章 緒論

節 研究意義

第二節 研究現狀

一、煤儲層富集高滲的研究現狀

二、煤儲層幾何模型研究現狀

三、煤層氣產氣潛力評價研究現狀

四、煤層氣井排采過程物性參數變化研究現狀

五、煤層氣垂直井排采控制研究現狀

第三節 研究方案

一、主要研究內容

二、研究方法與技術路線

三、預期目標

第二章沁東南地區煤層氣富集特征及其控制作用

節 沁東南地區地層與含煤地層

一、沁東南地區主要地層

二、沁東南地區含煤地層與煤層

第二節 沁東南地區3# 煤層含氣性特征

一、沁東南地區3# 煤層埋深變化特征

二、沁東南地區3# 煤層變質程度分布特征

三、沁東南地區3# 煤層厚度分布特征

四、沁東南地區3# 煤層含氣量分布特征

五、沁東南地區3# 煤層資源豐度分布特征

第三節 沁東南地區3# 煤層煤層氣富集的控制作用及富集模式

一、埋藏史、熱史及構造演化史對含氣總格局的控制作用

二、水動力環境對煤層氣富集的再分配作用

三、沁東南地區煤層氣富集模式

第三章沁東南地區煤儲層滲透率特征及其控制作用

節 沁東南地區煤儲層孔隙結構特征

一、煤儲層孔隙結構研究的主要方法

二、沁東南地區孔隙結構特征

三、沁東南地區孔徑分布的分形特征

第二節 沁東南地區煤儲層裂隙結構特征

一、煤儲層裂隙結構研究的常用方法

二、沁東南地區煤儲層裂隙結構特征

第三節 沁東南地區煤儲層滲透性特征

一、沁東南地區煤體結構分布特征

二、沁東南地區煤儲層滲透率特征

第四節 沁東南地區煤儲層滲透率的主控因素

一、埋藏史、構造史對煤儲層滲透率的影響

二、應力-應變-滲透率與煤體結構的關繫

三、沁東南地區煤儲層滲透率的主控因素

第四章沁東南地區煤儲層排采潛力類型及排采階段劃分

節 煤儲層排采潛力等級劃分思路及指標確定

一、煤儲層排采潛力類型劃分的基本思路

二、煤儲層排采潛力類型劃分關鍵指標的確定

第二節 研究區煤儲層排采潛力類型劃分

一、研究區煤層氣富集等級劃分

二、研究區煤儲層能量等級劃分

三、研究區煤儲層導流能力強弱等級劃分

四、研究區煤儲層排采潛力類型劃分

五、研究區煤儲層改造工藝選型

第三節 煤層氣的產出過程

第四節 煤層氣井排采階段劃分

一、基於流態的煤層氣直井排采階段劃分

二、基於現場生產特點的煤層氣直井排采階段劃分

第五節 煤層氣井排采過程中壓力傳播變化規律

一、煤層氣井排采時邊界確定原則

二、水力壓裂時的裂縫形態

三、排采過程中壓力傳遞變化規律

第五章煤層氣直井產出過程有效應力變化規律

節 原始狀態下煤儲層有效應力變化的數理模型

一、煤儲層幾何概念模型

二、煤儲層有效應力繫數的表征

三、原始狀態下煤儲層有效應力變化的數理模型

第二節 排采過程中煤儲層有效應力變化的數理模型

一、單相水流階段煤儲層有效應力變化的數理模型

二、氣/水兩相流階段煤儲層有效應力變化的數理模型

第三節 沁東南地區煤層氣直井產出過程儲層有效應力變化規律

一、煤儲層所受有效應力數理模型驗算

二、不同煤儲層參數下有效應力變化規律

三、產出過程儲層所受有效應力的變化規律

第六章沁東南地區煤層氣直井排采過程煤儲層基質應變特征

節 排采過程煤基質應變變化數理模型構建的基本思路

第二節 排采過程中煤體力學主要參數變化規律

一、排采過程中煤體、基質彈性模量變化的數理模型

二、煤儲層力學性質變化驗算

三、原始狀態下煤體力學主要參數變化規律

四、排采過程中煤體力學主要參數的變化規律

第三節 排采過程中煤體基質變形數理模型

一、單相水流階段煤基質變形的數理模型

二、氣/水兩相流階段基質變形數理模型

第四節 沁東南地區煤層氣井產出過程煤儲層應變特征

一、煤體基質變形數理模型驗算

二、不同煤儲層參數下解吸變形變化規律

三、沁東南地區煤層氣井產出過程儲層變形特征

第七章沁東南地區煤層氣直井產出過程儲層滲透率變化規律

節 排采過程中煤儲層滲透率變化數理模型

一、單相水流階段煤儲層滲透率變化數理模型

二、氣/水兩相流階段煤儲層滲透率變化數理模型

第二節 沁東南地區煤層氣井產出過程儲層滲透率變化規律

一、煤儲層滲透率變化數理模型驗算

二、原始狀態下不同儲層參數下滲透率變化規律

三、排采過程中煤儲層滲透率的動態變化規律

四、不同儲層條件下滲透率變化規律的差異

第八章沁東南地區煤層氣直井的排采控制

節 煤層氣直井的排采特點

第二節 煤層氣直井的排采繫統及施工

第三節 煤層氣直井排采對產能的影響及控制參數

一、排采工作制度制定的基本原則

二、排采效果的主要影響因素

三、排采時需要控制的參數

第四節 不同排采儲層類型煤層氣直井排采工作制度制定

一、中-高滲中硬煤層狀儲層排采工作制度制定

二、低滲軟煤層狀儲層排采動態變化特征

三、中-高滲中硬塊狀儲層排采動態變化特征

四、低滲軟煤塊狀儲層排采動態變化特征

第五節 不同排采儲層類型煤層氣直井典型排采曲線

一、中-高滲中硬煤層狀儲層典型排采曲線分析

二、低滲軟煤層狀儲層典型排采曲線分析

三、中-高滲中硬煤塊狀儲層典型排采曲線分析

四、低滲軟煤塊狀儲層典型排采曲線分析

參考文獻

我國煤層氣資源豐富,全國埋深2000m 以淺煤層氣資源量為36.81萬億立方米。開發利用我國豐富的煤層氣資源,可有效地增加高效潔淨能源供給,減少煤礦甲烷直接排放量,有效緩解溫室效應,同時有望從根本上遏止礦井瓦斯災害、改善煤礦安全生產條件。

我國經過30多年的煤層氣勘探開發,消化、借鋻國外成功經驗,充分考慮我國煤儲層特殊性,初步形成了針對不同煤儲層類型的開發技術體繫。2014年,全國地面煤層氣產氣總量為36億m3,是2010年產氣總量的2.3倍。但不同地域、不同層位、同一地區的不同井型、相同井型之間產氣量差異較大。究其原因,煤層氣產出是地質屬性與工程誘導耦合作用的結果。我國多期構造疊加、構造熱事件的耦合作用造成煤層氣生成環境、儲集空間的特殊性,昭示著我國煤層氣開發的地質屬性在小範圍內也可能存在較明顯的差異。我國不同礦區之間和同一礦區內部煤層氣資源時空匹配的復雜性、多解性決定了僅從宏觀、中觀角度研究煤層氣開發地質屬性的局限性。煤層氣產出過程是在人為干預下的誘導作用,地質屬性的差異性、人為干預方式及時間等的不同引起誘導過程煤層氣產出的關鍵參數主控因素的變化,終導致煤層氣井產氣量的明顯差異。進行小範圍內煤層氣開發地質屬性的精細診斷,查明小範圍內煤層氣產出過程煤儲層參數的變化規律,制定出針對不同產氣特征的合理的排采工作制度是煤層氣井產氣化的重要保障。

本書正是基於此種狀況,既考慮煤儲層地質屬性的差異性,同時更注重排采過程煤儲層關鍵參數的動態變化。作者以影響煤層氣直井產氣量的主要參數之一———滲透率為主線,以沁東南地區為研究對像,繫統分析了研究區富集高滲的控制因素,劃分了排采儲層類型潛力,得出了不同儲層屬性下排采過程煤儲層基質、有效應力、滲透率的動態變化規律,提出了不同儲層類型下的排采工作制度。

該書以沁東南地區煤儲層富集滲透特征為基礎,分析不同儲層地質屬性下關鍵參數的動態變化規律。緊密結合現場生產實際,提出了排采過程中“回升繫數”、“層狀儲層和塊狀儲層”等概念,量化了不同煤層屬性下滲透率變化差異,提出了具有可操作性的不同排采階段的排采工作制度。本書內容豐富,數據翔實,深信本書的出版對我國煤儲層參數的動態變化及排采工藝深入研究將起到積極的推動作用,對從事煤層氣地質及勘探開發的科技工作者及現場工作人員具有很高的參考價值。

中國工程院院士

2015年2月