基于煤演化程度的煤储层渗透率发育机理初探

探讨渗透率的发育机理,将为煤层气的勘探选区提供重要的理论基础。本文以煤岩力学性质为切入点,分析了地应力和煤储层渗透性的相关关系,探讨了不同煤阶演化阶段岩石力学参数（弹性模量、泊松比、体积模量）,提出了煤阶与地应力联合作用下的煤储层渗透率的发育特征。研究表明：地应力控制煤储层天然裂隙开启程度和方向,改变储层的孔隙结构;而煤岩热演化可以改变岩石力学性质。二者共同控制煤储层裂隙的大小,进而影响煤储层渗透率的发育。     

低阶煤宏观煤岩组分孔隙结构特征研究

宏观煤岩组分孔隙发育规律研究对准确评价煤储层孔隙结构特征具有重要的现实意义。为得到低阶煤不同组分的孔裂隙发育特征,基于核磁共振技术研究了具有代表性宏观组分(镜煤和暗煤)的孔裂隙类型、孔隙连通性、孔隙度和孔径结构分布。研究发现,低阶煤饱和流体煤样核磁共振横向弛豫时间T₂谱3个谱峰分布于0.1～1 ms、10 ms和>100 ms处,分别对应于吸附孔、渗流孔和裂隙,孔裂隙类型以吸附孔为主;各煤样的T₂截止值和有效孔隙度均表现为暗煤大于镜煤,且煤岩有效孔隙度与渗透率呈线性相关关系;通过表面弛豫率和吸附峰T₂值得出各煤样孔径分布特征,孔径分布结果与液氮吸附测试结果吻合。结果表明,低阶暗煤孔裂隙发育程度优于镜煤,暗煤具有较大的孔径和更好的连通性,更有利于煤层气等流体的渗流和迁移。     

煤储层渗透率影响因素探讨

煤储层渗透性是影响煤层气开发选区和产量最重要的因素,运用资料查阅、文献综合研究等方法,分析了煤层变质、煤层厚度、煤体结构、构造曲率等因素与煤储层渗透率之间的耦合关系,结果表明,煤储层具有双重孔隙结构,割理裂隙的发育程度直接影响煤层渗透率的大小,天然裂隙的发育密度与煤岩类型条带或分层厚度呈负相关。     

河北省煤储层物性特征分析

根据煤田地质勘探实测资料,结合汞孔径测试、扫描电镜显微裂隙观测、煤层气试井分析成果及等温吸附曲线,分析河北省煤储层物性特征。结果显示：煤层饱和吸附量受煤级控制,煤级增加,吸附能力增大;随煤层埋深增加,煤层含气量和甲烷体积分数均呈增大趋势;中孔在褐煤中比较发育,而在其他煤级中例外;储层中宏观裂隙与宏观煤岩类型关系密切;显微裂隙发育程度镜煤好于亮煤,低煤级煤好于高煤级煤;峰峰、万全、大城矿区试井渗透率较高,开平煤田不同地区煤储层渗透性变化较大。该研究为河北省煤层气的合理开发提供了依据。     

古交地区煤层气地质条件及资源潜力分析

基于煤层气井实测含气量测试、镜下观察、等温吸附实验等手段,对古交地区煤储层煤岩煤质、显微裂隙、渗透率、含气性等进行了分析。结合煤层气资源丰度平面分布特征,探讨了该区煤层气基础地质条件及其资源潜力。研究表明:古交地区煤层经深成变质和岩浆热源叠加变质作用演变为现今的中高煤级焦煤、廋煤和贫煤,煤储层显微裂隙较为发育,渗透率在(0.01~0.15)×10-3μm2之间;储层压力梯度处于0.38~0.65 MPa/100 m,含气饱和度介于53.1%96.5%之间,属于欠压欠饱和煤层气藏;煤层周围致密的泥质岩层使得煤层气具有良好的保存条件,后期受东南部祁县隐伏侵入岩体以及西部狐偃山岩浆岩体的影响,二次生烃作用使得煤层含气量普遍较高,煤层平均含气量在9.8 m3/t;该区煤层气资源丰度分布在狮子沟#马兰向斜中南段和杜尔坪断裂带周围存在两个资源丰度富集区,具有较好的勘探开发前景。     

煤储层渗透率影响因素

煤储层渗透率对研究煤层气的产出及运移规律有着重要的意义,理清其影响因素对于有效预测煤储层渗透率、寻找有利勘探区具有重要的实际价值。该文从裂隙系统、构造应力、煤岩类型、煤变质程度、煤体结构、温度、有效应力、基质的收缩效应、层理等方面对煤储层渗透性的影响进行了分析,并得出了具有针对性的结论。     

多场耦合下煤岩渗透率演化规律——以平煤十矿为例

为深入探讨多场耦合下的煤岩渗透率演化规律,文中以平煤十矿己15-16煤为研究对象,进行了不同围压、气体压力和温度条件下的型煤渗透率测定实验研究。结果表明:围压决定煤岩内部的有效应力,围压增加促使煤体被压缩,渗流和扩散通道变窄,导致煤岩渗透率降低;气体压力升高促使煤体对气体的吸附量增加,导致吸附于孔裂隙壁的气体分子增加,进而降低了孔裂隙截面积,同时煤基质吸附大量气体产生膨胀变形,从而导致煤岩渗透率的降低;温度的升高引起气体分子渗透和扩散能力的改变,同时也导致煤基质的膨胀变形,两者耦合作用促使煤岩渗透率随温度升高先增加后降低,即在20~40℃时,温度升高促使煤岩渗透率增加,而40~100℃时,温度升高促使煤岩渗透率整体上逐渐降低,但在围压较低时煤岩渗透率具有一定的波动。     

煤层气藏三孔双渗直井井底压力响应数学模型

 国内煤岩储层压力和渗透率普遍偏低, 目前矿场主要采用注入/压降测试方法来求取地层参数, 但由于注入水无法进入基质孔隙, 测试数据无法反映基质解吸特征。针对这一问题, 本文建立能够真实反映煤层气藏地层参数的三孔双渗渗流数学模型, 利用拉氏变换和Stehfest 数值反演方法对模型进行求解, 获取不同边界条件(径向无限大、外边界定压以及外边界封闭)下的直井井底拉氏空间拟压力解析解, 绘制无因次拟压力和无因次拟压力导数与无因次时间的双对数曲线, 并根据曲线特征对三孔双渗煤岩储层直井渗流阶段进行划分, 对影响井底压力响应特征的关键参数进行分析, 为煤层气的试井精细解释提供理论依据。     

破碎煤岩峰后渗流-蠕变实验

为探究煤岩体峰前峰后的渗流蠕变规律,设计了基于自主研发三轴渗流蠕变测试仪的渗流蠕变实验.通过采用控制变量法分别递增围压、轴压、孔压,拟合曲线得出了随着围压、轴压、孔压的分别递增情况下的煤岩体峰前及峰后渗流蠕变规律.实验结果表明:煤岩体未破碎之前,渗流量与孔压成正比、与围压成反比,且随着裂隙的增多,渗流量也会逐渐增大;煤岩体蠕变速率随着轴压的增大而增大;峰后煤岩的裂隙会在轴压和水流作用下先扩张后压密,轴向变形和横向变形的速率急速增长,轴压随着松弛不断降低后趋于平缓,渗流量随着裂隙的变化先增大后减少,围压在横向变形作用下不断上升.     

渭北盆地韩城开发区煤层气储层特征分析

以韩城开发区高煤级煤储层为例,分析了该区煤储层生气地质条件、煤储层物性特征。研究结果表明,本区煤层气赋存条件良好,煤级高,生气能力大,勘探开发潜力大;煤储层物性条件良好,储集性能好;煤层内生裂隙发育,连通性较好,孔隙以微孔占据主导地位,孔径介于1～100nm的占总孔容71.44%～88.15%,孔隙度普遍小于7%;煤比表面积、孔容等孔隙参数表现出强烈的不均匀性;煤储层压力以欠压为主,局部存在高压储层,渗透率分布具有典型的非均质性;煤层吸附能力大,含气量较高。总体上,该区地质和储层特征参数有利于煤层气富集和高产。     

沁水盆地煤地质与煤层气聚集单元特征研究

通过对沁水盆地煤层气聚集单元分析,可以看出煤层气聚集单元划分需要查明影响煤层气成藏的各种地质因素。煤层气聚集成藏是天然气成藏中的特殊情况,其特殊的成因机制使得聚集单元分析不能套用常规石油天然气聚集单元的划分原则,其中煤地质基础研究特别是煤层气基础研究是煤层气聚集单元分析的基础;对于一个完整盆地,煤聚积规律研究对煤层气最为重要,因此应该在高分辨率层序地层单元划分的基础上进行精细的富煤单元分析;对于指导煤层气勘探与开发,盆地内部次级单元的划分是实用的,也是难度更大的;沁水盆地煤层气聚集单元可以用以下“富气区”描述,即沁南极富气区、东翼斜坡带富气区、西翼斜坡带低富气区、西山较低富气区和高平一晋城低富气区,因此沁南区是煤层气成藏有利区。     

沁水盆地南部煤层气藏特征

以油气、煤田和煤层气勘探阶段积累的资料为基础,系统探讨了沁南煤层气藏的特征。通过对气藏静态特征（包括煤层空间几何形态、煤层气成分和含量、储层物性、吸附特征、储层压力及封闭条件）和动态过程（包括煤层气形成、运移和聚集）的分析,指出晚古生代的煤层在经历了印支期和燕山期两次煤化作用生成的煤层气,在喜马拉雅期遭受了严重的调整与改造后逐渐形成现今的沁南煤层气藏。直接控制该煤层气藏中煤层气富集程度的因素为顶底板与边界断层。目前的高产煤层气井基本上都位于地下水滞流区。     

煤层气藏与常规天然气藏地质及开采特征比较

煤层气是一种与煤岩同生共体以甲烷为主要成分、主要以吸附状态赋存在沉积盆地煤层之中的可燃气体,也就是煤矿生产中有名的瓦斯气。煤层气藏作为一种非常规气藏,从地质成因与特征、储集与开采特征以及储量评价等多个方面,与常规气藏有着不同之处,因此对两种类型的气藏进行详细的比较与总结十分必要,同时也为煤层甲烷气开发与开采中的各项研究如煤层气藏工程、煤层气井试井、完井、煤层气藏模拟等奠定了基础。     

New research progress on the ultrastructure of tectonically deformed coals

The structure of tectonically deformed coals shows some characteristics and regulations on the ultra-scale when influenced by different factors such as temperature, pressure and directional stress. Deformations of the macromolecular structure may induce changes in the nano-scale pore structure, which are very important for gas adsorption and pervasion. The geological impact of different mechanisms of deformation on different types of ultrastructure of tectonically deformed coals is not only of significance as a topic for scientific research, but also in studying environments of metamorphism-deformation at differing metamorphic stages. This research is also very important in studying the accumulation and occurrence conditions of coalbed methane gas, mechanisms of coal and gas outbursts, predictions of coalbed methane resources and dangers of coal and gas outbursts. This paper analyzes current research, within China and other countries, in the ultrastructure of tectonically deformed coals. The research includes (1) structural models of tectonically deformed coals; (2) the relationship between ultrastructure and stress; (3) the structure of tectonically deformed coals and its strain environment. These results are also based on our own experiments including vitirnite reflectance (R_o,max), X-ray diffraction (XRD) and nuclear magnetic resonance (NMR (CP/MAS + TOSS)). We discuss the important effects of the structure of tectonically deformed coals and their physical properties, and then point out some problems concerning the research progress of tectonically deformed coals.     

压降及储层压力与煤变形的相关性研究

为了进一步完善解吸瓦斯煤体变形机理,探讨压降和储层压力对煤解吸瓦斯的影响,采用原煤试件,进行了不同储层压力和压降的煤解吸瓦斯变形实验。实验结果表明,解吸达到平衡所需时间与储层压力及压降呈正相关关系;降压0.3 MPa时,收缩应变随储层压力的增加而减小;降压至大气压时,收缩应变随储层压力的增大而增大,储层压力0.9 MPa的大于储层压力0.6 MPa的大于储层压力0.3 MPa的;当储层压力相同时,收缩应变随压降的增大而增加;当储层压力较小时,大压降储层瓦斯解吸量大于小压降储层瓦斯解吸量。     

Influence of overpressure on coalbed methane reservoir in south Qinshui basin

In theory, from the high temperature and pressure during the coal generating gas to the present low temperature and pressure of coalbed methane reservoir, the accumulation of coalbed methane was from oversaturated to undersaturated. The gas content of the coalbed methane reservoir in the south Qinshui basin was 12-35.7 m3/t. According to the isotherm and measured gas content of No. 3 coal, the adsorbed gas content in some wells was highly saturated and oversaturated, which was hard to theoretically understand. In addition, there were no thermogenic and biogenic gases at the late stage in the south Qinshui basin. This article proposed that the overpressure was the main reason for the present high saturation of the coalbed methane reservoir. In early Cretaceous, the coalbed methane reservoir was characterized by overpressure and high saturation caused by gas generation from coal measure source rocks. In late Cretaceous, the coalbed methane reservoir was rapidly uplifted, and with the temperature and pressure decreasing, the pressure condition of adsorbed gas changed from overpressure to normal-under pressure, which resulted in the high saturation and gas content in the present coalbed methane reservoir.     

Analysis of pore system model and physical property of coal reservoir in the Qinshui Basin

The Qinshui Basin in China is a major area for exploration and development of high rank coalbed methane. Due to the high rank coal and complicated pore system, no substantial breakthrough in the exploration and development of coalbed methane has been made until now. Many systematic tests show that a pore system of coal reservoir has some features as follows: the porosity is relatively low; the pore system is dominated by micropores and transition pores; mesopores take the second place, and macropores are nearly absent, which is exceedingly adverse for production of coal-bed methane. However, testing data also revealed the differential development for the pore of high rank coal reservoirs in the Qinshui Basin, which necessarily led to the different physical properties of desorption, diffusion and permeability. This paper classifies the testing data using cluster analysis method and selects the typical samples to establish four pore system models, analyzes the differences of reservoir physical property, and provides a guidance for the exploration and development of coalbed methane in the Qinshui Basin.     

煤层气有限导流压裂井的压力动态分析

针对煤层气产出过程中的降压、解吸、扩散、渗流等特点,应用非稳态解吸模型;研究了煤层气在基质和割理中的单相流动;建立了新的有限导流压裂井评价模型;讨论了裂缝壁面表皮系数、吸附系数、裂缝储容系数和窜流系数对压力动态的影响;分析了煤层气压裂井的压降典型曲线特征和参数估计方法,从而为煤层气藏开发提供了可靠的数据。     

西北地区构造活动对煤层气成藏的控制作用

从西北地区构造背景、构造演化及构造类型等几方面探讨了构造作用对煤层气的控制。构造作用直接或间接控制着从含煤地层形成至煤层气生成聚集全过程,是煤层气控制地质因素中最重要的因素。聚煤期构造控制煤系地层和煤层发育特征。聚煤期后构造控制着生、储、盖层性能及组合,并影响煤层气运、聚、保特征,从而影响煤层气勘探开发潜力。     

井周煤层气渗流及恒压下煤岩力学特性试验

利用自行研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,进行0.5和1.0 MPa煤层气渗流压力、0.5和1.0 MPa煤层气恒定压力条件下原煤样全应力-应变过程三轴压缩试验,研究井周煤层气渗流特征及煤层气渗流与恒压对煤岩力学性质的影响。结果表明:煤岩渗透系数和煤层气流量随轴向应变增加先降低,在屈服点减小到最低点后逐渐增大,最后趋于稳定;煤层气恒压下的煤岩三轴抗压强度、屈服强度、弹性模量显著低于相应煤层气渗流压力下的值;恒定煤层气压力越大,煤岩三轴抗压强度、屈服强度和弹性模量越小;煤层气渗流压力越大,煤岩三轴抗压强度、屈服强度、弹性模量越小;研究结果可为煤层气欠平衡钻井压力控制、固井及储层改造等设计与施工提供技术支持。