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煤层气储层孔渗性评价研究_何晓辉

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煤层气 储层孔渗性 评价 研究
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辽 河坳陷东部凹陷西自中央凸起为界 , 东至营口 北近沈阳 , 南临渤海 , 总面积3300辽河油田东部凹陷煤层比较发育 ,主要以褐煤 、长焰煤和气煤为主 ,其中煤层最发育的区块有欧利坨子 、小龙湾等地区 ,其煤层主要发育在古近系沙河街组上段 ,并具有埋藏较深 ,分布范围较广 ,厚度较大的特点 。 据统计除了个别井的气测全烃值较低外 ,气测全烃基本都大于 2%,而且大部分煤层的甲烷值较高 ,甚至煤层甲烷值高达 100%。 本文总结了辽河东部凹陷煤层气储层的测井特征 , 利用煤层双孔隙体积模型及达西定律推导出了煤层裂缝孔隙度及裂缝渗透率的计算公式 , 将计算结果与测试结果进行对比 ,吻合很好 ,利用该评价方法可为煤层评价提供可靠的参数 。1 辽河油田东部凹陷煤层气储层的物性及测井特征煤层具低孔 、低渗特征 ,但煤层比表面极大 ,它既是煤层气的源岩 ,又是其储层 。作为一种非常规储集层 ,它有着与常规天然储层明显不同的特征 ,最重要的区别在于煤储层是一种双孔隙岩石 , 即煤层中含有由基质孔隙和裂隙组成的双孔隙系统 。 裂隙是指煤中自然形成的裂缝 。 基质孔隙是煤的基质块体单元中未被固态物质充填的空间 , 由孔隙和通道组成 。 裂隙孔隙的发育对煤层气的运移和产出起决定作用 ,即对渗透率有重要影响 ,而基质孔隙为煤层气主要储集空间 ,影响煤层气的赋存 。因此二者对煤层气的赋存 、运移和产出起不同作用[1]。 因此煤层与常规储层相比具有孔隙度低 、渗透率差的特点 ,系统研究和正确认识煤中的孔隙 , 对煤层气的勘探开发至作者简介 :何晓辉 (1987—),女 ,长江大学应用数学专业在校研究生 ,现主要从事统计分析及测井解释方面的研究工作 。收稿日期 :2011孙常长煤层气储层孔渗性评价研究何晓辉1,赵 荣1,谢立志2(湖北 荆州 434023;山东 东营 257000)摘 要 :通过分析研究大量的辽河东部凹陷煤储层测井曲线可知 ,煤层气储层具有低体积密度 、高声波时差 、高补偿中子值 、低自然伽马值 、高电阻率值等特征 ;煤层孔隙度主要受煤的变质程度 、埋藏深度 、煤层厚度及显微组份等因素的控制 。结合前人工作 ,给出了计算孔隙度和渗透率的方法 。利用 法 ,结合经验公式及达西定律推导得出的理论公式 ,对一些井进行了处理 ,得到了煤层处理剖面图 。 从剖面图上可看出 ,该区煤层的孔隙度和渗透率都很低 ,处理的孔隙度结果与测试结果基本吻合 ; 另外 ,5 号井煤层井段的单相注入压降测试结果表明其计算的渗透率也比较准确 。关键词 :孔隙度 ;渗透率 ;物性特征 ;测井解释中图分类号 : 献标识码 : . 34023;2. 57000)on a of in of is by of to -S s we in in is 煤 炭 地 质F 3 12011第 23 卷 11 期2011 年 11 月文章编号 :1674-1803(2011)11-0052-05关重要 。通过分析研究大量的辽河东部凹陷煤储层测井曲线可知 , 煤层气储层具有低体积密度 、 高声波时差 、高补偿中子值 、低自然伽马值 、高电阻率值等特征 。 但由于煤质以及灰份含量的不同 ,电阻率 、自然伽马等数值都会发生变化 。灰份含量增加 ,自然伽马数值增大 ,电阻率数值减小 。2 煤层孔隙度在煤系地层中 , 煤层的裂缝发育情况与其它岩性的情况不同 ,煤层的裂缝发育情况可分为两种 ,一是与井眼垂直的水平裂缝 ,称之为面割理 ;另一种是与层面裂缝正交或斜交的层间裂缝 ,称之为端割理 。采用双侧向测井[2料和煤层双孔隙体积模型[2,4]计算煤层裂缝孔隙度 。由煤的体积模型 ,煤层可近似看作由碳 、灰和孔隙三部分组成 , 其中孔隙又可分为基质孔隙和裂缝孔隙 (图 1)。 图中 灰的相对体积 ;对于电阻率测井 , 可以把所测的电阻率看成是由碳 、灰 、基质孔隙和裂缝孔隙四部分电阻率并联的结果 ,可写为 :1R=(1)式中 :R——煤层电阻率测量值 ;a,f——分别代表碳 、灰 、 基质孔隙 、裂缝孔隙的电阻率值 。若采用双侧向测井资料 , 可以得到以下两个式子 :1(2)1(3)其中 :浅侧向电阻率值计算公式 。由于煤在原生状态下 ,一般含气饱和度较低 ,而且大部分处于吸附状态 , 因此认为孔隙中较大程度被水充填 ,并假设其含水饱和度约为 100%,由于裂缝中几乎被泥浆滤液充满 , 因此认为其裂缝电阻率应等效于泥浆滤液的电阻率 ,而基质孔隙 ,由于其中一般不含可动水 ,因此认为其不受泥浆侵入的影响 ,又根据阿尔奇公式 ,上面两式又可变换为如下形式 :1(4)1(5)式中 :φa、 灰和基质孔隙的相对体积 ;m 裂缝孔隙的胶结指数 。将上面两式相减并整理得 :φf=1/"1/"1/(6)其中 浅侧向电导率 ,m 当地层水电阻率远大于泥浆滤液电阻率时 ,(6)式又可写为 :φf=[Rm f(1/t)]1/(7)当地层水电阻率远小组于泥浆滤液电阻率时 ,(6)式又可写为 :φf=[)]1/(8)所以要求裂缝孔隙度 φf,可以利用公式 (6)、(7)、(8)求得 。3 煤层渗透率由于基质孔隙主要储集煤层气 , 割理则作为煤层气的流动通道 ,因此 ,所研究的渗透率即指裂缝渗透率 。煤层渗透率的计算主要采用两种方法 :一种是利用 位学者的研究方法 (这里简称 算方法 ); 另一种是利用达西定律推导得出的渗透率公式 。算方法煤层的裂缝是由面割理与端割理组成 , 而层间裂缝计算方法 位学者已经作了很深入的研究 ,在此引用这两位学者的方法[5]进行计算 ,即平行井眼的垂直裂缝C/(4×, (9)其中 :泥浆电导率 ,ΔC=;估算裂缝空间由 hm= 裂缝渗透率由下式计算 :K=(R×F)×06×hf/R×F)×06×φf, (10)图 1 煤层的双孔隙体积模型 等 :煤层气储层孔渗性评价研究53第 23 卷中 国 煤 炭 地 质式中 R、F 为比例因子 ,可以根据各地区统计数据求得或由地区经验得到 ,也可用实验测得 。在辽河东部凹陷地区 ,由实验数据分析取 R×F=0裂缝渗透率计算公式为 :K=f, (11)于达西定律的渗透率计算方法一般认为气 满足达西定律[6]。 由达西定律知 ,煤岩流量的计算公式是 :q=1L。设煤岩有一条裂缝宽度为 b,长度为 L,高度为h 水平裂缝 (图 2),裂缝中的流体在压力差 (动下流动 。 对于裂缝中截面积等于 b′h 的地方 ,压力差 (用在该截面上的驱动力为 :b′h 。流体在裂缝中流动的同时 , 还受到裂缝壁对流体的粘性力 ,流体受到的粘性力可以由下式表示 :式中 :粘性力 ,10——粘性力作用的截面积 A=hL,——裂缝中流体的流速 ,cm/s。假设煤岩中流体以匀速流动 , 那么它所受的驱动力 (粘性力 (加必然等于零 ,即 2=0。 将 2的计算式代入可得 :μ(b′h=0 ,对上式进行积分 ,在裂缝的两边 ,当流体的流速υ=0,b′= :(b′22=可以解出裂缝中流体的流速 υ,υ=(22 2,由于流过单元截面积 于 υ中 则有裂缝的流体流量 q=积分后得到 q=12μL,此式计算的流量为裂缝的理想流量 , 而裂缝的实际流量应等于该流量与裂缝孔隙度的乘积 ,即 :q=1L=1(12)式中 ,Af=bh,即 :(13)由此可见 , 只要已知煤岩的裂缝宽度和裂缝孔隙度 ,即可求出煤岩裂缝渗透率 。煤岩裂缝孔隙度可用双侧向法求得 ,裂缝宽度可用公式 (9)求得 。4 煤层物性变化的控制因素①变质程度对煤层物性的影响 。 东部凹陷下古近系沙三上段煤层虽为低变质阶段形成的褐煤 、长焰煤和气煤 ,但随变质程度的影响 ,煤层物性也有较大的变化 ,具体表现在随 即随变质程度增加煤层孔隙度减少 。②埋藏深度对煤层物性的影响 。 随煤层埋藏深度增加孔隙度表现出较复杂的变化规律 , 总体上是随深度增加 ,孔隙度变小 ,而渗透率随深度增加明显减少 , 从而可以推断煤层孔隙度的变化主要是受煤变质程度控制的 ,而受机械压实作用影响相对较小 ,但对渗透率却有一定的影响 , 这也解释了东部凹陷不同地区煤层物性存在明显差异的原因 。③显微组份对煤层物性的影响 。 在煤的三大显微组份中 ,惰质组的孔隙最为发育 ,孔径也比较大 ,其次为镜质组 ,以微孔和小孔为主 ,而壳质组的孔隙最不发育 。因此 ,煤层中不同显微组份含量的差异直接控制了煤层物性 。④厚度对煤层物性的影响[4,7]。 由东部凹陷不同厚度煤层与孔隙度关系分析 , 煤层厚度与孔隙度并无直接的关系 , 说明煤层厚度对孔隙度没有控制作用 。5 应用分析表 1 为该区 1 号井的高压孔渗实验数据 , 由表1 可知 , 在压力为 , 渗透率为 实际计算相应压力深度处的孔隙度为 渗透率为 以看出计算结果与实验结果比较符合 。在计算裂缝渗透率的过程中 , 采用了两种方法即 :利用 法并结合地区性质得到的经验公式(11)和利用达西定律推导得出的理论公式 (13),表图 2 煤岩裂缝示意图 A of 压力 /通孔隙度 /% 气体渗透率 / 1 号井高压孔渗表 2 号井渗透率计算结果对比表 o.2 m 经验公式法 Kf/论公式法 Kf/30 2 号井利用这两种方法计算的渗透率结果 ,对比可看出两种方法计算的结果基本相符 。同时 ,利用上述方法 ,对一些井的煤层进行了处理 , 从剖面图可看出 , 煤层的孔隙度和渗透率都很低 ,孔隙度一般小于 7%,大部分小于 5%,右 ,一般低于 3 为 3 号井的煤层处理剖面图 ,w,c,别表示渗透率 ,水含量 ,灰分产率 ,碳含量 ,气含量 ,孔隙度 。从图 3 3 号井煤层处理剖面图 of o.3 等 :煤层气储层孔渗性评价研究55第 23 卷中 国 煤 炭 地 质4 结论通过对映秀研究的地震滑坡编图 , 可得到以下结论 :①利用 法进行地震滑坡编图 ,首先需要获取地质 、岩土体物理力学数据 、震监测数据 、滑坡编目图等基础数据 ,并进行矢量化及栅格化处理 ,然后利用 法对每个单元格的变形及位移进行计算分析 ,通过 移与地震滑坡编目图进行对比分析建立边坡失稳概率与移之间的关系 , 建立的关系式用于地震滑坡预测及编图 。②在 件上编写少量程序代码 , 利用法可快速进行地震滑坡编图 , 对地震滑坡灾害发生的概率进行预测 , 为地震应急及灾后重建提供通过科学依据 。③采用合理的参数进行静态安全系数计算非常重要 ,特别是有效内聚力 (c')、有效内摩擦角 (φ')的取值 ,它会严重影响以后的滑坡概率预测成功率 。参考文献 :[1] . . . di J]8 (2000) 271000.[2] . A of on of of by 71994 8 (2000) 251000.[3] in 8 (2002) 735002.[4] of by a 0 (2005) 151005.[5] . 1 (2007) 209007[6] a 9 008.[7] 胡元鑫 ,刘新荣 ,葛华 2 汶川地震映秀极震区地震滑坡编目分析 , of 重庆大学学报 , 可以看出 3 号井的吨煤含气量在 t,渗透率在 右 ,一般低于 孔隙度一般小于 7%。 据处理结果与测试结果对比 ,基本吻合 , 差异主要由于煤层灰分含量不同以及计算拟合公式的相关性较差等造成的 。 由于东部凹陷沙三上段煤层变质程度低 、成岩性差 ,一般很疏松 ,很难进行物性分析 ,这几口井都没有物性分析资料 ,目前 ,全凹陷仅有 2 块煤样品孔隙度测试结果 , 其测试结果分别为 处理的孔隙度结果与测试结果对比基本吻合 。为了更好地评价煤层物性 ,取得其渗透性资料 ,该区曾选择了 5 号井煤层井段进行单相注入压降测试 ,并利用计算机对所得的资料进行处理 ,在首先求取表皮系数 , 确定无污染的前提下求得煤层的有效渗透率为 从此测试结果看所计算的渗透率比较准确 。6 总结及建议①煤气储层具有双孔隙结构 ,低渗透率 ,低孔隙度 ,比表面大 ,既是煤层气的源岩 ,又是其储层 。从测井曲线可知 , 辽河油田东部凹陷煤层气储层具有低体积密度 、高声波时差 、高补偿中子值 、低自然伽马值 、高电阻率值等特征 。②利用煤层双孔隙体积模型推导出煤层裂缝孔隙度计算公式 ; 利用达西定律推导出了计算煤层裂缝渗透率的公式 。 根据所研制的方法编写了相应的解释软件 ,并对有实验分析资料的井进行处理 。③建议在一些重点井 , 考虑加测 核磁 、声 倾角等测井 ,以便于研究煤层的孔隙和割理结构 、力学参数 、地层产状等 。参考文献 :[1] 赵庆波 M]石油工业出版社 ,1999.[2] 测井学编写组 M]石油工业出版社 ,1998.[3] 金燕 ,张旭 J]2002.[4] 葛祥 ,李涛 J]2003,27(2);1295] 欧阳健 石油测井解释与储层描述 [M]石油工业出版社 ,1991:2686] 张建国 ,雷光伦 M]营 :中国石油大学出版社 ,1998.[7] 汤达祯 ,王生维 M]科学出版社 ,2010.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(上接第 48 页 )56
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