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沁水盆地深煤层注入CO2提高煤层气采收率可行性分析_图文

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沁水 盆地 煤层 注入 CO2 提高 煤层气 收率 可行性 分析 图文
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 第41卷第1期煤   炭   学   016年1月F   2016 申 建,秦 勇,张春杰,]016,41(1):156j. et of O2 ]. 016,41(1):156j. 1,2,秦 勇1,张春杰1,胡秋嘉2,陈 伟2(苏徐州  221116;北任丘  062552)摘 要:探讨析了沁水盆地不同深度条件下储层参数的变化规律,开展了果显示,煤储层参数随埋深呈非线性变化且各参数显著变化深度具有较好的对应性,存在500 ~600 m,950 ~1 150 此将煤层划分为浅部、过渡、深部三带。随着埋深增加煤储层强非均质向均质转换,即所有参数在浅部较为离散而深部收敛。通过不同深度煤层的入入部、深部逐步递减;注入时间越早和越长,提高采收率效果越显著;要实现深部煤层气采收率显著增加必须保证一定的部键词:沁水盆地;深煤层;收率;封存中图分类号:11     文献标志码:A     文章编号:0253016)01015 修回日期:2015 责任编辑:张晓宁基金项目:国家自然科学基金资助项目(41302131);国家科技重大专项资助项目(2011华北油田分公司博士后资助项目(2013者简介:申 建(1983— ),男,四川遂宁人,副教授,博士。 51626. of O2 ,U . 221116,. 62552,of O2 is of In O2 of to 00m 5050 m. of in in O2 in in of on To an a O2 be O2 等:沁水盆地深煤层注入O2 00 ~2 000 77万亿要盆地埋深2 000 ~ 3 000 47亿由于缺乏适合的增产技术尚难动用。研究显示,煤层煤层注入提高20%煤层气采收率,且对于我国丰富深部煤层气资源开发具有积极意义[5]。 ],至此学界从理论、实验和数值模拟等方面进一步验证了该项技术的可行性[7工业界开展了相关先导性试验,例如1995— 2001年美国圣胡安盆地首次实施了井组程,大约有335 000 t 采收率约增加了18%。随后加拿大在本在国在勃兰登堡州的克尔钦、波兰在国在沁水盆地等亦开展了试验[8,10,16然而,这些工程在实施过程中,或多或少存在问题,理论和实践存在差距,其对我国深部煤储层特点,些因素制约着其增产效果?以及为了实现选区上应该注意哪些关键问题?针对这些问题,以沁水盆地为例,在系统总结沁水盆地不同埋深条件下煤层气储层特性变化规律基础上,通过分类对比模拟研究,探讨我国高阶煤深煤层 深部煤层界定及储层特性1. 1 地质背景沁水盆地为一大型地内部以开阔的短轴褶皱为主,次级褶皱发育为特征,南北翘起端呈箕状斜坡;东西两翼基本对称,西翼地层倾角相对稍陡,东翼相对平缓。断裂以中分布于盆地的西北部、西南部以及东南部边缘,盆地东北部及腹部地带断裂稀少。含煤地层为上石炭统~下二叠统的太原组和山西组。太原组厚80 ~ 130 m,以碳酸盐泻湖要由砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、黑色泥岩、煤和深灰色灰岩组成。山西组发育以滨海三角洲为主的岩相古地理格局,主要由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。整体而言,沁水盆地内部构造简单,且主力煤层顶底板砂岩层连续性差且致密,泥岩层发育较为稳定,封闭性好,注入1)。图1 沁水盆地含煤地层岩性叠置和剖面形态1  of  炭   学   报2016年第41卷3,15号煤层为区内煤层气勘探开发的主要目标层,其中3号煤层厚度介于0. 8 ~6. 4 度大于5 必—沁源以及东部的柿庄—长子—屯留一带;15号煤层厚度介于1. 0 ~5. 0 m,厚度大于3. 5 泽—端氏之间的地带。两个主煤层间距相对稳定,其煤层埋深均从盆地边缘向盆地中心逐渐增加。主煤层埋深最大的区域位于两个地带:一是沁源区块东部和东北部,最大埋深1 600 ~2 300 m;二是郑庄区块北部和沁南区块南部,最大埋深可达1 000 ~1 300 m。3号煤层镜质组最大反射率介于1. 3% ~ 4. 0%之间,平均3. 19%;15号煤层镜质组最大反射率变化范围为1. 1% ~ 3. 8%,平均2. 91%,以无烟煤为主。宏观煤岩类型以光亮型煤和半亮型煤为主,部分地点半暗型煤和暗淡型煤较为发育。煤体结构以原生结构为主,天然裂隙较为发育。主煤层显微煤岩组分以镜质组占优势,3号煤层镜质组含量59. 8% ~93. 1%,平均80. 4%;惰质组含量6. 9% ~35. 2%,平均18. 9%;壳质组含量介于0 ~ 10. 5%之间,平均0. 7%。 15号煤层镜质组含量70. 7% ~92. 5%,平均82. 0%;惰质组含量7. 5% ~28. 4%,平均17. 6%;壳质组含量0 ~ 6. 2%,平均0. 4%。镜惰比高,总体上形成于偏还原环境。1. 2 煤储层参数特性及深部煤层界定煤层气储层相关参数统计结果显示,最小地应力介于3. 3 ~ 23. 7 体随深度增加呈阶跃式变化,在煤层埋深浅于500 m,其值低于10 50 ~950 m,其值低于20 埋深大于950 m,其值多在20 2)。地温介于16. 97 ~40 ℃,随煤层埋深增加呈快速—缓慢—快速增大的变化趋势。储层压力梯度介于0. 15 ~ 1. 12 00 m,随着埋深增加压力梯度趋近于正常压力状态,且浅部压力梯度变化大而深部变化较小(图2)。含气量介于0. 33 ~37. 93 t,随埋深呈现典型三段式分布;当埋深小于500 m,地层压力正效应主导导致煤层含气量升高;当埋深介于500 ~1 000 m,温度负效应增强和压力正效应导致平衡吸附段;当埋深进一步增加地层温度负效应主导煤层含气量降低(图2)。煤层试井渗透率介于(0. 01 ~41. 08)×10埋深增加呈降低趋势,埋深超过600 m,渗透率基本在1×10埋深超过900 m,渗透率低于0. 1×102)。 浅部数据均较为离散,而深部同样趋近一致,暗示了相对浅部,深部煤层吸附能力降低且其更难解吸(图2)。图2 煤储层参数垂向变化特征及分带2  of 着煤层埋深的增加,煤层气储层参数呈现如下变化规律:(1)埋深呈非线性关系,参数显著转折深度具有较好对应性。据此,按照各地质与储层参数外包络线明显转折处,即以500 ~600,950 ~1 150 将煤层划分为浅部、过渡、深部3个带(图2);(2)强非均质向均质转换,即所有参数在浅部较为离散而深部收敛。在“转折”和“转换”双重特殊性作用下,深部煤储层增产改造的方式适应性必然与浅部存在显著差异。851第1期申 建等:沁水盆地深煤层注入1 模拟方案与参数设置为了分析深部条件下煤层注入模拟基于研究区实际储层参数,按照前述及煤层浅部、过渡带及深部等3深度段划分标准进行模拟对比研究。各深度带的储层参数选取采用参数与埋深的关系予以确定(图2),见表1。表1    O2 大过渡带平均/最大深部平均/最大煤层厚度/ m 8. 44/12 8. 36/14 10. 83/16储层压力/ . 76/3 5. 12/7. 8 12. 82/14储层温度/ ℃ 22. 67/25 30. 01/35 36. 68/40含气量/ (7. 74/20 13. 10/30 18. 90/25煤层渗透率/10. 12/15 0. 99/1 0. 01/0. 013(42. 73/55 37. 15/50 42. 79/45. 44 2. 39 2. 43(43. 44/82. 5 38. 51/75 34. 70/67. 5. 15 1. 18 1. 20破裂压力/ . 5/10 15. 1/20 26. 4/30模拟采用101 m×101 注井距为100 m,方形网格且大小2 m。为了防止注入过煤层破裂压力而使得注入的入速率采用双控制,即首先限定注入速率为10 000 准状态,下同)条件下再限定注入井井底压力极大值为该深度下煤层破裂压力(表1)。注入时间按照开井后连续注入1 800 d 后关闭注入井;煤层气排采1 800 始往注入井连续注入 800 d,然后关闭注入井;开井后连续注入 600 d,然后关闭注入井。2. 2 模拟结果与讨论2. 2. 1 深部别采用表1中平均储层参数模拟(图3(a))和最大储层参数(图3(b))模拟显示,深部煤层气储层产气表现为如下特点:①随着排采时间增加,累积甲烷产量增加;②煤层气排采1 800 期生产规律与不注入期由于注入滞了煤层甲烷的解吸,导致在30 其在25 30 开井注入 800 00 期受注入影响后者产气量低于前者,后期者甲烷产量迅速升高,并在17 30 3 不同注入条件甲烷累积产量对比分析3  同深度条件下提高采收率量随着累积达到一定界限后呈缓慢增加趋势(图4)。按照平均储层参数计算,当累积注入量达到约5×107 究区煤层气采收率能够提高20%。图4 不同条件下累积4  O2 得3点基本认识:①较早和更长时间的注入,在同等时间有利于提高采收率;②通过注入提必须要确保一定的注入量;③深部煤储层可较好的实现51煤   炭   学   报2016年第41卷2. 2. 2 不同深度条件下拟了30 2)。由表2结果显示,随着煤层深度增加,30 论采用平均参数还是最大储层参数,浅部带和过渡带注入过渡带注入增产效果优于浅部;3 600 00 d,说明同等注入方式注入时间越长,增产效果越显著;同等注入时间(1 800 d),越早注入增产效果来临越早;深部煤层注入实现显著增产效果其注入量必须要达到一定界限。表2 不同深度条件下30   O2 0 in 参数取值深度不注入 800 00 800 600 9 0 99. 0 33. 2 99. 0 33. 2 99. 0 33. 2过渡带35. 7 0 99. 0 63. 3 89. 2 53. 5 99. 0 63. 3深部0. 5 0 0. 3 3 0. 2 3 3. 6 3. 1最大储层参数浅部89. 9 0 99. 0 9. 1 99. 0 9. 1 99. 0 9. 1过渡带68. 6 0 97. 8 29. 2 96. 9 28. 3 97. 8 29. 2深部0. 8 0 0. 5 3 0. 5 3 1. 9 1. 1图5 不同条件下采出5  of O2 5(a))和最大值(图5(b))模拟预测部和过渡带30 a 04% ~97. 44%,封存在煤层的存在2个递减规律:一是由浅部、过渡带到深部呈递减趋势;二是同等条件注入时间越短百分率越低。综上,最佳注入言之,中高渗透率储层更适合深部煤储层更有利于 结   论(1)沁水盆地构造简单,主力煤层顶底板泥岩层发育稳定,2)储层参数随埋深增加呈非线性变化且由浅部较为离散向深部收敛转换,在500 ~ 600 m,950 ~1 150 应将煤层划分为浅部、过渡、深部3个带。(3)等时间过渡带煤层采收率增加效果最为显著,而要实现深煤层采收率显著增加,4)深部煤储层可实现考文献:[1] 准噶尔盆地彩南地区为例[D]国矿业大学,of ]. 014.[2] 刘成林,朱杰,车长波,]009,29(11):et 等:沁水盆地深煤层注入of ]009,29(11):1303]   ,,. of ]. 014,63(58):584] 周来,冯启言,李向东,]007,35(1):i et of of ]. 007,35(1):95] 朱庆忠,左银卿,— —以沁水盆地南部煤层气藏为例[J]015,35(2):to in BM of a in ]. 015,35(2):1066]  ,. ]. ]. 990:1937] 张松航,唐书恒,潘哲军,]011,36(10):et O2 J]. 011,36(10):17418]   ,. in ]. 011,87(2):499]  . 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