2009年度成果交流会纪要

PAGEPAGE13国家重点基础研究发展计划（973计划）高丰度煤层气富集机制及提高开采效率基础研究简报中国石油勘探开发研究院“高丰度煤层气富集机制及提高开采效率基础研究”项目办公室煤层气973〔2009〕第9期总第9期“高丰度煤层气富集机制及提高开采效率基础研究”2009年度成果交流会纪要会议概况为了检查各课题一年来的研究进展，并按照国家科技部要求做好项目的年终总结工作，2009年11月17-18日，国家重点基础研究发展计划“高丰度煤层气富集机制及提高开采效率基础研究”2009年度成果交流会在北京九华山庄召开。会议由首席科学家宋岩教授主持，国家科技部基础研究管理中心闫金定博士，项目跟踪专家郭尚平院士、彭苏萍院士、黄素逸教授、罗治斌教授、王慎言教授、贝丰教授、成玉琪教授、唐修义教授、徐永昌教授、刘雯林教授、钱凯教授和张新民教授以及各课题负责人和科研骨干共70余人参加了会议。会议按照“各课题负责人汇报研究进展，专家组提出问题和建议，首席科学家总结并提出下步工作安排”的方式进行，会议总结和交流了一年来的研究成果，深入探讨了各课题研究中存在的问题，提出了相应的意见和建议，明确了下一步研究的工作重点，有效指导了课题的研究工作，并为项目和课题的年终总结理清了思路专家组建议和意见跟踪专家组认真听取了各课题汇报，针对课题研究过程中存在的问题和不足进行了深入探讨，并提出了相应的意见和建议。01课题：高丰度煤层气富集区形成机理02课题：高丰度煤层气富集区分布规律与预测评价1、01课题和02课题中评估前典型高丰度煤层气富集区的研究范围：重点是沁水盆地南部，主要研究沁南地区不同区块的差别，鄂尔多斯、阜新等其他盆地可以做一些工作，但不是重点。2、01课题和02课题要做好分工和协调工作，两者的分工体现在以下三个方面：（1）01课题主要研究富集区参数与煤层气富集的关系、各参数的变化特征与控制因素分析，参数研究时把国内外不同煤阶、不同区块的参数取值与变化一起考虑，不受重点解剖区的限制；02课题主要研究参数的应用与评价体系的建立。（2）从研究范围上看，01课题主要是点上的研究，02课题研究侧重于面上的工作。（3）01课题主要研究高丰度煤层气富集区的形成机理，中评估前主要是沁南和阜新高丰度煤层气富集区的形成机理和形成模式；02课题主要研究富集区的分布规律、控制因素及分布预测。3、关于数据的统计、整理和应用意见：渗透率、产量等参数取值变化都很大，要合理筛选数据，把不同地质背景和开发条件影响因素考虑进去，去伪存真。03课题：高丰度煤层气富集区地球物理识别1、地球物理工作要与地质工作结合起来，建议选择沁南两块高丰度煤层气富集区做解剖工作，地球物理预测要有生产井的标定和验证。2、加强岩石地球物理属性分析工作，突出属性分析与高丰度富集区参数的关系，数值模拟要与属性分析、物理模拟结合起来。3、叠后分析要从叠前分析做起，叠前分析为叠后分析提供科学依据。4、考虑弱方向性对地震响应有哪些影响。04课题：煤层气开发储层动态地质效应1、围绕主线和课题任务书内容开展工作，舍弃不相关的内容，如CO2和CH4的吸附研究等。2、实验室工作要与开发现场分析结合起来。3、近期工作重点：（1）由沁南地区煤储层研究转到高丰度富集区储层的研究，例如现场产量曲线分三类，这三类储层物性的静态特征与动态变化如何？（2）开发过程中物性变化，做好现场分析，结合现场分析集中做几组物理模拟实验。4、核磁用于物性和吸附的研究，要进一步调研方法的适用性和应用效果。05课题：煤层气解吸、渗流机理及排采效应1、紧密围绕课题任务书开展工作，抓住重点，突出有效的技术手段。2、现场分析做得较好，要进一步加强与创新成果的结合，目前两者联系较差。3、创新认识关键词“三级渗流”建议改为“三级流动”，分别对应于管流、渗流和扩散流。主要研究不同流动发生的条件、机制与控制因素，要有现场分析、实验、数值模拟与物理模拟支持，形成创新成果系统性的认识。06课题：煤层气开发井间干扰机理与开发方式优选1、注意与05课题的分工协作，05课题研究对象为单井，06课题研究对象为多井。数学模型的建立、单井数值模拟、物理模拟的工作由05课题做。2、课题工作重点是不同地质背景下井网和开采效率，把现场的井间干扰与井网结合起来，工作目标是根据不同地质条件求合理的井网间距。3、压力传递规律和井网间距研究注意煤储层非均质性和开采方式的变化，要考虑不规则非等间距的井网，条件许可还要考虑开采的经济因素。07课题：提高煤层气开采效率的储层改造基础研究1、目前研究的面太广，建议围绕课题任务书，集中力量解决关键问题。2、研究重点要从生产现场转到机理的研究，如重复压裂的裂缝形成机理是什么、与一次压裂有什么不同、重复压裂是否就是解堵等。3、压裂裂缝的展布规律、造缝机理和导流实验研究要建立在不同类型煤储层、不同地质背景（如顶底板等）、不同压裂方式（如水平井分段压裂等）基础之上，不要泛泛地谈。4、压裂的物理模拟实验成功率较低，数据的说服力也弱，建议考虑一些其他的实验方法。5、在压裂工艺上，能否考虑电火花震源方式，支撑剂能否考虑除常规支撑剂以外的纤维型等其他防镶嵌型支撑剂。08课题：煤层气开发多分支水平井控制机理主要问题：（1）现场结合弱,没有发挥承担单位优势；（2）成果主要是现象，没有上升到机理和规律的高度。建议如下：1、研究要与现场资料结合，发挥课题承担单位生产资料丰富的优势，高校协作单位有一个固定的任务，侧重于机理研究方面，做到承担单位与协作单位的优势互补。2、煤粉的形成机理和迁移规律要与现场结合起来，不能只是模拟实验研究，注意现场不同的地质背景（如地应力等）、不同水井平结构、不同的压裂方式、不同的排采制度下煤粉形成机理与迁移规律的差异性，做好现场资料的分类和统计分析工作，在此基础上形成规律性认识，提出机理和控制因素。室内模拟实验的工作要紧密结合现场条件。3、突出课题的研究重点：一个是煤粉形成机理与迁移规律，一个是井壁稳定性与水平井优化设计。课题的最终目标是水平井钻井和排采制度的优化设计。会议总结国家科技部基础研究管理中心闫金定博士在认真听取课题汇报之后，对项目研究工作提出几点建议和要求：（1）滚动项目要提高起点，要在总体目标上建立完整的理论体系，并将具体工作纳入到这个理论体系中；（2）项目研究要深入，认识要提高，实现理论突破和创新；（3）加强项目内部的交流与合作；（4）认真参考专家组的意见和建议，切实体现到年度总结报告中。各课题成果汇报后，项目跟踪专家对项目下步工作提出了相关的建议。最后，首席科学家宋岩教授对会议进行了总结，认为本次会议达到了“相互交流，发现问题，纠偏回正，理清思路，明确重点，督促进度”目的。各课题基础工作扎实，研究取得较大进展。针对项目存在的问题，结合专家组的建议，对课题的研究工作提出了要求1、各课题要认真梳理中评估的理论要点和预期成果，会后形成文字材料。2、地质相关课题（01、02、03）需要转变研究思路，明确高丰度富集区的含义，缩小研究尺度，暂时以高产区作为刻度区，重点是对沁水盆地南部进行解剖分析，加强高产区与低产区的对比，后期注重研究富集区预测。3、开发相关课题（04、05、06、07、08课题）要注重方法总结和应用，注意与现场的结合，特别是生产单位承担的课题。其中04、05课题主要侧重于开采基础研究，06、07、08课题主要侧重于开采效率研究。4、课题研究过程中，要注重现场资料、模拟实验和理论研究的衔接；要注意方法和技术的形成，从现场、实验研究到方法技术形成，再到应用和效果，尤其是地球物理和开发相关的课题要注意这一点。5、课题长要认真负责，加强课题组织管理和内部协调，将课题的研究力量集中到与任务书相关的研究主线上来。各课题中期评估预期成果、实施方案与应用效果会后，各课题根据项目跟踪专家和首席科学家的意见，围绕课题任务书，提出了中期评估的预期成果，形成了实施的技术路线，并提出了预期现场应用效果。具体如下：01课题：高丰度煤层气富集区形成机理（1）预期成果揭示不同类型高丰度煤层气富集区参数与煤层气富集的关系；提出沁水盆地南部（高煤阶）和阜新盆地（低煤阶）高丰度煤层气富集区形成机理与形成模式。（2）实施方案选择国内外典型煤层气开发盆地（美国圣胡安、粉河、黑勇士等，中国沁水盆地、鄂尔多斯盆地、阜新盆地），对比研究富集区资源量、资源丰度、资源可采参数与煤层气富集高产的关系（主要考虑同一开发方式下的煤层气产量），探索各参数的变化特征，并分析各参数变化的控制因素，条件成熟时可建立不同类型煤层气富集区的评价标准。重点解剖沁水盆地南部和阜新盆地煤层气富集特征，通过对不同区块煤层气含量、煤层气产量、气体组份、碳同位素组成、水矿化度和离子成份、水氢氧同位素、高产区煤储层渗透性等参数特征分析，结合物理模拟实验，揭示高丰度煤层气富集区形成机制和形成模式。（3）预期现场应用效果通过资源量、资源丰度、资源可采参数与煤层气富集高产的关系为02课题提出煤层气富集区的标准奠定基础，通过富集区形成机制和形成模式为富集区预测（02课题）提供科学依据。02课题：高丰度煤层气富集区分布规律与预测评价（1）预期成果提出沁水盆地南部高丰度煤层气富集区分布规律和主控地质因素；建立适合高变质煤盆地的高丰度煤层气富集区评价指标体系。（2）实施方案全面收集沁水南部煤层气勘探开发资料，包括气井产能、开发技术、工艺，以及煤层气地质条件，储层特征等；研究沁水南部高丰度富集区的各类参数空间变化特征，分析煤层气高产井分布、煤层发育、煤层厚度、含气量、渗透率等主要参数的分布特征，绘制相关图件；研究沁水南部煤层气井产能分布规律；结合气井产能分布规律，综合分析影响气井产能的控制因素；根据气井产能控制因素和目前产能分布状况，圈定沁水南部高丰度富集区。研究沁水南部的区域和局部构造、煤变质、岩浆活动和水动力系统分布与高丰度煤层气富集区分布的关系，分析地质因素对高丰度煤层气富集区形成的影响；采用区域构造应力场、水动力场和热力场分析方法，阐明沁南富气带高丰度煤层气富集区的主控地质要素及对高丰度煤层气富集区分布控制作用。以煤层气地质理论为基础，采用地质类比法和数理统计法界定沁南高丰度煤层气富集区主要参数的取值范围；与01课题密切合作，详细分析我国高变质煤盆地的高丰度富集区关键因素，结合层次分析、灰色关联分析非线性方法，筛选出控制我国较高渗硬煤条件下高丰度煤层气的主控参数；在查明沁南高丰度煤层气富集分布规律的基础上，建立多层次多因素的非线性高丰度煤层气富集区综合评价模型，对沁南煤层气富集带的高丰度煤层气富集区进行综合评价。（3）预期现场应用效果以沁南地区高丰度煤层气富集区为研究基地，通过研究揭示出此类地区高丰度煤层气富集区分布规律和赋存特点，提出相应的评价指标对评价我国高煤阶煤盆地煤层气高丰度富集区选区、煤层气储量增长具有指导重要意义。03课题：高丰度煤层气富集区地球物理识别（1）预期成果以沁水盆地南部为解剖区，建立高丰度煤层气富集区多种地球物理信息融合预测方法，并对沁水盆地南部高丰度煤层气富集区进行预测。（2）实施方案沁水盆地煤地震弹性各向异性研究主要通过以下技术路线实施：样品采集：煤样取自沁水盆地的晋城矿务局或潞安矿务局南部矿。采样要求：在矿井下新揭露的工作面上，采取边长大于20cm，且规则的大煤块，用黑塑料袋包装，再用宽胶带包扎好，运送到地面，数量30块以上。样品加工：煤样加工成圆柱、特殊性体状，实际大小取决于测试单位的测试要求决定。测试内容：饱含气（瓦斯）、不含气时的测试煤样多方向纵横波速度、密度、孔隙度以及结构等；在饱含气（瓦斯）时在不同围压（假三轴）下测试多方向纵横波速度、密度，弹性模量；其它物性与化学成份分析测试；在可能情况下通过透射测振幅的变化（待定）。煤层气富集区叠前、叠后地震响应特征的研究通过以下技术路线实施：根据沁水盆地典型矿的地震地质模型，采用有限差分等方法研究叠后响应，研究以Gray近似方程为基础的三参量AVO反演方法，进而研究介质地震响应特征（、、）。（3）预期现场应用效果高丰度煤层气富集区多种地球物理信息融合预测方法在沁水盆地南部得到现场验证。04课题：煤层气开发储层动态地质效应（1）预期成果总体预期成果为揭示高丰度煤层气富集区开采过程煤储层渗透率变化规律及机理。中评估前，针对沁水盆地南部高煤级煤储层特点，基本形成“高煤级煤储层渗透率弹性应变效应及其产能控制作用”阶段成果，着力解决：有利煤储层物性发育机理及预测方法和煤层气开发过程渗透率诱导变化。（2）实施方案有利煤储层物性发育机理及预测方法主要通过以下技术路线实施：通过核磁共振、CT扫描等方法，对沁南高煤阶煤储层进行精细描述，结合示范区排采生产资料，分析煤层气开发过程中煤储层动态变化效应。煤层气开发过程渗透率诱导变化主要通过以下技术路线实施：将现场排采历史记录与实验室模拟结果相结合，开展并加强测井、压降、产能监测成果资料的应用，以历史拟合为基础，区别产能过程差异，揭示煤储层动态变化规律。（3）预期现场应用效果预期成果对于高丰度煤层气储层动态预测、储层渗流网络功能变化及机理、煤层气高效开发形成理论和技术支撑。05课题：煤层气解吸、渗流机理及排采效应（1）预期成果建立煤层气排采过程中煤储层水系统的动态监测方法，揭示煤层气排采过程中煤储层解吸、渗流规律及机制。（2）实施方案煤层气排采过程中煤储层水系统的动态监测实施方案：在潘庄地区选择一口煤层埋深300m左右的煤层气井，在排水前（场地平整后）、排采半年和一年后（排采设备可以不动，探测排采设备10m煤层气井排采的流体效应实施方案：选择潘庄及周边地区的煤层气井，分析煤层气排采过程中，即储层状态下煤层气的解吸特征，确定实际产气压力、临界解吸压力、产气时间、产气速率；分析气、水产能数据，划分游离气（包括水溶气）、解吸气及重力水的排采阶段；分段拟合气、水产能数据，得到不同排采阶段的渗透率，揭示不同压力控制下的煤层气排采效应。（3）预期现场应用效果通过地面瞬变电磁法探查方法应用，建立煤层气排采过程中埋深不超过400m煤储层水系统的动态监测方法，通过一口煤层气井排采过程的动态连续监测，达到研究煤层气排采过程中煤储层水系统的动态运移规律；不同压力控制下的煤层气排采效应将应用于煤层气排采制度的优化。06课题：煤层气解吸、渗流机理及排采效应（1）预期成果根据煤层气井间压力传递规律及其控制因素确定煤层气开发最主要的影响因素，结合实际区块参数利用煤层气数值模拟技术初步建立煤层气井网优化方法。（2）实施方案在05课题单井渗流规律研究基础上，借鉴常规气藏试井单相流压力传播理论，建立气液两相渗流压力传播模型，采用简化解析方法或数值方法进行求解；按照不同井型配置，包括直井与直井、直井与水平井，建立井间压力传递模型，针对示范区煤层气井，分析煤层气井间压力影响范围和干扰程度。在渗流实验的基础上，考虑不同煤阶的解吸吸附特征和考虑在煤层气的排采卸压过程中，煤岩体的岩石力学物理性质及其煤岩体在排采卸压生产中的变化规律，根据煤层气在不同煤基质中的渗流特征，建立煤层气渗流模型，采用收敛速度快稳定性好的数值方法求解模型，在借鉴油气藏数值模拟技术的基础上，研究煤层气的生成、储集和运移规律，建立煤层气储层数值模拟模型。通过煤层气井网中单井产量、动液面等生产数据及渗透率、孔隙度和相渗曲线等不同的地质条件，利用数值模拟方法模拟出合理井网井距，研究不同井间距对煤层气采收率的影响，初步阐明煤层气井间干扰机理和控制因素。（3）预期现场应用效果通过现有开发井的分析、实验、数值模拟等手段揭示不同开发方式煤层气井间压力传递规律，在此基础上，针对沁水盆地南部煤层气开发的特点，提出煤层气井网优化方法。07课题：煤层气解吸、渗流机理及排采效应（1）预期成果揭示煤层压裂裂缝扩展规律及裂缝形态特征，提出煤层水力裂缝导流能力影响因素。（2）实施方案煤层压裂裂缝扩展规律及裂缝形态分析研究主要通过以下技术路线实施：通过物理模拟和数值模拟方法研究裂缝在不同地质条件下的扩展规律，进而预测煤层水力裂缝形态和几何参数，评价煤岩力学特征参数对裂缝发育形态的影响，指导水力压裂施工设计，获得更好的压裂效果和开发效益。具体如下：沁水、鄂尔多斯盆地煤岩力学参数实验：通过实验研究不同煤阶煤岩弹性模量、泊松比、断裂韧性等的差别，分析这些参数对裂缝扩展的影响。压裂物理模拟实验：开展天然煤样垂直裂缝模拟实验（4组），模拟观察不同水平主应力差条件下的煤岩破裂压力、破裂方位及裂缝扩展规律。统计沁水盆地已压裂井裂缝的分布状况和规律分析沁水盆地、鄂尔多斯盆地地应力场及天然裂缝对压裂裂缝的控制作用。通过压裂施工参数的分析和计算，研究煤层复杂裂缝的发育形态，并评价不同裂缝类型对导流能力及产量的影响。煤层水力裂缝导流能力影响因素研究主要通过以下技术路线实施：结合现场实际生产数据，主要通过实验、生产动态分析、产量模拟等方法，建立煤层复杂裂缝长期导流能力的评价方法，阐明不同因素对裂缝导流能力的影响，分析生产过程中导流能力变化对产量的影响关系。具体如下：导流能力的实验评价：主要考虑煤阶、时间、压裂液类型、铺砂浓度、压裂液的残渣含量、支撑剂粒径组合等因素对裂缝导流能力的影响，实验方案见附表。生产动态分析及产量拟合：分析不同类型生产井的动态资料，模拟裂缝导流能力对产量的影响关系并优化导流能力。（3）预期现场应用效果通过认识沁水、鄂尔多斯盆地的煤层压裂裂缝扩展规律及导流能力影响因素，有助于建立我国高、中煤阶煤层气田水力压裂实施参数的优化设计方法；进而对于探索适合高、中煤阶煤层的压裂改造工艺技术，最大限度提高煤层气单井产量及最终采收率具有重要的意义。附表：支撑剂导流能力实验方案表序号支撑剂铺砂浓度

（kg/m2）压裂液闭合压力

(MPa)实验温度

（℃）备注120-405无10~3040岩板1220-407.5无10~3040岩板1320-4010无10~3040岩板1420-405无10~3040岩板2520-407.5无10~3040岩板2620-4010无10~3040岩板2720-4010150ml0.5%胍胶10~3040岩板1820-4010100ml0.5％胍胶10~3040岩板1920-4010150ml0.4％胍胶10~3040岩板11012