煤层气储层异常压力形成机制研究
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72我国是能源大国,煤炭资源丰富,为人们提供了良好的物质条件。
煤层气是近些年来出现的较为洁净、优质的新能源,也是化工原料,通常被称为“瓦斯”。
实际上,煤层气主要存在于煤层当中,大多通过甲烷的形式加以呈现,通常牢牢吸附于煤基质颗粒的表面,很少以游离态的形式溶于水中。
1 煤层气开采技术现状及发展趋势1.1 煤层气开采技术现状现如今,中国的钻井现状并不顺利。
实际上,煤层气对于中国而言,是尤为关键的。
一旦煤层钻井发生问题,将会直接造成大面积污染,从而降低煤层气的实际质量。
故此,研究者需要针对中国在当前时期的煤层钻井现状,进行深入的细致分析。
通常情况下,煤层的位置居于岩石的最底层,并且脆性较强,硬度较低,一旦出现岩石挤压现象,将很有可能出现变形,甚至坍塌,尤其在开采煤层的过程中,更容易出现坍塌现象,长此以往,下限甚至坍塌的频率将会越高。
值得一提的是,煤层通常出现在岩石底部深处,施工方进行开采的过程中,很有可能由于距离的限制,而无法进行开采,并难以对煤层气及其井储层,进行恰当的保护。
1.2 煤层气开采技术发展趋势根据相关统计得知,中国在不超过地底直线距离2 000 m的浅煤气层,所含有的资源量大约为3.67×1013 m 3,名列全球第三。
近年来,全球资源短缺现象明显,在此背景下,开采非常规能源煤层气,成为各个国家的主要研究方向。
其中,最佳的开采方式,是基于压裂改造储层,保持其和井筒之间的通畅性。
然而,现如今,这项技术尚未成熟,有待于进一步研究。
2 煤层气储层伤害机理分析2.1 钻井液对储层的损害(1)由于微粒运移及其相应的黏土膨胀,而直接导致的储层损害对于大部分煤岩裂隙而言,其孔隙度一般相对很低,保持在1%~2%的范围,当钻井液中的滤液,已经渗入煤岩,则将会造成煤基质膨胀,从而切实降低煤岩裂隙的孔隙度及其实际渗透率。
此外,钻井液中存在的固相颗粒,一般会跟随裂隙持续流动,或者直接残存于孔隙当中,严重损害储层。
第31卷第5期2011年09月西安科技大学学报JOURNAL OF XI’AN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.31No.5Sept.2011文章编号:1672-9315(2011)05-0554-05煤层气储层压力测试实验研究*景兴鹏(中国煤炭科工集团西安研究院,陕西西安710054)摘要:以沁水盆地南部测试井为煤层气储层压力实验对象,利用自主研发的煤层气储层压力测试实验装备,对煤层的储层压力进行实验测定。
利用实验测试压力数据对煤层气的储层压力参数进行分析和研究;从而得出沁水盆地南部煤层气储层压力的实验数值。
通过煤层气储层压力实验数据结果对煤层气勘探、测试和后期排采过程都具有非常重要的指导意义。
关键词:煤层气;储层压力;实验研究中图分类号:TD984文献标志码:A煤层气是以甲烷(CH4)为主要成分,以吸附状态赋存于沉积盆地的煤层中,与煤同体共生的能源矿产,亦称煤层甲烷或煤层瓦斯。
煤层储层压力是煤层气的重要参数之一,是指煤层孔隙中的流体(包括气体和水)压力;而且直接控制着煤储层吸附气体的含气量(含气饱和度),煤层气开发过程直接影响后期排采作业过程[1]。
煤层储层压力对煤层气含量、气体赋存状态起着重要作用。
同时,储层压力也是水和气体从煤的裂隙中流向井筒的能量和动力。
因此研究煤层储层压力将对煤层气开采和煤矿瓦斯治理都将起到重要作用[2-3]。
1煤层储层压力特征及基本原理煤层气储层压力就是指煤层的中点压力。
煤层在开发以前,一般是处于一个平衡状态,而这时煤层所承受的压力就称之为原始储层压力,它是指原始储层在未被破坏以前所测试得出的储层压力。
储层压力不但是煤层气开发的重要参数,也是煤层评价和开发的重要参数。
煤层气储层压力的大小不但控制着煤层气解吸和吸附,而且也标志煤层气储层中流体所具有的势能。
因此储层压力是储层能量大小的反映,储层压力大小就决定了储层中流体的流动潜能[2]。
煤层气储层破坏机理及其影响研究煤层气储层特征:煤层气储层孔隙结构分为基质孔隙和裂隙孔隙,具有双重孔隙结构。
煤层中基质被天然裂缝网分成许多方块(基质块体):基质是主要的储气空间,而裂隙是主要的渗透通道。
煤层气储层基质孔隙基质孔隙又称微孔隙,直径通常为0.5~1nm,煤的微孔隙极其发育,煤层气的绝大部分就是溶解在微孔隙的表面,由于微孔隙的直径不大,通常指出水不能到达微孔隙系统中。
煤基质微孔隙与通常砂岩孔隙结构相同的就是煤层的孔隙大都就是煤层本身整体结构的一部分。
在煤层的微孔中常充填了相同共同组成的物质,这些物质的共同组成和体积常随着煤阶的发生改变而变化。
通常煤储层中的孔隙大小约1~1000μm,而与通常砂岩的孔隙较之大一个数量级。
这种NVIDIA孔隙结构随着煤化促进作用的进展而发生变化,因而可以对煤层的储层特性产生非常大的影响表1煤层气藏储层孔隙大小分类微孔中孔大孔孔径2nm孔径2nm-50nm孔径50nm煤的孔隙相差很大,大到数微米级的裂缝,小到连氮分子(直径为0178nm)都无法通过。
比较常用的孔隙大小分级标准见表1。
煤层气储层裂隙特征裂隙是煤中自然形成的,人们认识到其存在至今已有一百多年的历史。
在总结前人对裂隙的分类的基础上,苏现波按照裂隙的形态和成因将煤的裂隙分为三类,见图1。
图1煤岩中裂隙的分类割理(内生裂隙)煤层的割理主要就是由煤化促进作用过程中煤物质结构、结构等的变化而产生的裂隙。
根据在层面上的形态和特征,可以将割理分成面割理和端的割理。
其中面割理通常就是与层面平行或近平行,通常呈圆形板状延展,连续性较好,就是煤层中的主要内生裂隙。
端的割理只发育于两条面割理之间,常与层面横向或对数横向,通常连续性极差,缝壁圆形,就是煤层中的次内生裂隙。
由于煤岩中面割理和端的割理都比较发育,单体规模大,总体密度小,在空间上交易设立体网状,可以采用耦合连续介质渗流方法去叙述煤储层中的气、水运动。
外生裂隙外生裂隙是指煤层在较强的构造应力作用下形成的裂隙,按成因可分为三种:剪性外生裂隙、张性外生裂隙和劈理。
煤层气成藏机理及形成地质条件研究进展摘要:随着常规油气资源不能满足能源需求及各国对矿井灾害的重视,煤层气资源勘探、开发及矿井瓦斯抽采被广泛关注。
煤层气产业的发展对于优化国家能源结构,保障能源安全,减少温室气体排放和降低矿井瓦斯灾害具有重要意义。
基于此,本文对煤层气成藏机理及形成地质条件研究进展进行深入分析,以供参考。
关键词:煤层气;成藏机理;形成地质条件引言煤层气是一种天然的可燃气体,在全世界范围内具有巨大的发展潜力。
它吸附在煤层中,具有洁净、方便、高效等特点。
煤层气作为一种非常规天然气与常规天然气有巨大的差别,主要体现在在成藏机理和开采方式上。
研究调查表明,煤层气的成因机制主要有两种类型,分别为生物成因和热成因,其中以热成因为主要因素。
而煤层气的赋存机制,则为吸附、游离和溶解三种,其中吸附方式占到了很大的比例。
它主要赋存在煤基质孔隙中。
1煤层气成因机理1.1生物成因机理生物成因煤层气是在较低温度条件下,煤中有机质经多种微生物共同降解而形成的产物,其形成过程遵循厌氧发酵4个阶段理论。
原始煤和泥炭的大分子结构不能被产甲烷菌直接利用,必须先经过水解发酵菌将其降解为单分子和低聚物,然后在不同酸化细菌和产乙酸或产氢菌作用下,生成部分中间产物或直接生成氢气、二氧化碳和乙酸,最后以上产物在产甲烷菌作用下形成甲烷。
基于不同的地质演化时期,生物成因气主要包括原生生物煤层气和次生生物煤层气。
原生生物煤层气主要形成于煤化作用早期(镜质体反射率,Ro<0.3%或Ro<0.5%),生气底物通常为未成熟腐植型有机质。
次生生物煤层气则是煤化作用后期,在构造作用下煤层抬升,经地表水携带的微生物作用形成,生气底物主要为前期形成的湿气、正烷烃和其他成熟有机化合物。
1.2热成因机在目前已开采和发现并储存的煤层中已发现热成因比例极高的天然煤层气体,这标志着热煤层气由理论转化为化学变化中,通过生物成因的制约,演变产生高低不一的煤层。
由于不同煤层气体压强不同、温度不同、菌类存在的种类也不尽相同,因此煤在地质层逐渐加深的过程中逐渐释放出挥发性的物质,如氢和氧含量较高的碳,在热煤层气形成的过程中主要挥发出以甲烷为主的热解烃类,随着温度和成熟度的不断增加,前期形成的长链烃类和液态烃类发生热裂解,形成CH4,从而使得CH4的总量增加。