煤层气勘探学习.pptx

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1、第一讲 煤层气勘探煤层气勘探：大规模工业性开发之前前的各项工作统称为煤层气勘探阶段。第1页/共77页第一讲 煤层气勘探勘探阶段工作内容：1.煤层气的生产潜力评价地质评价小型测试井勘探测试井勘探评价煤层气资源量计算地球物理测井2.小型试验性开发3.可行性论证第2页/共77页一、地质评价地质评价的主要内容：a.区域地质分析b.储煤层的几何形态c.煤岩和煤质特点 对一个地区进行详细的地质评价，就是从各有关方面搜集资料，对影响煤层气赋存的地质因素，进行深入、全面地分析和评价，圈定具有生产潜力大的区域。第3页/共77页一、地质评价1.区域地质分析 勘探区区域地质分析的内容包括:地层、构造、火成岩、地质发

2、展史及水文地质条件等。第4页/共77页一、地质评价l)地层 重点对煤系沉积基底及其以上地层的层序、岩性组成、厚度、横向变化等特征进行了解。第5页/共77页一、地质评价2)构造 是从宏观上研究认识褶皱、断层的发育、分布规律，重点分析由构造作用所产生的裂隙的发育特征。第6页/共77页一、地质评价 3)火成岩 岩浆侵入活动对煤层有强烈影响。一方面岩浆吞蚀煤层，造成煤层变薄、灰分增高，以至消失;另一方面由火成岩侵入体构成的区域性热力场，使煤层遭受区域岩浆变质及(或)接触变质作用，有利于煤层气的生成。在评价中，应弄清火成岩的时代、性质、产状、规模，对煤层的侵蚀状况以及对煤变质的影响等方面的情况。第7页/

3、共77页一、地质评价 4)地质发展史 从一个地区的地质发展史，或地质事件中，可大体推测可能的煤层气演化形成和资源的开发前景。沉积史决定了煤系、煤层和上覆盖层的形成。这方面的内容主要包括:煤系基底及其以上地层的沉积类型，沉积环境(古构造、古地理、古气候、古植被)及其演化关系。第8页/共77页一、地质评价5)水文地质条件 煤层气井生产的前期大都要对煤层进行排水降压。因为只有当储层压力降低到临界解吸压力之下后才有气体产出。因此水文地质条件在煤层气开发中起着重要作用。第9页/共77页一、地质评价 如果煤层之上有含水层，或者含水层与含煤岩系共生，那么对煤层脱水就十分困难，并有可能使煤层气生产在经济上不合

4、理。如果天然裂隙系统使煤层和(或)含水层联通，也会使排水十分困难。另外，地下水的水质是设计产出水的排放和处理方案时必须考虑的因素。第10页/共77页一、地质评价 具体评价水文地质条件时主要考虑的问题是:目标煤层上、下是否有含水层的存在；是否存在与地表水或其它补给源联通的断层和裂隙；以及地下水的水质(如总矿化度、氯、铁、镁、pH值以及生成水锈的可能性等)。第11页/共77页一、地质评价2.储煤层的几何形态 1)煤层的沉积 煤层沉积的场所是沉积盆地 根据沉积盆地基底运动的性质，可将聚煤盆地划分为两种基本类型:波状坳陷和断裂坳陷。第12页/共77页 波状坳陷：是由地壳拗褶运动形成的，它所形成的含煤岩

5、系的厚度变化比较有规律，多数呈渐变关系。断裂坳陷：是由地壳的断裂运动形成的，它所形成的含煤岩系的厚度变化急剧，沉积相、岩性和含煤性变化也较大，煤、岩层不易对比。一、地质评价第13页/共77页 煤层的形成在很大程度上取决于聚煤盆地的类型和沉积环境。通过分析盆地类型和沉积环境，我们能够大致预测煤层厚度、煤质及有关因素的变化特征。一、地质评价第14页/共77页2)煤储层的几何形态 储层的三维几何形态对煤层气藏的生产特征有重要作用。其中影响最大的因素是地层构造的影响：煤层的连续性 煤层的渗透性 煤基质 天然裂隙系统的分布 这些都受构造和地层变化的影响。一、地质评价第15页/共77页3.煤岩和煤质 煤是

6、有机物质和无机物质混合组成的复合体，煤层是一种特殊的岩层。用三个基本特征描述煤质:品位(代表有机物质与无机物质百分含量)类型(代表各种有机组分)煤阶(代表有机质所达到的热成熟度)。掌握煤成因分类方法有助于研究煤层气的生成。一、地质评价第16页/共77页1)煤岩 从显微煤岩学的角度，煤的组成可分为有机显微组分和无机显微组分两大类：有机显微组分包括镜质组、腐泥组等;无机显微组分按成分和性质分为粘土类，硫化物类、碳酸盐类、硫酸盐类和氧化物类。一、地质评价第17页/共77页2)煤质 煤质是对煤岩的评价指标，它包括（测定煤的水分、灰分和挥发分，以及由计算求得的固定炭）。煤中灰分和水分没有生气和贮气能力，

7、它们降低了煤层的含气量;挥发分受煤的变质程度和煤岩组分的影响。在煤层气评价中，应编制主要目标煤层的灰分和挥发分含量等值线图，以了解它们的变化规律。这类图件对预测煤层的气含量和进行资源量计算是需要的。一、地质评价第18页/共77页3)煤阶 煤阶是煤层气开发项目评价中的一项重要内容。煤阶不同，煤的生气量、吸附能力、裂隙发育程度等均不相同，这些对煤层气的资源量及生产开发都具有极其重要的影响。一、地质评价第19页/共77页二、煤层气资源量计算 煤层气资源量是资源评价和勘探工作的最终成果。它是编制勘探规划、开发方案、能源调配和投资决策的重要依据。不但工程技术人员关心这方面的工作和信息，而且工业界、经济界

8、和管理部门也十分重视它。第20页/共77页二、煤层气资源量计算1.煤层气资源量的含义2.储量计算方法3.块段划分4.参数确定5.采收率第21页/共77页1.煤层气资源量的含义 是指赋存于地下煤储层及其围岩中的甲烷估算量。这些甲烷量在现代技术和经济条件下可提供开采并能获得经济效益。煤层气是一种非常规天然气。二、煤层气资源量计算第22页/共77页二、煤层气资源量计算在实际计算过程中要考虑如下因素：1）应考虑煤层气的赋存特征；2）煤田勘探程度；3）开采技术的有效性；4）开发利用价值等方面的因素。在实际工作中，通常只计算可采煤层(我国一般将厚度大于0.5m的煤层定为可采煤层)而不计算煤层顶、底板及不可

9、采煤层(厚度小于0.5m的煤层)中的气量。第23页/共77页二、煤层气资源量计算 储量与远景资源量 根据相应实测勘探资料和获取的数据参数，进行含气量计算，即，可计算的煤层气资源量称为储量。而根据地质、地球物理、地球化学资料用统计或类比方法所估算的、尚未发现的煤层气资源量称为远景资源量。第24页/共77页 储量和远景资源量的总和称为煤层气总资源量，亦简称资源量。值得指出的是，我国的储量和远景资源量均是地质埋藏量，是指在地层原始条件下，煤储层中的气总量。二、煤层气资源量计算第25页/共77页2.储量计算方法 传统计算储量的方法有:容积法 压降曲线法 产量递减法 类比法 物质平衡法 气藏数值模拟法等

10、。只有容积法和气藏数值模拟法比较适用于计算煤层气储量，而其它方法的误差很大，以致实际上无法应用。二、煤层气资源量计算第26页/共77页 1)容积法 容积法(煤层气含量法)是计算气藏储量的主要方法，其公式为:G=AHDC式中G煤层气(资源量)储量(m3);A计算范围的面积(m2);H煤层厚度(m);D煤层的容重(t/m3);C煤层气含量(m3/t)。二、煤层气资源量计算第27页/共77页二、煤层气资源量计算 如果已知计算范围内的煤炭储量值(M，单位t)，则上述公式可简化为 G=MC 如果能正确地确定气藏采收率(ER)，则可计煤层气可采储量(GR)，即 GR=G.ER第28页/共77页二、煤层气资

11、源量计算2)气藏数值模拟法 数值模拟就是在计算机上用最小差分法模拟煤中流体的贮存、流动的机理和煤储量，从而预测气井的产量动态。第29页/共77页储量计算参数：(1)有效含煤面积(A)(2)煤层厚度(H)(3)煤层容重(D)(4)煤炭储量(M)(5)煤层气含量(C)这里所说的参数实际上是指块段内的参数确定。二、煤层气资源量计算第30页/共77页二、煤层气资源量计算(1)有效含煤面积(A)根据各种勘探资料，在综合分析煤层分布的地质规律和几何形态的基础上，在煤层底板(或顶板)等高线图上圈定并计算出煤储层的有效分布面积。第31页/共77页二、煤层气资源量计算(2)煤层厚度(H)：根据钻探和地球物理测井

12、资料，计算各见煤点的纯煤厚度(厚度不大于0.05M的夹矸层可以不剔除)，然后将块段内各见煤点的纯煤厚度值编制成煤层厚度等值线图，在等厚图上进行加权平均求得各计算块段的平均煤层厚度值;也可在煤层等厚线图上，选取网块中心的厚度值。第32页/共77页二、煤层气资源量计算(3)煤层容重(D)：采用最终的煤田地质勘探报告或(和)生产矿井地质报告提出的容重数据。(4)煤炭储量(M)：-以吨计算 利用矿产储量平衡表上的正式储量数据。当我们在煤矿区和已进行过地质勘探的煤田内计算煤层气资源量时，可利用公式G=MC，采用矿井资料或地质报告上的储量数据。这样，既使数据准确可靠，简化了工作步骤。第33页/共77页(5

13、)煤层气含量(C)：用实测的含量值，并取块段内各点的算术平均值;或者在煤层气含量等值线图上取网块中心的含量值；对于没有实测值的块段，可用类比的原则选用相邻(或相似)块段的值。在实际计算时，要特别注意各种分析“基准”的换算关系，即 C=Cr(100-Mad-Aad)100式中C煤层气含量(m3/t);Cr煤可燃物(即干燥基煤份)(m3/t);Mad煤中空气干燥基水份(%);Aad煤中空气干燥基灰份(%)。二、煤层气资源量计算第34页/共77页5.采收率ER 煤层气采收率是指在某一经济界限内，在现代工艺技术条件下，可以从煤层气藏的原始地质储量中开采出来的气量的百分数。在利用公式GR=G.ER计算煤

14、层气可采储量时，必须确定采收率(ER)。影响采收率的因素很多，既有自然条件的作用，也有人为因素的影响。确定煤层气采收率的途径有多种，主要有类比法、利用等温吸附曲线法、气藏数值模拟法等。二、煤层气资源量计算第35页/共77页二、煤层气资源量计算l)类比法 类比法是利用已开发的煤层气藏的采收率的经验值，考虑到具体的地质特征和工程条件，用类比的方法近似地确定煤层气采收率。在应用类比法时应注意可类比性:(1)类比的气藏应该是开采历史较长、生产正常的，其采收率是准确可靠的;(2)气井间距基本上一致;(3)气藏的渗透率等储层条件是基本类似的。第36页/共77页 2)根据等温吸附曲线确定采收率 对于所评价的

15、煤层气藏，如果已实测了煤的等温吸附曲线，那么就可以利用这条等温吸附曲线、废弃压力和原始气含量等数据来估计采收率。这种方法的主要不足之处是对废弃压力的值很难准确地确定。废弃压力不但取决于煤储层的性质，而且还与经济条件、气藏生产历史等因素有关。二、煤层气资源量计算第37页/共77页二、煤层气资源量计算 3)气藏数值模拟 用气藏数值模拟方法确定采收率，需要用气藏初始性质的测定(或估算)值预测未来的一口“平均井”的产量随时间的变化曲线，从而确定采收率。用这种方法还可以进行如下工作：估计储层特征(如裂隙系统的绝对渗透率、气含量 等温吸附性能等)、人为因素(如井间距、强化增产措施效果)的影响 开采历史等对

16、煤层气采收率的影响结果，进行相关因素的敏感性分析等。第38页/共77页二、煤层气资源量计算 4 有利区块选择 在选择勘探、开发煤层的有利区块时，应考虑因素：煤厚、煤阶、气含量、渗透性、埋藏深度和构造条件。每个方面的理想条件是:(1)煤层：单层厚度1.5m;(2)煤阶：中一高变质烟煤，即气煤到瘦煤;(3)气含量：8.0m3/t;(4)渗透率：1.0 10-3um2;(5)埋深：3001000m;(6)构造：地质构造提高了渗透性的地区。第39页/共77页第40页/共77页三、测试井勘探评价 在地质评价的基础上，选择具有开发潜力的地区，布置施工一些单独的煤层气测试井。利用这些测试井进行勘探评价，其目

17、的：1.直接获得煤层厚度、质量、气含量等重要参数，以尽可能详细地确定煤层气资源量;2.进行试井(包括地层测试和生产试验)，以便初步评估煤层气资源的生产潜力。第41页/共77页三、测试井勘探评价1 测试井施工的一般要求 取心率要求 测试井应在主要含煤层段进行取心，岩心采取率一般不得低于80%，煤心采取率要达到90%，且层位要准确。为了较精确地进行气含量测定，应尽可能快地将煤心从井下提到地面，在条件允许的情况下，优先使用绳索取心钻探方法。第42页/共77页绳索取心的实质第43页/共77页二、绳索取心钻具的优缺点1.优点:纯钻进时间长 岩心采取率高 钻头寿命长 孔内事故少 工人劳动强度低 取心速度快

18、 钻杆可做套管第44页/共77页SM-2绳取钻具第45页/共77页第46页/共77页三、测试井勘探评价孔斜要求 为了获取高质量的数据，钻井的井径应规整，尽可能避免扩径和缩径现象;每百米孔斜不能超过10。第47页/共77页稳定钻具措施第48页/共77页三、测试井勘探评价 泥浆要求 钻井液类型及性能要求严格，既应尽可能低地污染伤害煤储层，所形成的泥皮的强度不能高，同时又必须确保孔壁稳定，避免孔垮落。从不伤害煤储层的角度，在煤层段应采用清水钻进。第49页/共77页三、测试井勘探评价2 数据采集 数据采集工作包括下列几个方面:(1)通过地质编录和地球物理测井手段，确定煤层深度、煤层厚度及结构、井径和井

19、斜、井温(进行拟稳态测温确定煤储层温度)。第50页/共77页三、测试井勘探评价(2)对目标煤层(段)采集全岩心煤样，进行解吸试验，确定气含量(损失气、实测气、残留气)、气成分、吸附时间。第51页/共77页三、测试井勘探评价 (3)对目标煤层采集完整的全岩心煤心样品，a进行裂隙观察描述与统计、b宏观煤岩类型描述及显微煤岩分析、c镜质体反射率测定、d煤质分析(工业分析和元素分析)。第52页/共77页三、测试井勘探评价(4)对主要目标煤层样进行等温吸附试验：确定等温吸附曲线、Langmuir(郎格缪尔)体积、Langmuir压力、扩散系数。第53页/共77页三、测试井勘探评价(5)对主要目标煤层进行

20、地层测试：确定煤储层压力、渗透率、表皮系数、原地应力。第54页/共77页三、测试井勘探评价第55页/共77页三、测试井勘探评价3 测试井试气 进行测试井试气的目的是定性地评价目标层段的生产潜力。在数据采集后，在试验、分析的基础上，对测试井实施增产强化措施(如果有必要的话)，进行采气试验。第56页/共77页三、测试井勘探评价 一般情况下，测试井都是单井试验，不会有井间干扰的影响，所以测试井的产气动态不能代表气田大规模开发后的动态。因此，测试井一般都只进行短时期的产气试验(2周6个月)，这种试验可评价煤层的渗透率，比试井所获得的渗透率更客观。第57页/共77页三、测试井勘探评价4 数据评价 在数据

21、采集和产气试验的基础上，利用煤层气藏模拟系统，对有关数据和生产试验结果进行历史拟合，从而对每个主要目标层段建立起完全的储层描述。第58页/共77页三、测试井勘探评价 这些经过历史拟合“校正”过的储层描述，可用来评估每口测试井附近地区煤层气藏的开发潜力。如果评估结果能显示某地区具有较高的经济开发潜力，就可以考虑进行小型试验性开发，以进一步评价该地区的生产潜力。第59页/共77页四、小型试验性开发 地质评价和测试井勘探评价资料如果显示有利于开发，就要设计并实施小型试验性开发。由于煤层气生产的变化性很大，并受井间干扰的强烈影响，所以试验性开发井应布置成井网(如方格网式、三点式或五点式)，以便较准确地

22、评价煤储层的生产潜力。第60页/共77页四、小型试验性开发 小型试验性开发的主要目的是：1确定目标层段气体的可采性，2进一步证实测试井所获得的气含量和渗透率数据。第61页/共77页四、小型试验性开发第62页/共77页四、小型试验性开发1 试井 在2-3口井中对主要煤层段采取煤心。以便实测气含量和等温吸附特征，进行煤质分析。这些资料也可用来建立标定测井曲线的数据库。以便在未来工业性开发井中利用测井曲线对关键的储层参数进行评估。第63页/共77页四、小型试验性开发 至少在1口井中对主要目标层段进行试井和原地应力试验，以获得渗透率和压裂设计所需要的力学性质参数。同时，在1-2口井中进行压裂后试井，以

23、便定量评估压裂效果。第64页/共77页四、小型试验性开发2 采气试验 采气试验的目的是从试验井中获得有用的产量数据。采气试验持续的时间大致为6-12个月，或者直到产生明显的井间干扰效果。为了能收集到有意义的数据，保持作业的连续性和尽量减少停顿及间断是十分重要的。需要收集的数据有产量、流动压力和液面高度。第65页/共77页四、小型试验性开发3 试验性开发数据评价 试井和采气试验所获得的数据将用子建立一个经过“校正”的气藏模型。这个模型能精确地代表被试验的气藏特征。在此基础上可以进行参数分析，评估气藏特征变化对产量的影响。第66页/共77页四、小型试验性开发1)试验性开发数据的历史拟合 利用气藏模

24、拟软件系统为潜在的开发区建立一个完善的气藏描述，用于规划一个项目的工业性开发。通过对试验井网数据的历史拟合，可以对难以确定的气藏参数进行估计，从而使我们能够精确地预测气井产量的长期动态。上述难以确定的气藏参数包括:渗透率及其不均一性，相对渗透率及其变化，联通裂隙系统的孔隙度、孔隙压缩系数和原始水饱和度。第67页/共77页四、小型试验性开发2)参数分析 用校正过的气藏描述和试验井周围地区主要储层性质的分布特征进行参数分析。参数分析又叫敏感性分析，其目的是对预期的气、水产量范围进行划分归类，评估主要储层性质的变化对未来气井生产动态的影响。第68页/共77页四、小型试验性开发主要步骤是:(1)确定能

25、代表气藏总体面貌的一组参数，即“基本情况”(2)挑选可变化的参数，应着重于对煤层气井生产动态有 明显影响的那些参数，包括:渗透率、气含量、控制 面积、强化效果(如水力压裂裂缝长度)和纯煤厚度;(3)对每一个敏感性参数，选择2-3个值，并将其归入基本 情况的参数值之中;(4)对每一种参数情况进行模拟;(5)将各种参数情况的模拟结果用图示的方式反映出来 (如预计气产量与各个渗透率变化值之间的关系图，等)。第69页/共77页四、小型试验性开发4 工业性开发设计 一旦根据小型试验性开发确定了给定气藏的生产潜力，就可以设计并实施工业性开发。通过对测试井和试验性开发井网所获得的数据的历史拟合，可建立起完善

26、的气藏描述。利用这些“校正过”的气藏模型，就可以设计工业性开发，并提供设计主要生产设备所必需的数据。第70页/共77页四、小型试验性开发在工业性开发设计中主要涉及的问题有:1气井间距优化 2增产强化措施设计 3生产设备设计 4气体集储及气体压缩系统设计，5开发期间进行的试验项目设计(其目的是为了获得对开发井进行评价所必需的数据和计算开发井的储量)。第71页/共77页五、地球物理测井技术的应用地球物理测井，简称测井。主要有:1）以测定岩石电学性质为基础的电测井，2）以确定岩石核物理性质为基础的放射 性测井，3）以研究岩石声学性质为基础的声测井 4）以确定井内岩层实际性质的井内技术 测井。第72页

27、/共77页五、地球物理测井技术的应用主要测井类型：1.裸眼井测井2.套管测井第73页/共77页五、地球物理测井技术的应用裸眼井测井：密度测井、自然伽马测井、中子测井、视电阻率测井、侧向测井、微电极测井、自然电位测井、声波测井、井温测井、井径测井等。第74页/共77页五、地球物理测井技术的应用套管测井：中子测井、自然伽马测井、水泥胶结测井、井温测井、流量测井、流体密度测井、钻孔电视测井等。第75页/共77页五、地球物理测井技术的应用 测井的作用：1能有效地识别煤层；2对煤层的煤质及渗透性的进行评价;3对地层的力学特性的确定等能提供完整的资料。4对正确评价煤层气储藏的特性提供指导 4 对钻井和完井设计提供指导 5对煤层气开发论证及之后的开发具有重要指导第76页/共77页感谢您的观看！第77页/共77页