俄罗斯库兹涅茨克盆地原位区与采动区煤层气开发模式及理论分析

发布时间：2020-07-06 19:45

【摘要】：库兹涅茨克盆地是俄罗斯最大的含煤盆地,近年来,Naryksko-Ostashinksaya煤层气区块已经对此煤层群开展煤层气地面开采工作,在原位区钻进多口地面试验井,在采动区也尝试利用地面井抽采煤层瓦斯。但如何合理设计原位区和采动区开发模式,实现原位区和采动区最优化衔接,并理论分析其开采模式的可行性迫切需要研究。因此,论文结合库兹涅茨克盆地中部Naryksko-Ostashinksaya煤层气区块现有煤层气井的实际生产情况,运用煤田地质学、构造地质学、水文地质学、吸附理论等领域的相关知识,以实验测试方法为主要技术手段,分析渗透性、吸附性、含气性,根据试井数据,界定储层压力等储层地质特征,准确界定储层特征参数;采用数值模拟技术,建立原位区与采动区不同开采模式的地质模型,优选原位区与采动区原煤层气地面开采模式;总结不同开采模式下煤层气运移产出机理,理论分析其开采模式的可行性。研究成果可为原位区和采动区煤层气地面井衔接抽采提供理论及技术支撑。通过本论文的研究,取得了以下主要成果和认识:1、研究区目标煤层共8层,分别为73-72号、78-77号、79号、80号、80a号、81号、82号、86-84号煤层;目标煤层厚度研究区中部较大,往东部、西部、南部厚度逐渐降低,研究区北部煤层出露;目标煤层埋深受Kyrgay-Ostashinskaya向斜控制,埋深自向斜轴部向两翼方向逐渐降低。2、目标煤层宏观煤岩类型均为半亮煤,煤岩显微组分以镜质组为主,其次为惰质组,壳质组含量最低。目标煤层为特低水分煤;73-72号、78-77号煤层为特低-低灰煤,80a煤层为中灰煤,79号、80号、81号、82号、86-84号为特低-低-中灰煤;79号煤层为中高挥发分煤,73-72号、78-77号、80号、81号、82号煤层为中高-高挥发分煤,80a号、86-84号煤层为高挥发分煤。目标煤层变质程度较低,属于高挥发分烟煤。目标煤层视相对密度约1.40 g/cm~3。系统分析目标煤层含气量测试过程中存在问题,并校正测试数据,自73-72号煤层到86-84号煤层含气量变化范围依次为:9.97~21.29、6.72~21.38、10.91~18.24、7.55~16.19、8.78~14.58、9.00~19.05、9.47~19.10、8.75~18.79 m~3/t。78-77号、80号、82、86-84号煤层V_L值分别为26.12、26.90、32.00、30.81 cm~3/g,PL值分别为1.17、1.28、1.24、1.39 MPa。通过排采过程中煤层气井初开井时动液面高度得知储层压力梯度近似等于正常压力梯度9.8 KPa/m,目标煤层自下而上初始储层压力变化范围依次为:2.65~10.67、2.00~10.00、4.19~7.48、1.68~7.47、5.16、3.89~7.16、1.50~9.04、3.39~8.66 MPa。目标煤层为欠饱和煤层,78-77号、80号、82号、86-84号煤层含气饱和度均值分别为62.97、73.33、65.12和66.96%。78-77号煤层、80号煤层、81号煤层、82号煤层、86-84号煤层BET比表面积分别为0.85、0.61、0.57、0.89、1.00m~2/g;BJH体积分别为0.0050、0.0038、0.0028、0.0043和0.0039cm~3/g;D-R比表面积分别为111.26、145.73、140.78、123.39、112.63 m~2/g;D-A体积分别为0.0488、0.0465、0.0551、0.0556和0.0521 cm~3/g。内生裂隙极其发育,部分被矿物充填,内生裂隙互相连通,密度不均,受煤岩类型控制。73-72号、78-77号、79号、80号、81号、82号、86-84号煤层渗透率平均值分别为15.87、15.1、12.5、4.8、6.7、12.5、10.8 mD。3、结合煤层厚度、埋深、储层压力、含气性、渗透性等储层参数,编制原位区多煤层垂直井压裂完井、多煤层裸眼完井、多煤层顺层裸眼填砂扩孔完井模拟程序。对原位区4口勘探直井进行模拟,结果表明多煤层垂直压裂的完井方式日产气量和采收率普遍高于裸眼扩孔完井,多煤层顺层裸眼填砂扩孔完井的产气效果好。另外对原位区直井压裂井针对不同井距、不同压裂裂缝半长、不同渗透率、不同井网编制模拟程序。模拟结果表明井距250×250 m的日产气量和采收率最高,是该区的最优井距;50m裂缝半长对应较高的产气峰值和较长的稳产时间,具有较高的累计产气量;其它储层条件一致时,渗透率越大,日产气量和采收率越高;通过对矩形、梯形、五点式、梅花形井网模拟结果表明,梅花形井网的空间分布格局能保证压降漏斗覆盖整个抽采区域,不存在抽排“盲区”,日产气量和采收率最高,排采效果最佳,是本区最佳布井方案。4、结合煤层厚度、埋深、构造条件、含气性、渗透性等储层参数,确定了采动区模拟区域,目标煤层为86号厚煤层,通过绝对无阻流量确定目标埋深为600米~800米。编制了采动区水平井、水平井井组、夹角60°的“V”型井模拟程序,模拟结果表明,这三种完井方式在该研究区均适合。通过设置不同渗透率模拟表明,其它储层条件一致时,渗透率越大,越能最快降低采动区的瓦斯浓度,根据研究区储层条件,可将82号煤层优先当作开采的保护层,利用采动卸压作用采来达到增加渗透率的效果。5、系统总结了研究区的煤层气开采模式,原位区采用直井,完井类型为多煤层压裂完井、多煤层裸眼扩孔完井,井网布置形式采用梅花型井网;采动区采用V型井和水平井;总结原位区和采动区煤层气储集、运移和产出机理;通过井间干扰模拟结果分析了不同井网煤层气井产能的差异原因;建立了多煤层多裂缝裸眼填砂扩孔垂向渗透率变化模式图,系统分析了其裂缝垂向变化机理,分析了多煤层排采需要注意的地层参数;用FLAC~(3D)模拟了最大主应力和最小主应力两个不同方向开挖卸压时被保护层的垂向位移、应变,水平方向位移、应变,及其剪切破坏和拉伸破坏的情况,模拟结果表明,垂直于最大主应力方向被保护层的垂向位移、应变比平行于最大主应力方向的效果好。
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE37
【图文】：

第二章 区域地质概况§2.1 研究区构造特征库兹涅茨克盆地位于西伯利亚盆地南部，新西伯利亚东部 300 km 处，6000 km2[113]。古生代区域造山运动形成中亚地区的基底[114,115]，古生代地边缘延伸至内部，盆地四周主要为褶皱、逆冲断裂带、剪切变形带。克盆地北部沿顺时针方向分别为汤姆克雷万山、库兹涅茨克山、戈尔诺萨莱尔山脉（图 2. 1，据刘超[116]改），萨莱尔山体逆冲作用形成近水平造成盆地西部边缘强烈变形[117-119]，可观测到烧变岩露头，构造由一系度较大的压性线性褶皱、逆断层-逆掩断层组成；盆地中部以开放性褶皱为

轴近东西向延伸，展布特征相似。Kyrgay-Ostashinskaya 向斜北翼较缓，倾角～25°，南翼倾角为 40～50°；Narykskaya 背斜北翼较缓，倾角为 18～30°，较陡，倾角为 30～75°。

研究区构造特征

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本文编号：2744050