煤层气储层物性动态演化及对产能的影响

发布时间：2020-11-15 14:14

　　 本文通过对5个盆地/含煤区的109个煤矿井下实测,开展了煤岩组分和反射率测定、压汞和低温氮吸附(77K),以及孔渗、等温吸附和扫描电镜分析等常规实验工作,同时实施了煤样吸附孔小角度X射线散射(SAXS)、渗流孔核磁共振(NMR)、裂隙X射线CT扫描(X-CT)和三轴渗流-声发射-超声耦合实验分析等开创性实验。研究了延川南和沁南区块煤层气控气模式,孔裂隙结构演化规律和机理,孔隙和裂隙演化的流体响应机制,以及储层物性热演化的煤层气产能控制机理。主要成果和认识如下:(1)阐明了延川南区块和沁南区块煤层气控气地质,揭示了延川南为煤厚、埋深、水力封堵和浅背斜构造综合控气,沁南为向斜和水力滞留叠加控气。(2)基于煤岩孔隙结构的定量分析,阐明了煤储层孔隙结构演化机理,结果显示低温N2吸附和SAXS技术结合使用可以获得封闭吸附孔隙体积。煤储层孔隙结构演化受温度、压力、水分、显微煤岩组分、灰分和煤质程度多因素控制。孔隙吸附能力取决于孔隙表面复杂度和孔径大小。(3)阐明了煤储层孔隙结构的热力学演化规律,即不同煤级煤储层,热增加孔隙度都有增加的趋势,但其增加幅度差异较大。揭示了孔隙结构演化的流体动力学响应机制,热对煤储层渗透性的作用随着煤级的增加而减弱,建立了气体吸附、热膨胀、有效应力与渗透率的耦合模型。(4)揭示了煤储层裂隙演化的声学变化规律和力学响应机制,即裂隙产出与矿物界面倾角密切相关(50°为界)以及裂隙演化具有记忆效应。裂隙演化过程声发射特征具有两期性:在20%?max和80%?max形成裂隙簇(?max为最大主应力)。X-CT扫描定量裂隙孔隙度演化过程,建立了煤储层有效应力、裂隙孔隙度与裂隙渗透率的预测模型。(5)阐明了热力作用下煤层气储层物性参数变化规律,即对高煤级煤储层孔渗性和吸附性作用程度要小于中低煤级煤储层。数值模拟分析了煤储层物性演化的煤层气产能控制,热改造煤层气井稳产时间依次为高煤级中煤级低煤级,从煤层气工业开发角度来看,热对提升高煤级煤层气产能更有价值。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P618.13
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究意义
    1.2 国内外研究现状及发展趋势
        1.2.1 煤层气储层物性研究方法
        1.2.2 煤层气储层物性及其演化规律研究进展
        1.2.3 煤储层孔裂隙结构与流体流动耦合
    1.3 科学问题
    1.4 研究方案
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 技术路线
    1.5 完成的工作量
    1.6 主要创新性成果
2 煤层气储层物性特征及地质成因
    2.1 煤储层原位吸附孔与渗流孔特征
        2.1.1 吸附孔的小角度X射线散射研究
        2.1.2 渗流孔的核磁共振（NMR）研究
    2.2 煤储层裂隙特征及地质成因-以准南为例
        2.2.1 准南区域地质背景
        2.2.2 内生微裂隙及其成因分析
        2.2.3 外生微裂隙及其成因分析
    2.3 煤储层孔隙特征及其地质成因
        2.3.1 物质组成与煤化作用
        2.3.2 地质力学作用
        2.3.3 异常热作用
    2.4 煤储层矿物特征及地质成因-以沁水为例
        2.4.1 主要矿物类型及成因
        2.4.2 裂隙矿物充填特征
    2.5 煤储层含气性及其控气模式
        2.5.1 沁南煤储层含气性的地质控制
        2.5.2 沁南煤层气控气模式
        2.5.3 延川南煤储层含气性的地质控制
        2.5.4 延川南煤层气控气模式
3 煤储层物性动态演化模式与机理
    3.1 煤储层孔隙动态演化模式与机理
        3.1.1 煤化作用过程中孔隙演化模式与机理
        3.1.2 热作用下煤储层吸附孔隙演化
        3.1.3 热作用下煤储层渗流孔隙演化
    3.2 煤储层裂隙的动态演化模式与机理
        3.2.1 裂隙演化的声学-CT定量实验
        3.2.2 煤岩CT切片的裂隙率计算
        3.2.3 裂隙演化过程的CT定量化
        3.2.4 裂隙演化的声学响应
        3.2.5 裂隙演化的力学与矿物学分析
    3.3 孔裂隙常规演化与热力作用演化的异同
        3.3.1 微观与宏观特性
        3.3.2 作用方式与机理
4 煤层气储层物性动态演化的流体响应
    4.1 煤储层孔隙动态演化与煤层气吸附/扩散
        4.1.1 孔隙结构与气体吸附/扩散的耦合特征
        4.1.2 孔隙演化与煤层气吸附/扩散
    4.2 煤储层孔隙动态演化与渗透性
        4.2.1 瞬态法煤岩渗透性实验
        4.2.2 煤岩特征对渗流能力的影响
        4.2.3 有效应力对渗流能力的影响
        4.2.4 热对渗流能力的影响
    4.3 煤储层裂隙动态演化与渗透性
        4.3.1 裂隙演化的渗流响应实验
        4.3.2 裂隙与渗流数据计算
        4.3.3 裂隙演化的流体响应特征
5 煤储层物性演化与煤层气产能数值模拟
    5.1 煤储层物性演化的物理模拟
        5.1.1 实验样品与物理模拟方法
        5.1.2 物理模拟结果与讨论
        5.1.3 储层热改造与提高煤层气采收率
    5.2 煤层气产能数值模拟方法
    5.3 煤储层地质背景与储层参数
        5.3.1 保德区块
        5.3.2 韩城区块
        5.3.3 沁南区块
    5.4 煤层气井排采特征及影响因素分析
        5.4.1 保德煤层气井特征
        5.4.2 韩城煤层气井特征
        5.4.3 沁南煤层气井特征
    5.5 煤储层物性演化的煤层气产能模拟
        5.5.1 煤层气井历史拟合与产能衰减预测
        5.5.2 煤储层物性演化的产能特征
6 结论
致谢
参考文献
附录

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本文编号：2884846