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煤层气井排采中煤储层稳定性分析方法与应用——以郑庄区块为例

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煤炭学报 2022年第4期47卷 1620-1628页

作者：章朋孟雅刘超英闫相宾蔡利学程喆中国石化石油勘探开发研究北京100083 中国地质大学(北京)能源学院北京100083

煤层气井排采过程中,煤储层原始地应力场发生调整,易导致储层失稳破坏,影响煤层气井抽采效率。基于单轴应变模型,考虑基质收缩效应,推导了排采过程中煤储层地应力动态模型,揭示了地应力动态变化规律。此外,建立了排采过程中煤储层稳定... 详细信息

煤层气井排采过程中,煤储层原始地应力场发生调整,易导致储层失稳破坏,影响煤层气井抽采效率。基于单轴应变模型,考虑基质收缩效应,推导了排采过程中煤储层地应力动态模型,揭示了地应力动态变化规律。此外,建立了排采过程中煤储层稳定性分析模型,提出了煤储层峰值强度与最大主应力的差值(H)作为煤储层稳定评价基本参数,讨论了不同应力机制下地应力动态变化对煤储层稳定性的影响。研究表明:水平主应力在排水降压阶段呈线性降低,在产气阶段受基质收缩效应的影响呈非线性下降,解吸作用越强,下降速率越快。不同应力机制煤储层失稳破坏规律不同。正断层应力机制,排水降压和产气阶段,莫尔圆半径增大,圆心右移,接近破坏包络线,煤储层可能失稳破坏,解吸作用越强,莫尔圆半径增大速率越快,越容易破坏;走滑断层应力机制,排水降压和初始产气阶段,莫尔圆半径不变,向右平移,远离破坏包络线,煤储层稳定性增强,不发生破坏,而稳定产气及衰减阶段,莫尔圆向左平移,靠近破坏包络线,煤储层稳定性减弱,可能失稳破坏;逆断层应力机制,整个排采过程莫尔圆半径不断减小,远离破坏包络线,煤储层稳定性增强,不发生破坏。结合郑庄区块地应力测试井数据,对煤储层稳定性进行了动态评价。郑庄区块实测数据分析表明:排采前,郑庄区块煤储层H多在32~40 MPa,储层稳定性中等,由中部向西北和南部储层稳定性增强,而向西部储层稳定性减弱。排水降压阶段,区块各井H呈线性升高,储层稳定性好或中等;产气阶段各井H加速下降,储层稳定性减弱。当孔隙压力降为0.2 MPa时,区块煤储层稳定性由中部向西部逐渐减弱。郑庄区块排采曲线显示部分煤层气井产气峰值不稳定,持续时间较短,井底压力降到一定值时,日产气快速下降,产出大量煤粉,推测在较低井底压力条件下,煤储层可能发生了剪切破坏。煤层气井合理排采工作制度制定时应重点关注储层的稳定性。

关键词：煤储层地应力稳定性煤层气井排采郑庄区块

煤储层能量及其对煤层气开发的影响——以郑庄区块为例

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煤炭学报 2021年第10期46卷 3286-3297页

作者：肖宇航朱庆忠杨延辉刘忠鲁秀芹吕帅锋周秋成张晨王刚王玉婷中国石油华北油田公司勘探开发研究院河北任丘062552 中国石油天然气集团公司煤层气开采先导试验基地河北任丘062552 中国地质大学(武汉)资源学院湖北武汉430000

煤储层内不同相态物质在地层演化过程中积聚有不同类型能量。为明确煤层气开发过程中,不同相态物质状态随能量变化而发生改变及其对煤层气开发影响,利用单位体积弹性变形势能公式和等效弹簧模型计算煤岩基块弹性势能及裂缝开度最大缩减... 详细信息

煤储层内不同相态物质在地层演化过程中积聚有不同类型能量。为明确煤层气开发过程中,不同相态物质状态随能量变化而发生改变及其对煤层气开发影响,利用单位体积弹性变形势能公式和等效弹簧模型计算煤岩基块弹性势能及裂缝开度最大缩减量;利用朗格缪尔等温吸附公式和理想气体等温膨胀做功公式推算等温条件下吸附煤层气膨胀能;利用纳维-斯托克斯方程定性分析煤层水压强能、重力势能和动能间转化关系;利用氦气、甲烷和去离子水渗透率测试平行试验研究影响煤岩导流能力主要因素。综合分析煤层气开发全过程中,各相态物质间能量转化及各物质状态改变;并于郑庄区内选定地质条件相似但能量特征不同4个相邻煤层气井组,结合各自产出特征和局部煤储层能量特征,探讨煤储层能量对煤层气开发影响。结果表明:在系统能量平衡被打破之后,煤岩通过膨胀对外做功释放弹性势能,引发裂隙开度缩减;吸附煤层气是煤层气产出动力源,通过解吸、扩张释放膨胀能,同时持续侵占煤层水流动空间;裂缝开度缩减会阻碍煤层水压强能与吸附煤层气膨胀能间联系,使后者不再随前者变化而改变。研究认为:煤层水压强能越大,煤储层产水潜力越强;吸附煤层气膨胀能越大,越利于煤层气产出;煤岩基块弹性势能和裂缝开度最大缩减量越小,越利于煤层气开发;煤岩基质变形对煤储层内流体产出影响不明显,而流体运移方式以及传质效率的改变对煤储层内流体产出影响明显。煤储层局部小范围内所承载能量存在差异,此种差异对煤层气井产出影响显著。煤储层能量是决定煤层气开发效果关键要素。

关键词：煤储层能量煤层气开发郑庄区块煤基质变形能量转化

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郑庄区块煤层气低产井增产技术研究

石油钻采工艺 2017年第4期39卷 491-494页

作者：赵武鹏刘春春申兴伟彭鹤霍洪涛中国石油华北油田山西煤层气分公司

山西沁水盆地郑庄区块经过多年开发,目前已初具规模。但是随着排采持续进行,部分生产井产量已经呈现明显下滑的态势。针对低产原因,从地质构造(断层、陷落柱)以及工程施工(压裂液、压裂参数)2个方面对排采井低产原因进行深入分析,提出... 详细信息

山西沁水盆地郑庄区块经过多年开发,目前已初具规模。但是随着排采持续进行,部分生产井产量已经呈现明显下滑的态势。针对低产原因,从地质构造(断层、陷落柱)以及工程施工(压裂液、压裂参数)2个方面对排采井低产原因进行深入分析,提出现场施工采用活性水压裂液以及采用变排量施工工艺,尤其针对埋深大、渗透率极低的低产井提出"大液量、大砂量、变排量"压裂工艺,确保储层改造达到预期的效果。由于煤层堵塞导致生产井产量下降,建议采用解堵性二次水力压裂改造措施,并且在郑庄区块首次实施微生物解堵的实验性措施,探索了该技术在郑庄区块低产井治理中的有效性。

关键词：郑庄区块煤层气增产地质构造工程施工变排量微生物解堵

郑庄区块煤储层渗透性特征及地质控制因素分析

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科学技术与工程 2016年第22期16卷 193-198页

作者：王晖马斌崔金榜侯涛李泉中国石油华北油田马必对外合作中方项目经理部晋城048000

基于煤田地质资料、试井数据及相关实验成果,采用野外调查、井下观测、统计分析等方法,对沁水盆地郑庄区块3#煤储层渗透性特征进行研究,并深入分析研究区煤储层渗透性的控制因素及其控制作用。研究表明：研究区3#煤储层渗透性整体较差,... 详细信息

基于煤田地质资料、试井数据及相关实验成果,采用野外调查、井下观测、统计分析等方法,对沁水盆地郑庄区块3#煤储层渗透性特征进行研究,并深入分析研究区煤储层渗透性的控制因素及其控制作用。研究表明：研究区3#煤储层渗透性整体较差,渗透率介于0.011~0.430mD之间,平均为0.091mD,属于低渗透性储层~较低渗透性储层,渗透性在靠近向斜核部及断层带附近区域较好。分析表明研究区煤储层渗透率主要受控于煤体结构、裂隙发育特征、构造应力及地层应力状态、煤层埋深等因素,煤级、矿物充填作用等其他因素对其也有不同程度的影响。在研究区煤层气勘探开发过程中,应考虑上述因素对煤储层渗透性的影响,采取相应措施改善煤储层渗透率,提高煤层气抽采效率。

关键词：渗透率煤层气郑庄区块煤体结构裂隙构造作用地应力

高阶煤层气储层非均质性及其定量评价——以沁水盆地南部郑庄区块为例

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石油与天然气地质 2016年第1期37卷 72-79页

作者：李俊乾卢双舫薛海涛王伟明张萍中国石油大学(华东)非常规油气与新能源研究院山东青岛266580

煤储层非均质性影响煤层气开采。以沁水盆地南部郑庄区块3#煤层为例,开展高阶煤层气储层非均质性研究。采用变异系数定量评价了煤储层物性参数(含气量、吸附时间、宏观和显微裂隙密度)和煤岩学参数(显微组分和最大镜质体反射率)在储层... 详细信息

煤储层非均质性影响煤层气开采。以沁水盆地南部郑庄区块3#煤层为例,开展高阶煤层气储层非均质性研究。采用变异系数定量评价了煤储层物性参数(含气量、吸附时间、宏观和显微裂隙密度)和煤岩学参数(显微组分和最大镜质体反射率)在储层纵向上的非均质发育特征。结果表明:煤储层参数层内非均质程度由强至弱依次为吸附时间(平均变异系数0.524 6)、矿物质含量(0.466 5)、总显微裂隙密度(0.438 1)、总宏观裂隙密度(0.314 3)、惰质组含量(0.247 3)、镜质组含量(0.112 5)、含气量(0.087 7)和最大镜质组反射率(0.013 5)。其中,吸附时间、矿物质含量和裂隙密度层内非均质性较强,是需要重点评价的储层参数。研究成果为煤层气储层非均质性的精细刻画以及定量评价提供了新的思路。

关键词：变异系数层内非均质性高阶煤储层郑庄区块沁水盆地

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沁水盆地南部郑庄区块高煤阶煤层气成藏模式

天然气地球科学 2021年第1期32卷 136-144页

作者：冯树仁张聪张建国乔茂坡刘春春彭鹤毛崇昊中国石油天然气股份有限公司山西煤层气勘探开发分公司山西长治046000

为指导沁水盆地南部郑庄区块煤层气高效开发,通过综合运用钻井、地震、试井、煤岩测试及生产数据等资料,分析了研究区煤层气成藏条件和主控因素,并在此基础上研究了高煤阶煤层气成藏模式。研究发现,煤层气成藏主要受到构造、水文地质、... 详细信息

为指导沁水盆地南部郑庄区块煤层气高效开发,通过综合运用钻井、地震、试井、煤岩测试及生产数据等资料,分析了研究区煤层气成藏条件和主控因素,并在此基础上研究了高煤阶煤层气成藏模式。研究发现,煤层气成藏主要受到构造、水文地质、地应力及煤变质作用控制。依据构造形态、煤层围岩和地下水动力等特征,把研究区煤层气藏划分为浅层单斜、鼻状构造、封闭断层气水圈闭及深层气藏等4种成藏模式。

关键词：沁水盆地郑庄区块成藏模式构造煤层气

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郑庄区块煤储层精细地质建模与有利区预测

郑庄区块煤储层精细地质建模与有利区预测

作者：黄陈成中国地质大学(北京)

学位级别：硕士

沁水盆地南部郑庄区块二叠纪山西组的3号煤层是区内煤层气勘探开发的主力煤层。本文在94口探井和部分开发井的测井、试井资料以及540km2的三维地震资料的基础上,采用多属地震综合解释、构造建模及属性随机模拟的方法对研究区煤储层进行... 详细信息

沁水盆地南部郑庄区块二叠纪山西组的3号煤层是区内煤层气勘探开发的主力煤层。本文在94口探井和部分开发井的测井、试井资料以及540km2的三维地震资料的基础上,采用多属地震综合解释、构造建模及属性随机模拟的方法对研究区煤储层进行了精细构造解释三维地质建模等工作,揭示了储层物性在平面上的分布并进行了有利区预测。利用地震多属性综合解释技术对3号煤层的顶底面进行了精细构造解释。解释前对三维数据体进行了构造导向滤波、地震属性提取及“蚂蚁追踪”的解释性处理工作,通过制作合成记录对煤层顶底面进行层位标定,达到了对煤层中小断层、陷落柱的有效识别,共识别出大小断层493条,陷落柱21个。建立了基于曲率属性的构造煤预测模型,并对郑庄区块煤体结构进行了预测。计算了3号煤层顶面的多种构造曲率属性,利用曲率属性对局部构造进行了精细刻画。将高斯曲率及形态指数这两个参数与取芯井的煤体结构数据进行拟合,建立了基于曲率属性的构造煤预测模型。郑庄区块原生结构煤主要分布在区块西南部,碎裂煤的分布较为均匀,优势发育于研究区中部,而碎粒煤在研究区北部的褶皱构造区较为发育。运用Petrel软件对3号煤层进行了三维地质建模。在建立的构造模型中展示了煤层分布形态,检验了断层组合情况,预测了煤层气的埋深和煤厚分布。对构造模型进行网格剖分后,建立了研究区岩相及属性模型。运用序贯指示模拟的方法模拟了研究区的夹矸分布,并运用相控建模的思路随机模拟了煤储层孔隙度、含气量和渗透率的分布。结果表明含气量和孔隙度受夹矸分布控制较为明显,煤层孔隙度值介于0.64%-12.82%之间,平均为4.52%;含气量介于11.3m/t-30.8m/t之间,平均23.1m/t;渗透率在0.05md至0.39md之间,平均为0.14md,其分布与构造煤及煤层埋深有一定关系。在属性模拟的基础上综合煤层厚度等7个因素对研究区进行了有利区预测。采用灰色关联法分析了各因素与煤层气井日均产气量的相关性并计算了综合评价参数(E),将研究区划分为有利区(0.75≤E<1)、次有利区(0.5≤E<0.75)、非有利区(0.25≤E<0.5)和最不利区(0≤E<0.25)四类。

关键词：郑庄区块煤储层地震属性三维地质建模

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沁南-郑庄区块深部煤层气“临界深度”探讨

煤炭学报 2016年第12期41卷 3069-3075页

作者：陈世达汤达祯陶树赵俊龙李勇刘文卿中国地质大学(北京)能源学院北京100083 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

基于沁南—郑庄区块35层次煤层气井注入/压降及地应力实测数据,系统分析了郑庄区块地应力垂向变化规律,并在此基础上探讨了煤储层渗透性、含气性、气水产出垂向差异性演化,揭示了郑庄地区深部煤层气界限。郑庄区块地应力状态在垂向上发... 详细信息

基于沁南—郑庄区块35层次煤层气井注入/压降及地应力实测数据,系统分析了郑庄区块地应力垂向变化规律,并在此基础上探讨了煤储层渗透性、含气性、气水产出垂向差异性演化,揭示了郑庄地区深部煤层气界限。郑庄区块地应力状态在垂向上发生转换:575 m以浅,σH>σv>σh,表现为大地动力场,现今地应力状态为压缩状态;575 m^675 m,水平主应力较浅部有所降低(σH≈σv>σh),表现为准静水压力场,现今地应力状态为过渡状态(由压缩状态过渡为拉张状态);675~825 m以深,σv>σH>σh,表现为大地静力场型,现今地应力状态为拉张状态;825 m以深,σH>σv>σh,现今地应力状态为压缩状态。煤储层试井渗透率随埋深的变化与地应力场状态的转变基本一致,其实质是地应力作用下煤体孔隙结构的变形与破坏;含气量与埋深之间存在一个"临界深度"范围(800~1 000 m),超过此埋深范围之后煤层含气量随埋深增大而趋于降低。整体来说,825m以深煤层气资源处于地应力转换状态和(或)含气量"临界深度"之下,其赋存和开发地质条件发生转换,气体采收率相对较低,属于深部煤层气范畴。该埋深(825 m)以下煤层气开发将面临"低渗透率、低含气量、高地应力"的挑战。

关键词：郑庄区块地应力渗透率含气量深部煤层气

郑庄区块煤储层水力压裂裂缝扩展地质因素分析

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煤炭科学技术 2014年第7期42卷 98-102页

作者：陈杨姚艳斌崔金榜汤继丹喻鹏孙泽良中国地质大学(北京)煤层气国家工程中心北京100083 中国石油华北油田分公司河北任丘062552 中国石油天然气集团公司煤层气开采先导试验基地河北任丘062552

为了研究煤储层水力压裂裂缝扩展规律,以沁水盆地郑庄区块15口煤层气井水力压裂裂缝的微地震监测数据为基础,通过分析压后裂缝方位、长度和高度等参数,从煤岩学特征、岩石力学特征、地应力条件及煤岩裂隙发育特征4个方面综合研究了压裂... 详细信息

为了研究煤储层水力压裂裂缝扩展规律,以沁水盆地郑庄区块15口煤层气井水力压裂裂缝的微地震监测数据为基础,通过分析压后裂缝方位、长度和高度等参数,从煤岩学特征、岩石力学特征、地应力条件及煤岩裂隙发育特征4个方面综合研究了压裂裂缝扩展的地质控制因素。结果表明:郑庄区块区压裂裂缝方位近NEE向,与区域水平最大主应力方向相近,垂直裂缝发育;演化程度较高的煤层更易形成长缝,且煤岩显微组分含量与压后缝长有一定相关性;裂缝长度随煤岩抗拉强度及弹性模量的增大而减小,煤岩与顶底板岩石力学性质的差异限制了裂缝纵向扩展;随埋深增加,煤储层闭合应力增大,但裂缝长度与煤层埋深负相关性较弱,原生裂隙在一定程度上阻碍了裂缝扩展。

关键词：煤储层水力压裂裂缝扩展地质因素郑庄区块