高产煤层气储层物性精细定量表征与动态预测

对我国各煤阶含煤盆地（高煤阶沁水盆地，中低煤阶鄂尔多斯盆地和低煤阶三江-穆棱河含煤区）进行了系统的样品采集，使得研究更全面更具有系统性。开展了煤岩物性的常规表征研究（如显微组分、微裂隙分析及孔渗分析等），研究表明：中低煤阶的煤岩的中大孔较为发育，高煤阶小孔较为发育，微裂隙较为发育；中低煤阶煤岩渗透性普遍好于高煤阶，这与煤岩的煤化过程有关。鉴于煤储层的高度非均质性，开发了煤储层物性的无损表征技术（如低场核磁共振、micro-CT及SAXS等），对煤岩的孔裂隙结构、矿物空间分布进行了定量化研究，研究结果表明：煤岩小尺度非均质性较强。对煤层气开发的储层响应特征进行了系统的研究，研究结果表明：中煤阶的韩城区块煤层气区储层响应特征表现为，① 煤储层本身裂隙系统发育良好，在压裂之后，产生大裂缝，有效的沟通了煤储层的渗透空间。② 煤储层含气量、含气饱和度高，具有较高的含气系统能量，气体充分解吸，有效补给气源。这是煤层气高产的必要前提。③ 煤储层压力较高，足以持续高产稳产。④ 煤层厚度大，也是煤层气高产的有利因素。⑤ 人工压裂效果比较好，钻井液等未对储层造成伤害。同时生产措施得当、压降漏斗及卸压范围稳定扩大，也有利于产气。通过利用低场核磁共振、X射线CT扫描系列实验，研究了温度控制下的煤岩孔隙结构演化对煤岩渗透性的控制机理，煤岩的渗透性与可动孔隙度有着很大的相关性。通过煤岩三轴-吸附-渗流物理模拟实验研究，发现通常在大于50nm 的孔隙中，气体扩散率的关系为CO2 > CH4> N2，而在小于2 nm 的孔隙中则表现为CO2 > N2 > CH4。这种结果表明孔隙的大小和吸附剂的相对大小对扩散率有着重要的影响；扩散率随着温度的增加有着明显的上升趋势，有效应力越大，气体渗透率随着温度下降的幅度越小。这主要是由于温度导致的煤岩膨胀的原因，主要来自两方面：1、吸附所导致的膨胀；2、热导致的膨胀。在不同的孔隙压力下，气体渗透率会随着有效应力的增加而呈现指数下降的趋势。通过对中高低煤阶煤层气控制地质因素的剖析，发现高煤阶煤层气的开发潜力很大程度上受煤岩的渗透性制约，中低煤阶则是受含气量制约较为明显。