煤层气产出过程渗透率变化与排采控制

煤层气的产出实质上是在人工干预和诱导下使煤层气赋存环境发生改变的结果。原始状态下煤层气赋存环境能量大小的差异,人工干预和诱导行为对赋存环境的改变量、作用时间、影响程度等的不同,造成煤层气产出的难易程度可能存在明显的区别。我国经过30多年的煤层气基础地质理论研究,在煤层气富集成藏规律及成藏模式、煤储层物性非均质性及控制机理、煤储层的吸附特征及储集机理、煤层气成藏动力条件-过程及资源贡献、煤层气有利区块优选理论与方法等方面取得了令人瞩目的成果,但对人工干预和诱导下不同储层属性的动态变化特征研究深度不够,导致煤层气开发地质理论指导现场开发工艺方面显得力不从心。 煤层气排采工程是所有人工干预和诱导工程中持续时间最长、煤层气赋存环境变化最多样的环节。我国储层属性的多样性、地质条件的复杂性决定了排采过程中煤层气直井压力传递的主控因素及变化规律,煤层气产出时煤储层所受的有效应力、基质变形、渗透率等关键参数变化的主控因素及变化规律的不同,这些不同引起排采时需要针对不同情况制定相对合理的排采工作制度。基于相态划分的排采阶段及排采工作制度无法适应多样的煤储层属性及地质特征。 基于此,笔者以沁水盆地东南部为研究对象,在系统分析了3# 煤储层埋深、变质程度、厚度、含气量、资源丰度等特征的基础上,结合他人研究成果,论述了埋藏史、热史、构造演化史对沁东南地区含气量总格局的控制及水动力条件对含气量的再分配作用,总结出研究区煤层气富集模式。系统研究了沁东南地区孔裂隙结构特征和渗透率特征,分析了构造对渗透率总格局的控制及应力对渗透率的局部微调作用,划分了高渗区、中渗区和低渗区。评价了沁东南地区煤储层富集性、渗透性、可改造性和可产出性,划分出研究区煤储层排采潜力类型。 系统分析了煤层气直井排采过程中压力传播的主要影响因素,提出了“层状储层”和“块状储层”的概念,得出了不同储层类型下水压和气压的传播变化规律。充分考虑现场煤层气直井的生产特点,对煤层气井的排采阶段进行了重新划分。 应用煤层气地质学、岩体力学、渗流力学、损伤力学、煤层气开发地质学、煤岩学、构造地质学等理论与方法,构建了煤层气直井不同排采阶段包括有效应力、煤基质变形、渗透率等参数变化的数学模型,探讨了不同煤储层属性参数下这些参数的变化规律,提出了“回升系数”的概念,量化了不同煤储层属性下渗透率变化规律的差异。 根据围岩含水层对煤层补给量的大小,结合煤层本身的渗透率性和可改造性,划分了排采储层类型。紧密联系现场实际,对比了不同储层类型下“五段三压式”排采阶段的排采特征差异,提出了相应的排采工作制度,为不同储层类型下排采工作制度提供了参考和借鉴。 本书在撰写过程中,尽可能利用最新的生产和科研资料以及笔者近期的科研成果,使其内涵更加丰富。笔者立足于沁东南地区煤层气开发的地质条件,以煤层气产出的主要通道———储层孔裂隙为主线,对煤层气富集高渗的主控因素、压力传播变化规律、排采过程渗透率变化规律及主控因素进行了较深入的分析和研究,量化了排采不同阶段渗透率变化值,提出了具有可操作性的排采工作制度。 本书撰写工作的分工如下:第一章、第二章,王延斌;第三章、第四章、第八章,倪小明;第五章、第六章、第七章,倪小明、张崇崇;杨建参与了部分章节的编写工作。全书由王延斌教授统一审核、定稿。 中国工程院院士彭苏萍欣然为本书作序。本书所反映的研究工作得到了中国矿业大学秦勇教授、姜波教授、韦重韬教授、杨永国教授、傅雪海教授、桑树勋教授、朱炎铭教授、吴财芳教授、陈玉华老师、申建老师、杨兆彪老师,中国地质大学(北京)汤达祯教授、刘大锰教授、唐书恒教授、黄文辉教授、姚艳斌副教授、许浩副教授,煤炭科学研究总院西安研究院张群教授,中国石油大学张遂安教授、康永尚教授,中国地质大学(武汉)王生维教授,中联煤层气有限责任公司吴建光教授级高工、叶建平教授级高工,北京奥瑞安能源技术有限公司杨陆武教授级高工,奥瑞安能源国际有限公司饶孟余教授级高工,北京九尊能源技术开发有限公司李玉魁教授级高工,山西蓝焰煤层气集团有限责任公司王保玉教授级高工、田永东教授级高工,晋城煤业集团煤层气产业发展局李国富教授级高工,河南省煤层气开发利用有限公司于顺德董事长、冯立杰教授级高工、郭启文教授级高工、徐耀部长、张文勇博士,中国矿业大学(北京)邵龙义教授、孟召平教授的悉心指导和帮助;河南理工大学的周英教授、景国勋教授、魏平儒教授、苏现波教授、勾攀峰教授、郭文兵教授、李化敏教授、郝吉生教授、曹运兴教授、张玉贵教授、张小东教授、潘结南教授、宋党育教授、林晓英副教授、韩颖副教授、郭红玉副教授、刘晓老师对本书的编写提出了许多宝贵意见;硕士研究生贾炳、胡海洋、朱阳稳等在实验室分析、现场数据资料整理、图件清绘等方面做了大量的工作,在此一并致以衷心谢意! 笔者引用了大量国内外参考文献,借此机会对这些文献的作者表示感谢。 本书由油气重大专项基金“煤层气开发动态评价模型与软件系统” (编号:2011ZX05034-005)、高等学校博士学科点专项科研基金项目“煤层气排采过程中煤储层特性变化与产能动态耦合关系”(编号:20120023130001)、河南省科技厅攻关项目(编号142102210050)、河南省教育厅科学研究重点项目(编号:14A440005)和中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心等共同资助。 煤层气的产出是储层正能量系统和负能量系统耦合作用的结果。笔者试图立足煤储层基本属性,充分考虑产出过程的动态变化,得出对现场具有实际指导意义的结论。煤储层内部结构的复杂性、空间位置的多变性、地质条件的复杂性、工程工艺技术的多样性、人为操作的偶然性,加之数学模型的简化性、现场实际的出入性及笔者水平的局限性等,导致一些结论还不够准确和具体,还需在今后做进一步和深入细致的研究。书中不足之处在所难免,敬请广大读者不吝赐教!倪小明2015年2月1日

本书以影响煤层气井产气的主要控制参数之一———渗透率为主线,系统分析了沁东南地区煤层气富集特征及其主控因素,渗透率特征及其主控因素,在此基础上划分了沁东南地区煤储层排采潜力类型。系统分析了不同储层类型下排采过程压力传递的主控因素,应用渗流理论得出不同储层类型下水压和气压的传播变化规律。根据煤层气井的生产特点,对排采阶段进行了重新划分。应用煤层气地质学、渗流力学、岩石力学、岩体力学等理论,构建了煤层气产出过程煤储层有效应力、基质变形及渗透率变化的数理模型,提出了“回升系数”的概念,量化了不同储层属性条件下渗透率变化规律的差异。根据排采过程中围岩含水层对煤层补给量的大小,提出了层状储层和块状储层的概念。充分考虑不同排采阶段引起渗透率变化的根本,构建了不同情况下合理排采工作制度的数理模型,提出了不同情况下合理排采工作制度制定的方法。本书所介绍的研究成果丰富了煤层气开发地质理论,对现场排采提供了重要的借鉴。本书可供从事煤层气地质及勘探开发领域的科研院所的科技人员、工程技术人员以及高年级本科生、研究生参考使用。

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该书以沁东南地区煤储层富集渗透特征为基础，分析不同储层地质属性下关键参数的动态变化规律。紧密结合现场生产实际，提出了排采过程中“回升系数”、“层状储层和块状储层”等概念，量化了不同煤层属性下渗透率变化差异，提出了具有可操作性的不同排采阶段的排采工作制度。内容丰富，数据翔实。