贵州合层开发煤层气井产层孔渗特征研究.pdf
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1、文章编号:10088857(2023)02012404DOIDOI:10.13259/ki.eri.2023.02.008贵州合层开发煤层气井产层孔渗特征研究周培明1,2,汪俊3,魏元龙1,2,向刚1,2,徐虎1,2(1.自然资源部复杂构造区非常规天然气评价与开发重点实验室,贵州贵阳550009;2.贵州省油气勘查开发工程研究院,贵州贵阳550009;3.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221116)摘要:贵州省煤层发育,煤层气资源富集,对其合层开发煤层气产层孔渗特征进行研究能够为煤层气高产、稳产提供依据。基于贵州合层排采煤层气井产层特征统计,综合现有地质及工程数据,系统研究产层孔渗特
2、征。研究结果表明:贵州境内受煤变质程度高的影响,煤层气产层孔隙度较低,主要在 2%6%之间;煤储层大多发育两组相互近正交的内生裂隙,外生裂隙则与区内深大断裂活动以及煤层厚度有关;产层渗透率均低于 0.35mD,属于中低渗透率产层,且以小于 0.1mD 的低渗产层为主。关键词:贵州;煤层气;煤层气井;孔渗特征中图分类号:P631.8文献标志码:AStudy on the production layer porosity and permeabilitycharacteristics of coalbed methane wells in the multi-coal seamdevelopme
3、nt in GuizhouZHOUPeiming1,2,WANGJun3,WEIYuanlong1,2,XIANGGang1,2,XUHu1,2(1.KeyLaboratoryofUnconventionalNaturalGasEvaluationandDevelopmentinComplexTectonicAreas,MinistryofNaturalResources,Guiyang550009,China;2.GuizhouEngineeringResearchInstituteofOil&GasExplorationandDevelopment,Guiyang550009,China;
4、3.SchoolofResourcesandGeosciences,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China)Abstract:InGuizhouProvince,coalseamsdeveloped,whichconcentratedthecoalbedmethane.Theproductionlayerporosityandpermeabilitycharacteristicsofcoalbedmethanewellsinthemulti-seamdevelopmentwerestudiedtoprovideabasis
5、forhighyieldandstableproductionofcoalbed methane.Combining the statistics on the production layer characteristics of coalbedmethanewellsandtheexistinggeologicalandengineeringdatainGuizhou,systematicstudyontheporosityandpermeabilitycharacteristicsoftheproductionlayerswasperformed.ResultsshowthatinGui
6、zhou,thelowporosityof2%to6%inthecoalbedmethaneproductionlayersisdominatedbythehighdegreeofcoalmetamorphism.Twogroupsofnear-orthogonalendogenousfissures能源研究与信息第39卷第2期EnergyResearchandInformationVol.39No.22023收稿日期:20220412基金项目:贵州省地质勘查基金项目(2089912JBNUTS0,52000021MGQSE7S7K6PRP)第一作者:周培明(1990),男,硕士,高级工程师。
7、研究方向:煤层气地质与勘查开发技术。Email:developinmostofcoalreservoirs,whiletheexogenousfissuresarerelatedwithboththedeepfractureactivityandcoalthicknessinthearea.Theproductionlayerswiththepermeabilitylessthan0.35mDbelongtomediumandlowpermeabilityproductionlayerandaredominatedbythelowpermeabilityoflessthan0.1mD.Keyw
8、ords:Guizhou Province;coalbed methane;coalbed gas well;porosity and permeabilitycharacteristics贵州省地处我国西南地区,境内煤层发育,在煤层中蕴藏着大量可供开发利用的煤层气资源,是我国南方最大的煤层气富集区。近年来,多家单位先后在六盘水煤田、织纳煤田、黔北煤田施工了 300 余口煤层气参数井、排采井(组),积累了大量的地质工程资料和施工组织经验,极大推动了贵州煤层气勘探开发进程。贵州省内所施工的煤层气井多采用合层开发方式,且煤层气井产层数量、特征存在显著差异。为了查明贵州合层开发煤层气井产层孔渗特征,
9、本文在省内外煤层气勘探开发现状调研的基础上,收集、整理了贵州省及周边地区(滇东、川南、重庆)63 口合层开发煤层气井产层孔渗特征数据,对比研究了贵州省合层开发煤层气井产层孔渗特征。1贵州地区煤层气地质背景贵州省位于我国西南地区,有着“江南煤海”的称号,煤炭资源储量十分丰富,总含煤面积大约为 7 万 km2,在这其中赋存着大量的煤层气资源,勘探开发潜力巨大1。贵州省煤层的主要形成时期为晚二叠世,由于我国南方地区在二叠纪之后,构造演化发展频繁,在沉积发展过程中经历了多次海陆交互,使得贵州煤层气与其他地区煤层气差异显著,且特点鲜明,可总结为“一弱”“两多”“三高”和“四大”四个方面。其中,“一弱”表
10、现为贵州的主要含煤地层龙潭组的地下水动力条件较弱,含水量低。“两多”表现为煤层的层数多以及控气构造类型多。在聚煤后期,由于强大的改造作用,贵州境内的含煤地层被分割从而赋存在多个独立次级向斜单元。“三高”包括煤层含气量高、资源丰度高、储层压力以及地应力高。在织纳地区,煤层平均含气量大于 18m3t1,最高含气量甚至可以达到 27m3t1。含气量大于 4m3t1,且埋深小于 2000m的可采煤层中煤层气资源丰度大于 2.2 亿m3t1,而全国的平均水平只有 1.12 亿m3t1,足以证明贵州地区有着丰富的煤层气资源。通过省内煤层气的试井资料得到煤储层压力系数普遍在 0.9以上。“四大”指煤层气资源
11、量大、煤级变化大、煤储层渗透性变化大、地质条件垂向变化大。贵州省煤层气资源储量十分丰富,占到全国煤层气资源总量的18%左右。境内从肥煤到无烟煤均有分布,且煤级的分布成带状,以中变质烟煤高煤级煤为主要煤级2。2孔裂隙发育特征贵州合层开发煤层气井产层孔隙度统计如图 1 所示。从图中可知:产层孔隙度较低,变化范围在 1.04%6.70%之间,且主要孔隙度在2%6%,仅少量产层孔隙度小于 2%或大于6%。区内煤层气井产层孔隙度较低,主要受控于煤变质程度较高的影响。此外,煤层具有相对较低的孔隙度,也导致煤储层渗透率偏低3。从贵州各煤田的情况来看:六盘水煤田合层开发煤层气井产层孔隙度为 2.5%6.7%,
12、且以nmm 级的微孔为主,中孔、大孔占比较低。其中,水城矿区 DC1 井钻遇可采煤层孔隙率为 3.6%6.7%,平均为 5.8%;盘江矿区松沙井田SC1 井主要目的煤层孔隙率为 2.8%3.4%,平均为 3.2%;松河井田 GC1 井煤层孔隙率 2.5%5.1%,平均为4.1%。从孔隙度的变化来看,DC1井主要目的煤层的孔隙度变化较大,表现为随着煤层埋深增加,孔隙度逐渐减小;SC1 井主要第2期周培明,等:贵州合层开发煤层气井产层孔渗特征研究125目的煤层孔隙度相近,与埋深的关系不明显;GC1 井煤层孔隙度与灰分/矿物质含量有关,灰分含量越高,煤层孔隙率越小。由于矿物质充填了煤中一部分中、大孔
13、隙,导致煤层总孔容下降,虽然有些矿物本身就存在一些孔隙,但总体而言还是使得煤层孔隙发育程度降低。与六盘水煤田相比,织纳煤田、黔北煤田煤层气井产层孔隙度相对较低,这与煤变质程度高、微孔比例高有密切关系。图 2 为六盘水煤田盘江矿区火烧铺区块产层内生裂隙发育情况。由图中可知:六盘水煤田盘江矿区、水城矿区广泛发育的中变质程度煤层(产层)内生裂隙最发育,裂隙密度大。以盘关向斜和格目底向斜为例,盘关向斜煤层的面裂缝宽度大约为 136mm,端裂缝宽的变化在 130mm 之间,裂隙密度为 5.48.7条m1;格目底向斜煤层的面裂缝宽度大约为126mm,段裂缝的宽度变化在 120mm 之间,裂隙密度 5.31
14、1.3 条m1。但是,由于地应力对煤层裂隙开合及产层渗透率有显著影响,内生裂隙充填(方解石、黄铁矿等矿物)及地应力增加不利于裂隙导流,导致产层渗透率普遍较低。3产层渗透率特征产层渗透率决定了煤层气渗流的难易程度,因此在煤层气开发过程中受到广泛关注4。产层渗透率高,气水渗流速度越快,压降漏斗扩展距离越长,影响面积越大,煤层气井产量越高。但当渗透率过高时,在供液能力充足的条件下,使得产水量过大,井底流压降低越困难,不利于煤层气的解吸产出57。当渗透率偏低时,煤层中的气、水渗流速度越慢,压降速度越小,压降传播距离越短,仅在井筒附近存在压降,最终导致煤层气井产气量偏低8。图 3 为贵州合层开发煤层气井
15、产层渗透率统计。由图中可知:贵州产层渗透率均低于0.35mD,属于中低渗透率产层,且以小于 0.1mD 的低渗产层为主。表 1 为六盘水煤田部分勘查试采井煤层厚度、埋藏深度及渗透率。由表中可知:煤层气井产层渗透率偏低,主要受区域高地应力、高变质程度及局部煤层开发深度大的共同影响,这与贵州省内煤储层渗透率总体特征及空间变化规律一致。图 4 为六盘水煤田部分勘查试采井煤层厚度、埋藏深度与渗透率关系。由图中可知:产层渗透率总体表现为随着埋藏深度增加而减少,这是由于当埋藏深度增加时,煤储层受到的地应力也在增加,地应力是影响渗透率的首要因素,且随地应力增大渗透率逐渐减小。综上所述,贵州合层开发煤层气井产
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