是煤体结构垂向分异的主导因素;断裂成因型构造煤分布较为局限,但常发育强变形构造煤、且构造煤变形序列相对较为完整。

2018 Vol. 43 (06): 1565-1571 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 5146KB] ( 134 )
1572 陈刚,胡宗全
鄂尔多斯盆地东南缘延川南深层煤层气富集高产模式探讨

鄂东南延川南区块以上二叠统山西组2号煤层作为主力煤层建成并投入商业开发的深层煤层气田,产气效果好于预期,显示了该区深层煤层气具有较好的勘探开发潜力。通过系统分析区内主力煤层构造特征、煤储层特征及煤层气富集高产控制作用,结合气田动态生产数据,认为延川南深层煤层气为含气量-渗透率耦合控制的富集高产模式,其中埋深小于1 000 m的原生裂隙发育区为自生自储型富集高产模式,埋深大于1 000 m的次生裂隙发育区为内生外储型富集高产模式,并建立了该区深层煤层气富集高产选区评价指标体系,优选出4个富集高产有利区,为气田精细排采和上产稳产提供支持,并为其他深层煤层气区块勘探开发提供借鉴。

2018 Vol. 43 (06): 1572-1579 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 4083KB] ( 105 )
1580 张鹏,黄宇琪,张金川,刘洪洋,杨军伟
黔西北地区龙潭组海陆过渡相泥页岩孔隙分形特征

在黔西北地区海陆过渡相龙潭组页岩低温氮气吸附实验基础上,利用FHH模型研究了其孔隙分形维数,得到其分形维数D1和D2,整体数值较大,平均值分别为2.718 6和2.782 4,反映龙潭组泥页岩孔隙非均质较强,结构较为复杂。将分形维数与页岩其他地质参数进行相关性分析,结果表明:分形维数与泥页岩的比表面积、TOC呈正相关关系,与平均孔径、石英含量、石英/黏土呈负相关关系,与镜质体反射率、黏土矿物含量呈“先正后负”的相关关系,拐点分别出现在Ro为2.5%以及黏土矿物含量为50%处。综合研究认为:D1能够较为综合反映泥页岩孔隙的大小、体积、比表面等特征,可以综合表征泥页岩孔隙的结构特征,数值越大越有利于页岩气富集,而D2对于孔隙结构复杂程度的表征更为明显,可以专用于研究泥页岩孔隙结构的复杂程度,数值需在一定范围内,不宜过大,并认为黔西北地区龙潭组海陆过渡相泥页岩孔隙分形维数D1的有利分布范围为大于2.60,而D2的有利分布范围为2.50~2.80,当D2>2.80时需要系统进行可采性评价及压裂开采设计。

2018 Vol. 43 (06): 1580-1588 [摘要] ( 37 ) [HTML 1KB] [PDF 3978KB] ( 139 )
1589 郗兆栋,唐书恒,杨国桥,李雷,龚明辉,王克营,张保民
湘中邵阳凹陷煤系气成藏基础及其共生组合特征

在系统收集整理邵阳凹陷煤系矿产勘查与评价资料及样品分析测试结果的基础上,将研究区煤系地层中的非常规天然气作为一个整体进行研究,查明了测水组煤层-煤系页岩-煤系砂岩的展布特征,分析了研究区测水组煤系气成藏的可能性,总结了测水组地层垂向发育的岩相组合特征及其对应的煤系气组合模式,通过典型钻孔分析,确定了煤系气发育的有利层段及其气藏类型。结果显示,研究区测水组主要发育以泥页岩为主的岩相组合和以页岩气-煤层气为主的煤系气藏,泥页岩对邵阳凹陷煤系气成藏起关键作用;但在聚煤中心附近的局部区域内,煤储层是煤系气成藏的关键因素。

2018 Vol. 43 (06): 1589-1597 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 3969KB] ( 126 )
1598 张道勇,朱杰,赵先良,高煖,庚勐,陈刚,焦健,刘思彤
全国煤层气资源动态评价与可利用性分析

按照统一的全国油气资源评价方法体系框架,运用体积法,对陆上41个主要含煤盆地(群)煤层气资源的品质、分布状况以及可利用性进行了分析评价。结果表明:全国埋深2 000 m以浅的煤层气地质资源量为30.05×1012 m3,可采资源量为12.50×1012 m3。煤层气资源区域分布较为集中,鄂尔多斯、沁水等10个大型含气盆地煤层气资源占全国总量的85%以上,层系上主要分布在上古生界和中生界。煤层气整体品质一般,类型以II类为主,其次为Ⅰ类,可采性差异大,可采性较好的地区有限。与新一轮全国煤层气资源评价相比,本次动态评价地质资源量减少了6.76×1012 m3,可采资源量增加了1.63×1012 m3,主要由于含气量数据可靠程度增加和对埋深认识的变化。我国煤层气具有地面规模开发条件的可采资源量在4×1012 m3左右。沁水、鄂尔多斯、滇东黔西、准噶尔等几个大型盆地具有优先开发的地质条件。

2018 Vol. 43 (06): 1598-1604 [摘要] ( 26 ) [HTML 1KB] [PDF 1513KB] ( 97 )
1605 田忠斌,董银萍,王建青,黄捍东
沁水盆地榆社—武乡深部煤层地震相控反演及煤层气甜点预测

随着勘探程度的不断提高和新技术的不断应用,深部煤层成为重要的关注目标。地震相控反演在地震相界面的控制下提供低频背景约束,保证反演结果可靠性的同时使得反演结果具有明显地质意义。针对沁水盆地榆社—武乡区块深部煤层厚度薄、资料信噪比低、甜点预测困难等问题,在沉积相精细划分、储层物性分析、成藏条件、测井信息约束下,应用地震相控反演精确反演弹性参数及流体敏感因子,预测山西组、太原组3号及15号煤层气“甜点”分布,在中部及北部划分出2个甜点区。预测结果表明,反演结果可较好地预测煤体发育特征,拉梅系数乘密度的煤层气指示因子能可靠预测煤层气甜点区,明显提高了深部煤层气“甜点区”预测精度。

2018 Vol. 43 (06): 1605-1613 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 7593KB] ( 78 )
1614 申建,秦勇,张兵,李国璋,沈玉林
鄂尔多斯盆地东缘临兴区块煤系叠置含气系统及其兼容性

叠置含气系统及其兼容性是煤系多类型非常规天然气合采可行性判识基础。基于临兴区块地层压力、天然气地球化学及生产数据解译,划分了叠置独立含气系统,探讨了含气系统间兼容性。基于地层压力梯度差异认为目标层段至少存在7套独立含气系统;基于产层的天然气甲烷同位素差异,认为太2段、山2~山1段、盒8~盒6段、盒3段等4套层系互不连通;基于天然气生产曲线差异,识别出山西组与石盒子组为2套独立含气系统。综合将研究区自上而下划分为千1~千4段、千5段、盒1~4段、盒5~8段、山1~太1段、太1~太2、本1段及本2段等独立含气系统。提取了地层压力梯度、气层厚度、渗透率及可动水量等影响合采兼容性关键因素,采用最优分割分类方法,指出研究区含气系统兼容性最佳分类数为5~6类,千5段、盒1~4段、盒5~8段等3套叠置含气系统合采兼容性较好。

2018 Vol. 43 (06): 1614-1619 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 2823KB] ( 127 )
1620 杨延辉,王玉婷,陈龙伟,王小玄,刘春黎,张晨,范红明
沁南西—马必东区块煤层气高效建产区优选技术

沁水盆地南部是我国目前规模最大的煤层气生产基地,浅部开发工程布置的逐渐完成,必然要将眼光转向深部,开采难度增大。为此,准确圈定高效建产区尤为重要,沁南西—马必东区块正是如此。面对这一新的技术挑战,分析深部煤储层特点,结合沁水盆地南部前期煤层气井生产实践,首先划分出资源基础、产气条件、储层可改造性3个优选层次,进而从含气性、渗透性、疏导性、可采性四个方面提出了高效建产区优选标准和流程,形成了“三层四性”高效建产区优选技术。研究认为,建产区开发潜力体现为关键地质条件指标的组合,包括高于经济极限的煤储层含气量,单位长度微裂隙总宽度≥50 μm,可疏导指数≥30 nm,地应力状态处于垂直应力≥最大水平主应力≥最小水平主应力或最大水平主应力≥垂直应力≥最小水平主应力状态,以原生—碎裂结构煤为主,局部构造相对简单,可动用面积≥30%等。基于这一标准,在沁南西—马必东区块优选出3个高效建产区,部署了5口试采井,获得单井日产气量2 000 m3以上的实施效果,验证了优选技术方法的可靠性,为沁水盆地深部煤层气区块高效建产区优选提供了技术示范。

2018 Vol. 43 (06): 1620-1626 [摘要] ( 21 ) [HTML 1KB] [PDF 5302KB] ( 87 )
1627 黄红星,聂志宏,巢海燕,陈东,赵增平,刘莹
临汾区块深层煤层气井开发层系选择探讨

对临汾区块不同产层组合气井的生产差异及主力煤层产能进行研究,为开发层系选择提供依据。首先,利用排采数据分析了不同产层组合情况下的生产效果,结果显示5号+8号煤合采井的生产效果最好,单采5号煤井的效果次之,单采8号煤井的效果最差。其次,基于渗流的基本原理、产出剖面测试资料、部分封层井与水平井的生产情况以及主要煤层开发潜力分析,进一步研究了5号煤和8号煤层的生产能力,结果表明5号煤层主力产气层,8号煤为主要产水层。在此基础上,通过综合对比分析,探讨了开发层系的选择问题,提出以5号煤单采、8号煤作为层间接替的开发建议。

2018 Vol. 43 (06): 1627-1633 [摘要] ( 19 ) [HTML 1KB] [PDF 2093KB] ( 122 )
1634 高丽军,谢英刚,潘新志,逄建东,周龙刚
临兴深部煤层气含气性及开发地质模式分析

鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带临兴中部地区煤层埋深大于1 000 m,达到了深部煤层气的研究范畴。基于实际生产资料,探讨区内深部煤层含气性,提炼了深煤层开发地质模式。研究认为:以含气量转折为深煤层临界深度的划分依据,则工区内深部煤层的临界深度在2 000 m左右;且深部中煤阶储层的吸附性对温度的敏感性要小于压力,中煤阶煤层的临界深度相对深于高煤阶;深部煤层气仍以吸附气为主,现有的等温吸附测试方法易造成深部煤层气含游离气比例换算较大的误区;深部煤层受温度影响,煤层临储比较高,受应力影响,储层物性较差,气井总体具有“见气快、排水降压难、产气量上升缓慢”的特点;研究区深部煤层气潜力巨大,现有气井经验显示,合理优化开发单元为深煤层单井突破的关键,A型“源-储”相通的富集开发地质模式是深煤层突破重点考虑的开发模式。

2018 Vol. 43 (06): 1634-1640 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 2277KB] ( 106 )
1641 杨兆彪,秦勇,张争光,孙晗森,李洋阳,吴丛丛
基于聚类分析的多煤层煤层气产层组合选择

多煤层煤层气产层组合是后期多层合采的关键。以云南老厂雨旺区块煤层气开发井为例,选取多煤层的煤层厚度、埋深、储层压力梯度,渗透率和含气量5个关键参数,运用SPSS软件,采用Q型聚类,输出树状谱图,进行多层次产层组合分析。依据类间距远近,聚类结果可以分为大的4个层次,对应4个组合,级别越高,产层相似度越高,组合越好,一般3级组合或者4级组合是最优组合。分析发现聚类类别界面煤层大部分对应于区域煤系地层分段的关键界面煤层或者是区域盖层附近,其实质反映了地质作用的内在控制。采用Q型聚类对雨旺区块煤层气勘探开发井进行了产层组合划分,结果与其他方法划分的产层组合较为吻合,且对前期煤层气开发井聚类分析发现,多产层相似度越高,类间距越近,产气效果越好。综合说明聚类分析方法是一种间接有效的产层组合判别方法。

2018 Vol. 43 (06): 1641-1646 [摘要] ( 24 ) [HTML 1KB] [PDF 2142KB] ( 100 )
1647 吴财芳,刘小磊,张莎莎
滇东黔西多煤层地区煤层气“层次递阶”地质选区指标体系构建

针对滇东黔西多煤层、高地应力和构造复杂等地质特点,在明确提出煤层气地质选区过程中的有利区、甜点区和甜点段概念的基础上,阐明了3者之间“层次递阶”的关系。有利区指从滇东黔西的众多次级向斜中优选有利向斜,甜点区指从有利向斜中优选煤层气开发“靶区”,甜点段是在煤层气开发“靶区”内从垂向上优选组合层段。针对研究区次级向斜多,勘探程度差异大,许多参数无法统一的特点,在有利区优选指标体系中提出了煤层气地质资源量、地质资源丰度和可采资源量相结合的关键指标,煤层气地质资源量和地质资源丰度为一票否决指标;针对研究区构造复杂和高地应力的特点,在甜点区优选指标体系中提出了断层分维值、构造曲率及埋深相结合的关键指标,断层分维值为一票否决指标;针对研究区多煤层发育,易诱发层间干扰的特点,在甜点段优选指标体系中提出了煤体结构、临界解吸压力差和储层压力梯度差相结合的关键指标,煤体结构为一票否决指标;并在各个阶段均提出了相应的参考指标,最终构建了针对研究区特点具有区域特色的煤层气地质选区指标体系。

2018 Vol. 43 (06): 1647-1653 [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [PDF 2388KB] ( 93 )
1654 傅雪海,张苗,张庆辉,朱炎铭,郭英海
山西省域石炭二叠纪煤系泥页岩气储层评价指标体系

针对煤系泥页岩气地质资源量估算偏大的问题,选择山西省域石炭二叠纪煤系泥页岩气储层,通过页岩气日均产气量衰减率和经济下限产气量分析,提出了独立储层和组合储层的概念;基于492件实测泥页岩样品,评价了煤系泥页岩干酪根类型和TOC含量;通过泥页岩单位TOC含量吸附量和实测泥页岩含气量评价了泥页岩有机质成熟度和含气量的关系;基于与海相页岩气剖面资源量等量原则评价了煤系泥页岩厚度;基于煤层Ro、含气饱和度与埋深的正相关趋势,将煤系泥页岩埋深划分为<1 000,1 000~1 500和>1 500 m三种类别;基于128件实测泥页岩样品,将煤系泥页岩脆性矿物含量划分为<30%,30%~40%和>40%三个类别。基于煤系泥页岩有机质成熟度、总有机碳含量、含气量、埋深、厚度及脆性矿物含量6个参数,将山西省域石炭二叠纪海陆交互相煤系泥页岩储层划分为组合有利储层、组合较有利储层和组合不利储层。

2018 Vol. 43 (06): 1654-1660 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 3930KB] ( 129 )
1661 甘云燕,张凯亮,姚海鹏
内蒙古鄂尔多斯地区煤系气资源及其合勘共采潜力探讨

为充分合理地综合利用煤系矿产资源,为政府部门提供内蒙古鄂尔多斯地区煤系气资源合勘共采的决策依据,在系统收集鄂尔多斯地区煤炭勘查、煤系气开发利用等地质资料基础上,采用路线地质调查、样品分析测试、综合研究等工作方法,分析了鄂尔多斯地区地质背景、构造特征和煤系气资源潜力,阐述了鄂尔多斯地区煤系气资源潜力巨大,具有多层系、复合连片、源储紧邻、互层叠置、储盖良好的独特组合模式,具备了合勘共采的资源条件;并对内蒙古鄂尔多斯地区煤系气合勘共采的优势和不足进行了研究,提出了煤系气合勘共采的合理化建议和措施。

2018 Vol. 43 (06): 1661-1668 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 1616KB] ( 91 )
1669 李小刚,贺宇廷,杨兆中,张平,宋瑞,程璐
纵向叠置多薄煤层压裂裂缝竞争延伸数值模拟

滇东黔西地区煤层具有纵向多薄层叠置的特点,且割理裂隙等结构弱面较为发育。前人的多层、薄层压裂裂缝模拟多针对砂岩储层,关于结构弱面对水力压裂裂缝影响的研究多集中在页岩和裂缝性砂岩,对结构弱面发育、高泊松比、低杨氏模量的多薄煤层水力压裂裂缝竞争延伸规律缺少系统的揭示。考虑层间流量动态分配和割理裂隙发育特征,建立拟三维裂缝延伸数学模型。以滇东上二叠统煤层为例,模拟并分析了直井多层组合压裂时各层裂缝竞争延伸。研究表明:结构弱面分布不同导致各层裂缝形态差异较大;水力裂缝被结构弱面捕获使得裂缝变窄,增加了压裂砂堵风险;杨氏模量较小的煤层多层合压,层间流量分配差异相对较小;对射孔参数已确定的井,增加压裂液黏度、提高排量可减小层间流量差异,进而促进各层缝长充分扩展;减小压裂液黏度,降低排量可控制缝高。

2018 Vol. 43 (06): 1669-1676 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 5170KB] ( 132 )
1677 许江,张超林,彭守建,贾立,郭世超,李奇贤
多层叠置煤层气系统合采方式及其优化

针对“多层叠置煤层气系统”这一特殊煤层气成藏模式,自主研发了多层叠置煤层气系统合采试验装置,并取得:① 开展了储层气压分别为1.0,1.4,1.8和2.2 MPa条件下4层叠置煤层气系统常规合采试验,发现在合采过程中,气体由高气压煤层通过合采井筒流向低气压煤层,抑制了低气压煤层气体的产出,不利于煤层气的合采;② 通过优化不同煤层产气时间开展了递进合采试验,有效避免不同煤层之间发生气体倒灌现象,使得最低储层气压煤层采收率和整体采收率分别提高了6.5%和1.3%;③ 递进合采能降低高储层气压煤层产能贡献率同时提高低储层气压煤层产能贡献率,使得产能分配更加合理;④ 叠置煤层整体差异系数呈先升后降的变化趋势,表明优化前后两种合采方式差异随着合采的进行处于动态变化之中,在合采中期达到最大,在合采后期略有下降。

2018 Vol. 43 (06): 1677-1686 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 4838KB] ( 110 )
1687 刘欣佳,张遂安,靳建虎,肖凤朝,王瑞杰,万毅,张守仁
煤成(层)气资源综合开发中的合层压裂可行性评价

针对临兴—神府示范区煤(成)层气资源纵向上岩性叠置、多层系交互赋存、薄层/夹层发育的地质赋存特征,及薄互层、接触或邻近产层间单层压裂可改造性差的技术难题,提出了适用于煤成(层)气资源综合开发的合层压裂工艺理念。采用数值模拟方法,通过分析产层间界面胶结强度、界面倾角、层间应力差、压裂施工排量等因素对合层压裂裂缝扩展的影响,优化了压裂施工参数,优选了适宜于合层压裂工艺的储层条件,并基于岩石破裂和界面断裂准则,综合考虑煤体结构、界面力学与储层应力场等因素,建立了煤成(层)气储层合层压裂可行性的多级评价模型。

2018 Vol. 43 (06): 1687-1693 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 4398KB] ( 91 )
1694 武男,陈东,孙斌,聂志宏,刘莹,闫霞
基于分类方法的煤层气井压裂开发效果评价

煤层气井分类评价是指导煤层气藏开发调整的基础。煤层气井的分类存在干扰因素多,评价界限主观性强等问题;并且受煤层气井排水降压产气特点的影响,其压裂效果无法从压后短期内的产量来判定。基于数据挖掘中的分类方法,结合渗流力学理论,首先将煤层气井产量及井数做归一化处理,建立煤层气井产量分布曲线,提出以产量分布曲线的导数值作为划分低产井与高产井的评判准则,建立煤层气井分类方法。然后,采用现代生产分析的方法,分类评价煤层气井压裂开发效果。最后,通过对韩城某区块的深层煤层气井进行分类及压裂开发效果评价,结果表明,低产井HS16井形成的裂缝短,生产过程中表皮系数增大,裂缝导流能力降低,渗流通道堵塞,预测重复压裂可获产量300 m3/d;高产井HS14压裂裂缝长,裂缝导流能力与生产初期相当,生产过程中渗流通道未受影响,预测重复压裂可获产量1 300 m3/d。

2018 Vol. 43 (06): 1694-1700 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 1864KB] ( 84 )
1701 石彦平,陈书雅,彭扬东,宋继伟,蔡记华
电性抑制与中性润湿协同增强煤系地层井壁稳定性的实验研究

利用正电胶抑制黏土矿物和煤岩水化,结合表面活性剂增强岩样疏水性,对能增强“三气”共采条件下煤系地层井壁稳定性的水基钻井液性能进行了综合评价。结果表明:① 无机正电胶MMH-1具有良好的电性抑制能力;② 复合表面活性剂溶液与煤岩的接触角达102°,与页岩的接触角达91°,能显著增强煤岩和页岩的疏水性;③ 与清水相比,复合表面活性剂和无机正电胶MMH-1可显著阻缓煤岩和页岩孔隙压力传递速率,岩样渗透率降低率在99%以上;④ 无机正电胶MMH-1、复合表面活性剂与水基钻井液配伍性良好,优选的钻井液与煤岩和页岩的接触角分别为77.5°和66.5°,有良好的抑制性、抗温和抗污染(无机盐、钻屑)能力,对原状煤岩岩芯的伤害程度仅为3.8%。研究成果可为煤系“三气”共采条件下的钻井液设计提供参考。

2018 Vol. 43 (06): 1701-1708 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 2345KB] ( 102 )
1709 孟尚志,李勇,吴翔,郭晖,徐延勇
煤层气和致密气合采产能方程及影响因素

煤系煤层气、致密气、页岩气(“三气”)资源量丰富,实现同井筒合采将极大提高资源动用率和开发经济效益,但是当前多层合采条件下气、水的流动状态并不清楚。运用等值渗流理论,建立两层气藏压裂直井模型,推导了煤层气和致密气合采产能方程,分析了排水期和气水同产期的影响因素。结果表明:借鉴电路并联原理,可以建立多层合采渗流方程,求取排水期和气水同产期的合理生产压差;在排水期,岩石压缩系数越小,排水量越大,合理的排采压差也越高,泄流半径和初始渗透率等对排水量有影响,但对排采合理压差没有影响;在气水同产期,初始渗透率和岩石压缩系数对排采合理压差有一定影响,但兰氏应变常数、裂缝导流能力和弹性模量等对排采合理压差基本没有影响。相关成果对认识多层合采条件下气、水流动过程,开展产能分析,建立合理的排采制度具有重要的指示意义。

2018 Vol. 43 (06): 1709-1715 [摘要] ( 17 ) [HTML 1KB] [PDF 2882KB] ( 130 )
1716 田博凡,康永尚,刘娜,孙良忠,顾娇杨,孙晗森
滇东-黔西煤层气井排采动态影响因素及初始排水速度优化步骤

基于滇东-黔西地区40余口(排采井12口)煤层气井资料,通过单井排采动态典型指标提取和地质、工程因素综合分析,并结合数值模拟,探讨了恩洪、老厂、土城区块煤层气井排采动态影响因素,提出了相应的初始排水速度优化步骤。结果表明,研究区排采动态差异较大,其中,单井动用资源丰度、渗透率作为基础因素,决定了煤层气井产气能力,单井动用资源丰度越高、渗透率越大,产气量越高,同时,I类和II类煤体结构与III类煤体结构相比,煤层气井产气量高。初始排水速度是煤层气井排采动态的关键控制因素,排水速度较大时,即使渗透率较高,单井动用资源丰度较大,产气量仍然较低。控制初始排水速度具有双重意义:一是减缓绝对渗透率(应力敏感)降低速度,二是减缓水相渗透率降低速度。基于前述认识,通过全国煤层气开发区现行排采工作制度调研和研究区排采动态分析,指出研究区应以慢排为原则,把握阶段降压特征,提出了多煤层合采低速-阶梯降压初始排水速度优化步骤,对滇东黔西多煤层合采煤层气井生产具有一定的实际意义。

2018 Vol. 43 (06): 1716-1727 [摘要] ( 13 ) [HTML 1KB] [PDF 4777KB] ( 104 )
1728 李勇,孟尚志,吴鹏,王壮森,于兆林
煤系气合采产出数值模拟研究

实现煤系煤层气、致密气和页岩气(“三气”)同井筒合采,是提高单井产能和地下资源可动用率的有效手段,但是合采条件下的气、水产出过程,特别是不同层位的气水贡献率、产气压力和含气饱和度变化均不清晰。建立煤层气和致密气协同产出的数值模型,结合现场试验井地质参数和气水产出曲线,查明了煤层气和致密气产出过程,分析了其影响因素。结果表明:合采模型可与单采模型对比验证,具有很好的适用性;可实现气井产能劈分,明确不同层位的气、水产出贡献;排采过程中压降速度降低,产气高峰推迟,但后期产气量变化不大;煤层与砂岩之间压力系统越相近,合采效果越好;改善压裂效果可短期提高产气能力,但对总产气量影响不大;煤层的基质收缩和应力敏感会影响产气效果,但深部地质条件下的变化特征有待进一步探讨。相关结果可对煤系气协同开发方案的制定和完善提供指导,并进一步推动煤系“三气”的同井筒合采。

2018 Vol. 43 (06): 1728-1737 [摘要] ( 25 ) [HTML 1KB] [PDF 3671KB] ( 149 )
1738 聂志宏,巢海燕,刘莹,黄红星,余莉珠
鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气生产特征及开发对策——以大宁—吉县区块为例

我国埋深在1 000~2 000 m的深部煤层气地质资源量为22.5×1012 m3,占总资源量的61.2%,如何提高深部煤层气单井产量,形成针对性的开发对策是研究和攻关的热点。通过统计分析大宁—吉县区块地质参数和试采井生产数据,表明深部煤储层具有渗透率低、微孔发育、可采系数低的特点,丛式井具有长期低产、上产缓慢和排采期长的生产特征,L型水平井具有上产期短,产气量高的生产特征。以此为基础建立了深部煤层气产能评价指标体系,影响深部煤层气产气效果的因素主要包括地质条件、工程技术及质量与管理三大类。因此,提高深部煤层气单井产量要做好以可采性为重点的高产区评价及预测,开展压裂施工参数优化和井型井网井距互相匹配的地质工程一体化设计,加强工程质量管理,降低储层伤害、实现长期持续排采。

2018 Vol. 43 (06): 1738-1746 [摘要] ( 16 ) [HTML 1KB] [PDF 1990KB] ( 100 )
1747 付玉通,原俊红,崔彬,许祖伟
延川南区块深部煤层气与致密砂岩气合采关键技术

测试资料显示延川南区块具有丰富的致密砂岩气资源,为提高研究区单井产气量和非常规天然气资源开发效益,在分析煤层气-砂岩气赋存特征及开发条件基础上总结出了砂岩气层识别特征,然后从地层压力的角度论证了深部煤层气和致密砂岩气合采地质可行性,探讨了煤系气合采的适配性技术工艺。研究表明:砂岩气层主要位于上古生界山西组和下石盒子组,岩性以长石岩屑质石英砂岩为主,具有低孔-低渗的特征;高产气层具有低GR、低DEN、低CNL、高RT、高AC的测井响应特征,位于RT-AC交汇图版右上部;砂岩气与煤层气合采层间跨度上限值位于155~180 m,当层间跨度<20 m时适合采用合压合采方式,当层间跨度在20~50 m时,应采用限流法分层压裂工艺,当层间跨度大于50 m时,应采用下分割器分层压裂法。该技术在现场得到广泛应用,大幅提高了单井产气量。

2018 Vol. 43 (06): 1747-1753 [摘要] ( 14 ) [HTML 1KB] [PDF 2683KB] ( 99 )
1754 赵瑜,王超林,曹汉,陈宇超,沈维克
页岩渗流模型及孔压与温度影响机理研究

为研究孔压与温度对页岩渗流影响机理,在岩石三轴渗流仪上对页岩进行了He和CO2渗流试验。试验结果表明,He渗流下渗透率与孔压呈正相关关系;CO2渗流下渗透率随孔压增加先下降再上升;孔压通过有效应力、基质吸附膨胀及滑脱作用影响渗透率,提出了考虑3者综合作用的渗流理论模型,并进行了验证。不同温度渗流试验结果表明,页岩渗透率随温度升高先下降再上升,且围压越低,温度影响越明显;气体滑脱效应随温度升高逐渐增大;温度通过影响基质热膨胀、滑脱效应、分子热运动及吸附膨胀改变页岩渗透率,建立了考虑温度作用的渗流模型并通过试验数据进行验证,得到较好的拟合结果。

2018 Vol. 43 (06): 1754-1760 [摘要] ( 28 ) [HTML 1KB] [PDF 2172KB] ( 136 )
1761 李波波,杨康,许江,张敏,李希建
考虑温度作用下煤岩渗透特性及吸附膨胀的试验研究

利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置,为模拟采深增加导致的渗透特性变化,开展不同温度下孔隙压力升高过程中煤岩渗透特性的试验研究,建立考虑温度作用的吸附膨胀模型,探讨温度和孔隙压力综合作用对煤岩吸附膨胀效应的影响。结果表明:随孔隙压力升高,轴向应变在较低温度下(30,40 ℃)逐渐下降,在较高温度下(50,60 ℃)逐渐上升,在各个温度下径向应变、体积应变逐渐降低;随孔隙压力升高,煤岩渗透率先减小后略有增高,不同温度下通入氦气与甲烷气体的煤岩渗透率变化趋势相同且前者渗透率大于后者;随温度升高滑脱效应导致的渗透率变化量(Δkb)逐渐增大,煤岩吸附膨胀导致的渗透率变化量(Δks)随孔隙压力升高先急剧下降后趋于平缓,且随温度升高变化量逐渐增大;在相同孔隙压力下,考虑温度作用吸附膨胀引起的渗透率变化量均高于不考虑温度作用的变化量,且前者总减小量要大于不考虑温度时总减小量。

2018 Vol. 43 (06): 1761-1768 [摘要] ( 39 ) [HTML 1KB] [PDF 3079KB] ( 179 )
1769 李海涛,陈晓坤,邓军,文虎,罗振敏,王秋红,张嬿妮,翟小伟
湍流状态下竖直管道内甲烷-煤尘预混特征及爆炸过程数值模拟

为揭示管道内甲烷-煤尘预混湍流特征及爆炸火焰传播过程,构建了竖直管道内甲烷-煤尘预混扩散及爆炸物理数学模型;基于流体力学及传热-传质理论,对管道内甲烷-煤尘扩散特征和爆炸过程进行了数值模拟。划分了管道内气固两相扩散特征阶段,分析了初始真空度和进气压力对扩散湍流强度的影响规律;研究了煤尘粒径、浓度及甲烷浓度对爆炸最大压力及最大爆炸压力上升速率的影响特征;揭示了管道内甲烷-煤尘预混爆炸过程中火焰传播特征及爆炸机制。结果表明:煤尘颗粒在竖直管道罐内扩散可分为快速注入、减速分散、稳定和沉降4个连续阶段,初始真空度及进气压力对湍流强度均有影响;爆炸过程中,不同时刻下管道整体爆炸压力场基本均匀分布。甲烷浓度、煤尘浓度及粒径与最大爆炸压力Pmax及最大爆炸压力上升速率(dP/dt)max均呈现二次函数关系;不同时刻下爆炸火焰结构及火焰高度、火焰传播速度的模拟与试验结果具有较好的一致性,火焰结构呈现“月牙-S-下凹月牙-指尖”传播至爆炸结束。温度分布不均,高温区集中在管道上部和中下部。火焰传播速度先增大后减小,后期呈现震荡性特征。

2018 Vol. 43 (06): 1769-1779 [摘要] ( 32 ) [HTML 1KB] [PDF 4620KB] ( 278 )
1780 于永江,张伟,张国宁,蒋腾飞,张春会
富水软岩的蠕变特性实验及非线性剪切蠕变模型研究

富水软岩巷道变形速度快,变形量大,巷道支护困难,建立描述该类软岩特性的流变模型是解决该问题的关键。通过不同含水率软岩的直剪蠕变试验表明:在同一剪应力水平下,随着含水率的上升,软岩瞬时弹性模量、极限变形模量和黏滞系数将下降,蠕变速率先增大后减小,加速蠕变的破坏时间缩短;在同一含水率条件下,随着剪切应力的增加,软岩瞬时剪切位移量、蠕变变形量和衰减蠕变段的曲率半径都逐渐增大。依据含水软岩蠕变的非线性特征,建立了能够描述含水软岩蠕变特性的非线性剪切流变模型,基于BFGS算法和通用全局优化法对模型参数进行识别,识别结果与试验曲线吻合较好,表明所建模型的正确性和合理性,该成果可为深部复杂地质力学环境下的富水软岩巷道稳定性研究提供参考。

2018 Vol. 43 (06): 1780-1788 [摘要] ( 43 ) [HTML 1KB] [PDF 3316KB] ( 144 )


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