煤层气勘探方案课件.ppt

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1、煤及煤层气资源勘查,第六章 煤层气资源勘查的技术手段,第一节 煤层气资源勘查的阶段划分第二节 煤层气钻完井技术第三节 煤层气地震勘探技术第四节 煤层气地球物理测井技术第五节 煤层气勘查基本参数测试技术第六节 煤层气勘查技术方法,煤层气资源勘查评价的目的,煤层气资源勘查的目的就是在不同阶段、采用一定的技术手段，并依照不同的经济技术指标测算分析煤层气资源量的特点、分布状况、规模序列，为勘探开发部署、计划安排、工作量测算以及勘探开发效益分析提供科学的依据。,第一节 煤层气资源勘查的阶段划分,煤层气资源勘查划分的理论依据和原则 煤层气资源勘查工作阶段的划分除遵循系统的原则以外，还应充分考虑综合的原则、

2、地质的原则、认识的原则、技术经济的原则，以便对煤层气资源勘查工作阶段进行合理划分。煤层气资源勘查工作阶段划分,选区阶段勘探阶段（区域勘探、预探、祥探）开发阶段,对煤层气勘查研究的重点在普查选区阶段。煤层气的勘查评价工作应与煤的普查同时部署，着重了解勘查区内煤层气赋存的基本特征，并对其进一步工作的前景做出评价。,注意,第一节 煤层气资源勘查的阶段划分,第一节 煤层气资源勘查的阶段划分,煤层气选区：主要根据煤田（或其他矿产资源）勘查（或预测）和类比、野外地质调查、小煤矿揭露以及煤矿生产所获得的煤资源和气资源资料进行综合研究，以确定煤层气勘查目标为目的的资源评价阶段。根据选区评价的结果可以估算煤层气

3、推测资源量。,煤层气勘探：是在评价选区范围内实施了煤层气勘查工程，通过参数井或物探工程获得了区内关于含煤性和含气性的认识，通过单井和/或小型井网开发试验获得了开发技术条件下的煤层气产能情况和井网优化参数的煤层气勘查实际实施阶段。根据勘探结果可以计算煤层气储量。,煤层气开发：指在勘探区按照一定的开发方案部署了一定井距的开发井网后进行的煤层气资源的正式开发活动。煤层气通常适合进行滚动勘探开发。,1、煤层气区域勘探阶段煤层气区域勘探阶段是指从优选出的勘查目标区准备钻煤层气参数井开始，到获取煤层气储层参数的全过程。2、煤层气预探阶段煤层气预探阶段是指从煤层气区域勘探获得煤层气储层参数开始，进一步优选煤

4、层气参数井，进行压裂、单井排水采气试验等工作，直到获得单井煤层气工业气流的全过程。3、煤层气详探阶段煤层气详探阶段是指从煤层气预探阶段获得单井煤层气工业气流开始，进行井组生产试验，获得井组气产量、水产量、气井压力等可靠生产数据，全部或大部探明勘探目标区的全过程。,煤层气勘探各阶段的划分及其定义,第一节 煤层气资源勘查的阶段划分,煤层气田勘探要遵循：区域勘探预探详探三个阶段,勘查阶段的作业任务和目的,第一节 煤层气资源勘查的阶段划分,1 根据已有资料，优选参数井井位；2 物、化探普查工作，编制勘查部署方案；3 钻井、地质设计、工程施工设计和煤层取芯设计；4 钻井：获取地层及煤层层序、深度、厚度数

5、据；进行地质录井和气测录井；煤层及其顶、底板取芯；5 取芯：按设计技术要求选用绳索式半合管取芯工具，煤层取芯率要求见DZ/T 02162002；6 测井：获取地层和煤层的深度及厚度参数；检查固井质量；7 试井：应进行注入/压降法试井；8 煤的化验分析方法见GB 21291；煤层含气量测定方法见GB/T 195592004；煤的等温吸附试验方法见GB/T 195602004；9 根据地质参数优选煤层气井，进行压裂和单井排采；10 根据煤层气井连续试采情况，确定下一步试验井组的部署；11 按照规范要求，计算地质储量和相应的可采储量；12 煤储层数值模拟，进行煤层气开发规模和潜力量化评价。,第一节

6、煤层气资源勘查的阶段划分,煤层气资源勘查一般技术流程,第一节 煤层气资源勘查的阶段划分,煤层气资源勘查一般技术流程,通过二纬地震勘探了解区域构造特征与周边接触关系和断层发育状况；查明主要煤系层段分布与埋深等；通过钻井取芯了解主要煤段的物性参数，准确获取煤储层参数；通过取芯进行含气量测试、等温吸附实验、工业分析等；通过注入/压降测试获取渗透率、储层压力、原地应力等参数；通过压裂提高煤储层的导流能力，从而提高煤层气井产气量；通过单井、井网排采试验获取单井、井组的产气数据；,第一节 煤层气资源勘查的阶段划分,地 震,技术手段,研究目标,确定首选区域与井位,研究内容,了解区域构造特征、煤层特征,钻 井

7、、测井,了解煤层及顶底板储层物性,获取准确煤储层参数,取 芯,含气量测试、等温吸附实验、工业分析,获取含气量、灰分、水分等,注入/压降测试,渗透率、储层压力、原地应力等,获取相关储层物性参数,压 裂,压裂液量、泵注程序、煤岩力学性质,优化压裂工艺，提高导流,排 采,单井产气量、井组产气量等,获取单井、井组产气数据,数值模拟,历史拟合和动态预测,产气潜力评价,提交储量,确定边界、探采方法、计算储量,提交储量报告,煤层气勘查的一般技术流程,通过数值模拟技术对产气潜力评价；最后确定边界，计算储量，提交储量报告。,第一节 煤层气资源勘查的阶段划分,第二节 煤层气钻完井技术,一、煤层气钻完井分类与程序二

8、、煤层气井的取芯方法与取芯技术三、煤层气固井技术四、煤层气地质录井五、钻井完井过程中对煤储层的伤害六、煤层气钻井资料的汇交,垂直井：是从地面打直井穿过煤层进行采气，是主要的钻井方式。采空区钻井：从采空区上方由地面钻井到煤层上方或穿过煤层，也可在采煤之前钻井。,一、煤层气钻井完井分类及程序,第二节 煤层气钻完井技术,1、煤层气钻井分类,对直井的分类见表,垂直井分类方法,参数井主要通过钻区域探井取准煤心，进行产能评价；试验井组进行工业性开采评价；监测井用于生产过程的压力监测。,一般井深控制在300-1500m属浅煤层井，埋深大于1500m的为深煤层井。,第二节 煤层气钻完井技术,水平井有两种：在巷

9、道打的水平抽放瓦斯井；从地面先打直井再造斜，沿煤层钻水平井（排泄井）。,第二节 煤层气钻完井技术,丛式井,第二节 煤层气钻完井技术,一、煤层气钻井完井分类及程序,2、煤层气完井分类,煤层气完井分为五种类型：裸眼完井、套管完井、混合完井、裸眼洞穴完井及水平排孔衬管完井。,第二节 煤层气钻完井技术,完井是指裸眼井钻达设计井深后，使井底和油层以一定结构连通起来的工艺。是钻井工作最后一个重要环节，又是采油工程的开端。,（1）裸眼完井 裸眼完井是钻到煤层上方地层下套管固井，再钻开生产层段的煤层，产生煤层保持裸眼或用砾石充填。（只在储集层以上用套管封固完井）这种完井方式费用最低，但强化作业时，井控条件降低

10、，煤层坍塌会导致事故。这种完井方式一般用于单厚煤层井。,第二节 煤层气钻完井技术,（2）套管完井 套管完井法是国内外最为广泛和最重要实用的一种完井方法，包括套管射孔完井和尾管射孔完井。一.套管射孔完井 套管射孔完井是用同一尺寸的钻头钻穿油层直至设计井深，然后下油层套管至油层底部并注水泥固井，最后射孔，射孔弹射穿油层套管、水泥环并穿透油层一定深度，从而建立起油（气）流的通道。图1为直井套管射孔完井示意图。,二尾管射孔完井 尾管射孔完井是在钻头钻至煤层顶界后，下技术套管注水泥固井，然后用小一级的钻头钻穿油层至设计井深，用钻具将尾管送下并悬挂在技术套管上。再对尾管注水泥固井，然后射孔。,（3）混合完

11、井 混合完井是裸眼完井与套管完井方式在同一口井中使用。依据地层条件而定，一般用于多煤层。,（5）裸眼洞穴完井 裸眼洞穴完井方法是在裸眼完井的基础上发展起来的一种独特的煤层气完井方式。在较高的生产压差作用下，利用井眼的不稳定性，在井壁煤岩发生破坏后允许煤块塌落到井筒中，进而形成物理洞穴（自然裸眼洞穴完井）。或者人工施加压力（从地面注气），使井壁煤层发生破坏，再清除井底的煤粉，进而形成物理洞穴（动力或人工裸眼洞穴完井）。,（4）水平排孔衬管完井 适用于深层低渗透煤层，一般适用于厚1.5m以上的煤层。优点：能提供与煤层的最大接触面积，尤其是各向异性煤层。缺点：钻完井过程中易发生割理系统堵塞、闭合等现

12、象，伤害煤层渗透率。,第二节 煤层气钻完井技术,（1）确定井类 在勘探新区为建立地质剖面、掌握煤层及围岩的地质资料、估算资源量布置取心井；利用试验井了解煤层和围岩的地应力和渗透性，掌握煤层的延伸能力、闭合压力和最小压裂压力，选择压裂方向、进行压裂设计；打生产井开发煤层甲烷；利用观测井了解气藏工程参数，掌握煤层气井生产动态。（2）设计钻井方式 确定钻井方式的主要依据：目的煤层最大埋深、地层压力、地层组合和井壁稳定条件。可分为浅层煤层气钻井和深层煤层气钻井。,3、煤层气钻完井程序,第二节 煤层气钻完井技术,浅煤层钻井地层压力一般很低（等于或小于正常压力），需要依据储层压力选择清水、泡沫泥浆或空气介

13、质钻井。深煤层钻井有的压力较高（大于正常压力），煤层段井壁稳定性差，因此使用泥浆液可以实现平衡压力的目的。（3）设计完井方式 确定完井方式的主要依据：埋深、井壁稳定性、地层水文性质、地层压力、开采方式以及可采气量与总投资对比的经济性。依据地质条件：单煤层井可以是裸眼稳定砾石充填和泡沫砾石充填完井、裸眼筛管历史充填完井和套管完井。多煤层井：一般采用套管完井和套管-裸眼完井。（4）确定固井方式 确定固井方式的主要依据：煤储层压力和开采方式。从保护储层固井出发可采用三种固井方式：低密度水泥浆固井、分级注水泥和绕煤层固井。,第二节 煤层气钻完井技术,（5）钻井中期作业 在资料井中应考虑取心作业和在裸眼

14、井段进行注入-压降法试井以及渗透率测试和DST产能测试作业。（6）确定煤层入口方式 在裸眼完井中，为消除钻井液对产层的影响和增大压裂效果，常使用水力切割。（7）经济和成本的可行性评价（8）作钻井和完井设计 同常规油气井在程序和工艺技术上存在许多相似之处，除采用常规钻井和完井设计外，主要考虑其特殊性。如：煤心取心应避免使用常规取心筒、钻头以短齿为宜、钻井参数在煤层段应暂时不采用优化参数，而采用”四低参数“，即低钻压、低转速、低循环压力和低的冲击力。,第二节 煤层气钻完井技术,煤层气甲烷井的钻井与完井一般程序流程框图,直井井身结构设计流程图,第一，应满足钻井、完井和生产的需要以及获取参数的需要；第

15、二，应充分考虑到出现漏、涌、塌、卡等复杂情况的处理作业需要（一般应留有余地）；第三，能保障钻井工程安全、优质、快速、低成本施工。,钻井井身结构设计,4、煤层气钻井工程质量要求,井身结构示意图,煤层气井常规钻井井身结构表,复杂地层条件下煤层气井钻井井身结构,第二节 煤层气钻完井技术,煤层气钻井技术,直井井身质量要求标准,第二节 煤层气钻完井技术,钻井循环介质性能要求,A、钻井液与煤储层要有良好的配伍性B、降低固相含量。进入煤系地层前采用普通钻井液，粘土含量应低于6%，煤层段采用清水、无粘土和少量粘土优质钻井液，密度控制在1.03g/cm3以下。C、降低失水量。防止钻井液滤液伤害储层。D、酸碱值要

16、适当。PH值控制在7.58.5之间E、抑制水化、膨胀F、降低钻井液密度，实行平衡和近平衡钻井G、适当的切力和动塑比，有利于携带悬浮钻屑，有效清洗井眼，降低激动压力和对煤储层的伤害。,第二节 煤层气钻完井技术,二、煤层气井的取芯方法与取芯技术,测定煤层气含量。含气量是评价煤层气可采性的一个重要指标，也是煤层气储量计算和预测产量与开采期限的重要参数。测定煤的吸附等温线。吸附等温线用于确定煤层气的临界解吸压力、解吸时间及可采储量。割理、裂隙描述及方向测定。包括割理或裂隙的频数、方向、长度、宽度和矿化程度。这些数据是预测储层条件下流体扩散、渗透趋向等所必需的，其中割理或裂隙的方向，是设计布井方向和射孔

17、或割缝方向的重要依据。进行煤的工业分析(煤岩、煤质、煤级、孔隙度等)。,1、煤层气井的取心目的,第二节 煤层气钻完井技术,高的煤心采取率。提供足够数量的煤心，满足各种测试要求和保证测试精度。短的气体散失时间。减少取心时间和出筒装罐时间，提高含气量测定的准确性。取心时间与取心方法和井深有关，取心后装罐时间一般应小于15 min。较大的煤心直径。通常以7.610.2 cm较为适宜，以提高生产层评价质量。保持完好的原始结构。进行割理、裂隙描述与方向测定，反映储层真实面目。降低煤心污染程度，提高数据质量。,2、煤层气井取心必须满足的要求,第二节 煤层气钻完井技术,3、取芯方法,常规取心 在钻进过程中通

18、过提取钻柱来采取（2）井壁取心 井壁取心是一种岩心采取率低时的补救办法，岩心通常是由装有弹头的空管（可被射入地层）组成的绳索工具从钻井井壁采取的。（3）绳索取心 绳索取心是目前在煤层气钻井中最常用的一种取心方法。它通常需要在地面钻探设备的基础上，增加一套卷扬机系统和附加一些井下设备，取心时用绳索快速提出岩心。(4)保压取心,第二节 煤层气钻完井技术,绳索取心工具结构,第二节 煤层气钻完井技术,三、煤层气固井技术,1、煤层气固井的技术难点 煤层气井井深一般为300-1500m，地温和地层压力较低，目的层（煤层）胶结强度低、松散，在煤层段易发生井漏、井壁坍塌形成”大肚子“。,第二节 煤层气钻完井技

19、术,2、煤层气固井要求,（1）水泥环要有足够的强度，满足强化作业、增产措施的需要；（2）固井作业过程中要能尽量减少对煤储层的伤害；（3）由于煤层气开采周期长，在整个生产过程中要维持煤产层的地层稳定，同时要为煤层气采出提供一可靠的上升通道。,3、煤层气固井技术,在保证固井质量的前提下，尽量控制水泥浆液柱压力，实现近平衡压力达到降低固井作业对煤层的伤害是煤层气井固井的核心。研究认为宜采用以下固井方法：,第二节 煤层气钻完井技术,（1）空心微珠低密度水泥浆固井技术,低密度水泥浆（约1.34g/cm3）是指密度低于常规油气井水泥浆密度（约1.85g/cm3）。关键技术是水泥浆降重材料的选择和水泥浆配方

20、的研究，按照密度材料进行分类分为加固体降重材料水泥浆（空心微珠水泥浆和粉煤灰水泥浆）和加发泡剂或空气水泥浆（泡沫水泥浆和充气水泥浆等）。,降重材料水泥浆特性对比分析表,第二节 煤层气钻完井技术,研究认为空心微珠低密度水泥浆水泥石强度高、密度低，是较为理想的煤层气固井水泥浆。空心微珠是粉煤灰燃烧过程中的熔融灰分在表面张力作用下团缩形成的空心球体。具有密闭、粒细、质轻、壁薄的特点，配置的水泥浆具有以下性质：（a）密度低，一般可配置1.2-1.5g/cm3的低密度水泥浆；（b）原浆失水量大，常温、7Pa条件下，一般在3-4L/30min；（c）稠化时间长，原浆稠化时间在300-400min之间；（d

21、）水泥石强度低，比普通水泥石低约30%。因此，在普通水泥中加入空心微珠不能直接用于煤层气固井，必须进行逐个筛选试验，加入降失水剂、调凝剂和增强剂。,第二节 煤层气钻完井技术,使用常规水泥控制水泥返高可以在一定程度上降低水泥浆的液柱压力，达到防止固井时井漏和降低固井对煤层伤害的目的。在进行注水泥设计时，以煤层孔隙压力为主要依据，以水泥浆液柱压力与煤层孔隙压力基本平衡确定水泥返高，同时将水泥浆失水控制在100ml以内。在煤层压力较高，技术套管下入深的井可以采用这种固井方法。,水泥浆返高计算公式：,式中：Hc水泥上返深度，m；r1最小漏失压力当量密度，g/cm3；rm固井前钻井液密度，g/cm3；r

22、c固井水泥浆密度，g/cm3；Hd最小漏失压力处深度，m。,对煤层气固井时水泥浆上返到煤层顶板以上200m左右为宜。,（2）控制水泥返高,第二节 煤层气钻完井技术,绕煤层固井是消除固井作业对煤层伤害最有效的固井技术。其基本思路是在套管串中主力煤层部位安装绕煤层固井工具，注水泥时，水泥浆到底煤层底部时经绕煤层固井工具进入导流管并从煤层顶部进入环空。绕煤层工具水泥浆不与煤层接触，避免了固井水泥浆对煤层的伤害，由于固井套管与水泥间无水泥环，减少了射孔阻力，增加射孔弹穿透深度，有利于后期作业,分级注水泥固井是将固井水泥浆产生的液柱压力部分分解到已凝固的一般水泥上，从而降低对煤层的压力，实现近平衡压力固

23、井。,（3）绕煤层固井技术,（4）分级注水泥固井,第二节 煤层气钻完井技术,4、煤层气井固井质量检测与评价,1井温测井主要应用于确定套管外水泥浆返高，也作为水泥充填程度的补充解释。2声幅和变密度测井固井质量情况：利用声幅和变密度测井分井段解释两个界面水泥胶结程度，特别是目标煤层上下各30m井段固井质量。3固井质量评价固井质量评价分为四级：优良声幅值10%，变密度图上地层波显示清晰；合格声幅值1020%；基本合格声幅值2030%；不合格声幅值30%。,第二节 煤层气钻完井技术,固井质量验收评级标准,第二节 煤层气钻完井技术,煤层气地质录井作业流程图,四、煤层气地质录井,（1）煤强度的影响 由于煤

24、杨氏模量小，泊松比高，天然割理及节理发育，使煤的抗拉、抗压强度比较低。（2）正压差伤害 在正压差作用下，钻井液中的胶体颗粒和其它细微颗粒被吸附在煤层气的孔隙喉道上，钻井液滤液的侵入又可能发生各种敏感性反应。（3）固相伤害 钻井液中所含固相颗粒分为粗粒（大于2000 m）、中粗粒（250-2000 m）、细粒（44-250 m）、微粒（2-44 m）和胶体颗粒（小于2 m）。,五、钻井完井过程对煤储层的伤害,第二节 煤层气钻完井技术,钻井液中不同粒径的固体颗粒，特别是其中的微粒和胶体颗粒会沿着煤层的割理和孔隙进入煤层，对煤层气的运移通道产生填充和堵塞。（4）强亲水伤害 煤层气储层的低孔隙度、低渗

25、透率、强亲水性、大比表面积，造成了高束缚水饱和度。在储层原始状态下，原始含水饱和度一般低于束缚水饱和度。当使用水基钻井液将煤储层打开时，很强的毛细管作用力使地层强烈吸水，而正压差作用下的渗流则加剧了水侵深度，直到储层吸水达到束缚水饱和度为止。水量增加形成的水膜将使煤层产生“水锁”，造成永久性伤害。,第二节 煤层气钻完井技术,钻井地质资料的汇交（1）1、设计部分地质录井施工设计气测录井设计取芯施工设计 2、随钻地质资料地质记录或日志地质班报表地质日报录井剖面草图（非煤系段1：500，煤系段1：200）简易水文观测记录岩芯煤芯照片簿煤层取芯登记表，取芯统计表岩芯、煤芯描述表，岩屑描述表井口坐标实测

26、成果表（最好包括大地坐标六度带、大地坐标三度带坐标和地方坐标）,六、煤层气钻井资料的汇交,第二节 煤层气钻完井技术,钻井地质资料的汇交（2）气测录井原始资料气测原始记录曲线气测原始记录磁盘迟到时间记录（可以包含在气测班报之内）气测后效观察记录（可以包含在气测班报之内）3、地质成果资料完井地质总结报告完井综合柱状图(1:500)煤系井段综合柱状图(1:200)完井地质报告应在完井后一个月内提交审查稿要求将上述所有原始资料提交原件1套，复印件1套。成果资料和测试报告提交胶印稿10份，磁盘1份,第二节 煤层气钻完井技术,六、煤层气钻井资料的汇交,钻井工程资料的汇交1、设计资料钻井工程施工设计书固井工

27、程施工设计书2、随钻钻井工程资料钻井井史钻井液日报表钻井工程班报表井下复杂情况事故报告钻井工程日报表钻时钻井液班报表生产套管记录3、成果资料固井施工技术总结报告 取芯施工技术总结报告钻井液技术总结报告 钻井工程技术总结报告,第二节 煤层气钻井技术,六、煤层气钻井资料的汇交,第二节 煤层气钻井技术,六、煤层气钻井资料的汇交,完井地质总结报告,一、前言（钻井、录井工作情况、资料的可靠程度、经验教训等）二、地层（钻穿地层层序、井深、厚度、各组段地层的主要岩性、电性特征、特殊地质现象如层理、结构、构造、裂缝、割理等），提出分层依据，标志层，以及临近井区的对比。三、构造特征（井所处的构造位置，构造发展史

28、、构造形态，构造对煤层气的影响）四、煤层气综述（煤层层数、厚度和地质、气测、测井对煤层气的综合解释；按层位、深度顺序将发现的煤层气层、含气煤层、水层的各种原始资料集解释情况分别进行描述，将煤特征、录井显示、测井解释结果详细描述，做出有科学根据的评价）五、煤层气生储盖特征（根据气测显示、煤演化数据、分析化验数据等研究煤的生烃史；通过录井资料、测井数据、镜下观察分析储层物性特证；通过临区对比，研究封盖条件，对煤层顶底板岩性、特性特征进行详细叙述）六、试气层位建议（层位、井段、厚度、试气方法、步骤）七、结论与建议,第三节 煤层气地震勘探技术,地震勘探主要目的是对地质构造研究、探测及裂隙的探测技术 煤

29、层气地震勘探的核心是查明煤层及顶板中裂隙裂缝发育的方向和密度。其主要方法有四类：(1)多波多分量裂隙裂缝检测技术(2)S波裂隙裂缝检测技术(3)P波裂隙裂缝检测技术(4)AVO技术,(1)多波多分量裂隙裂缝检测技术理论上，含有裂缝的介质是各向异性介质，地震多波多分量是研究各向异性介质中波传播规律的理想方法。但是，由于多波多分量地震采集的高成本和转换波处理、解释的复杂化，使得这种技术的推广应用受到极大限制。(2)S波裂隙裂缝检测技术S波分裂是地下各向异性存在的最好证据，利用S波分裂检测裂隙裂缝已经成为研究裂缝性储层的一种可靠技术手段。但是，S波地震采集的成本高，而且难以得到高质量的S波数据，这就

30、限制了S波方法的应用。(3)P波裂隙裂缝检测技术由于P波地震勘探成本低，从20世纪90年代起，地球物理学家把目光转向P波勘探，用P波代替S波/转换波检测裂隙裂缝已成为一个重要研究课题。,第三节 煤层气地震勘探技术,快慢波时差越大，目的层各向异性程度越大，裂隙发育程度越大,快慢波时差数据是确定裂隙发育带的有力工具,快慢波时差分布图,裂隙相对发育区,第三节 煤层气地震勘探技术,第三节 煤层气地震勘探技术,AVO技术是利用CDP道集上地震反射波振幅随炮检距的变化特征预测目的层段岩性和所含流体性质的技术。,某探区AVO反演煤层吸附气异常区,煤层含气异常区,(4)AVO技术 是一项直接探测天然气的地震勘

31、探技术，它主要利用地震波振幅随偏移距（入射角）的变化，预测天然气富集的部位。,利用纵波方位AVO检测裂隙工区计算结果,处理得到的全区裂隙方位（左）、裂隙密度（右）参考分布图,第三节 煤层气地震勘探技术,（1）完钻裸眼测井项目 根据煤层气储层的特点和储层参数获取的要求，一般采用下列测井系列：标准测井：双侧向，自然伽马，补偿声波，双井径。测井比例尺为1:500（表层套管至井底）综合测井：自然伽马、自然电位、补偿密度、补偿中子、补偿声波、双侧向、微球、连斜、双井径、井温。根据需要可选择倾角测井与全波列声波测井。说明：井温（在即将进入目的煤层时，要求进行井温测试，以获取储层温度，满足含气量测试和吸附实

32、验需求）。在煤层试井之前进行一次井径测量，满足试井要求。,第四节 煤层气地球物理测井技术,（2）套管测井 固井质量检查测井：项目为声幅测井、自然伽玛测井、套管接箍测井和声波变密度测井。48小时后进行固井质量检查测井。压裂效果检查测井：连续测量井温仪测井，也可进行放射性示踪剂测井。（3）测井解释 测井要求不漏解0.2m以上厚度的煤层，解释煤层的位置、含气量、灰分含量、挥发分、碳含量、孔隙度、气水饱和度、渗透率等；解释煤层顶、底部各20余m层段的气水饱和度、裂隙发育情况、渗透性；解释煤岩力学性质、地应力大小等。要求提供取芯段1:50放大测井图。,第四节 煤层气地球物理测井技术,（4）采样间距及回放

33、要求 煤系地层采样间距一般不大于0.05m，非煤系地层采样间隔一般不大于0.1m；主要煤层及其上下各20m井段，回放1：50深度比例尺放大曲线，以精细研究煤层结构。（5）井斜测量 要求使用连续井斜仪或单点测斜仪（单点测斜仪测点间距为25cm），测量井斜角和方位角。,第四节 煤层气地球物理测井技术,现场测井车,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,一、主要参数测试方法二、试井技术二、等温吸附常数测量三、含气量测试技术四、煤储层物性测试技术,1 煤岩基质特性测定,一、主要参数测试方法,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,2 天然裂隙系统特性测定,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,所谓“试井”，就是

34、对油气井或水井进行测试。试井是一种以渗流力学理论为基础，以各种测试仪表为手段，通过对油气井或水井生产动态的测试来研究油、气、水层和测试井的各种物理参数、生产能力，以及油、气、水层之间的连通关系的方法。,无论是何种试井方法，均是通过钻孔向储层内注入或抽汲一定量流体，使储层发生压力瞬变，通过记录压力随时间的变化，利用渗流理论计算各种储层参数。压力瞬变测试即可以提供包括渗透率和储层压力在内的、用于评价煤层甲烷气井生产潜能、采收率和经济可行性的重要资料，并可进行水力压裂井裂缝长度和裂缝导流能力的估算。,1、试井基本原理,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,二、试井技术,2、主要试井方法,以恒定排量将水

35、注入储层，在井筒周围形成水饱和状态后关井。注入和关井阶段都用井下压力计记录井底压力，根据注水排量和压力数据可以求得渗透率、储层压力等参数。进行注入/压降试井最关健的考虑因素是地层破裂压力。如果在注入阶段超过了破裂压力，则计算出的渗透率偏高。,关键技术：在注入过程中不得将地层压裂。同时，为使应力对渗透率的影响最低，注入压力应尽可能的低。,1）注入压降试井,2）段塞测试,定义：瞬时从井筒抽提一段液柱或向井筒注入一定体积水,然后测量压力随时间的变化,直至初始压力,由此求出渗透率、井筒储集效应和表皮系数。,关键技术：使曲线拟合唯一，满足这一条件的最短测试时间由下式计算：t=1.33107re2/kh

36、式中：t最短测试时间（h)；k地层渗透率（m2)；h产层高度（m)；流体粘度（mpa s)；re段塞测试管柱内径（m)。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,3）水罐测试,定义：利用重力进行的注入-压降试井方法。,适用性：在低压储层的测试中，它是代替注入-压降试井的有效方法。它有效避免了在注入过程中将地层压裂的可能性。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,4）压力恢复试井,由于大多数煤层气都采用了人工升举手段，煤层气井的压力恢复试井很难进行。关井时提出举升设备将使早期关井数据无法得到。取而代之的办法是利用测液面，但其精度较低。,5）干扰试井,煤层气井常用的干扰试井是注入干扰试井，与注入-压降试

37、井相同。,6）钻杆地层测试,定义：利用钻杆地层测试器进行，是认识测试层段的流体性质、产能大小、压力变化和井底附近有效渗透率以及目的层段被污染状况的常用手段，常用于较高储层压力和渗透率的储层中。,一般工序：将测试工具和封隔器连接在钻铤底部，下入井中；测试工具下到预定位置，封隔器座封；打开测试阀门初次诱喷，时间一般为5-30min(通过强烈引流，解除地层堵塞）；初关井，关闭测试阀门（时间一般为初开井时间的4-8倍）；终开井，打开测试阀门，尽可能达到稳定生产（此过程达3-8h)；终关井，恢复地层压力（终关井时间至少为终开井的1.5倍）。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,常用试井方法,第五节 煤层

38、气勘查基本参数测试技术,3、主要参数获取,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,渗透率,均匀无限大储层井的典型曲线,K为相对渗透率，q为地面的日产气量，为地下气体粘度，B为体积系数，h为有效厚度，m为直线斜率,K为相对渗透率，q为地面的日产气量，为地下气体粘度，B为体积系数，h为有效厚度，m为直线斜率,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,原地应力测试，一般采用微型压裂法。测试时用注入泵以大排量向煤层注水，迅速使煤层产生裂缝，对压降曲线进行分析，获得裂缝的闭合压力。微型压裂一般需要进行三至四个周期的注入压降测试。在第1周期注入时，地层开始破裂，其最高点为破裂压力，而后压力突然下降并延伸，延伸段为裂

39、缝的延伸压力，关井以后，由于流体流动，摩擦压力梯度迅速降低，随着流体渗入地层，当井底压力等于最小原地应力时，裂缝闭合。反映裂缝闭合时的压力即瞬时关井压力。其后，当流体继续渗入到测试地层时，井底压力不均衡地降低到原始地层压力。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,原地应力测试及分析方法,在第2周期时，当压力超过最小原地应力时，裂缝重新张开，第2周期的最高压力为重张压力，破裂压力与重张压力之差为抗张强度。,对于煤层的原地应力测试，很难获得特征明显的压裂曲线。当煤层被压开时，压力不是突然下降，而是缓慢上升，上升速度逐渐减小，曲线弯曲，且随注入时间增加而上升，无明显的破裂等特征，亦无明显的瞬时关井压力

40、。这是由于煤层是非弹性的，且自然裂隙发育，破裂时压力下降的情况可能不出现，而关井时，裂缝闭合前、后的压力下降也是逐渐过渡的。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,裂缝的“开启”和“闭合”改变了流体的漏失速率，裂缝闭合压力是泵注停止后压降曲线上斜率变化的拐点。为了根据关井压力数据确定裂缝闭合压力，一般采用瞬时关井压力法、双对数法和时间平方根法。(1)瞬时关井压力法 煤层气井原地应力测试经验表明，在大多数原地应力测试中，煤层的围岩在压降期会出现瞬时关井压力，而煤层的瞬时关井压力非常不明显，很难分辨，无法应用瞬时关井压力法求取煤层的闭合压力。,裂隙闭合压力的分析,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,

41、(2)双对数法双对数法就是对压降期数据作logPlogt曲线，在该曲线上存在一条0.5斜率直线，偏离该斜率线点的压力为裂缝闭合压力。右图是压降数据双对数曲线图，图中箭头所指为闭合压力。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,(3)时间平方根法时间平方根法是对压降期作井底压力与关井时间的平方根曲线。裂缝闭合之前有一条直线，裂缝闭合之后出现另一条直线，两条直线的交点为闭合压力。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,三、等温吸附常数测量技术,概念与原理,当气体与固体接触时，在气、固面上，气体分析受固体表面分子所吸引，一部分气体分子在固体表面上发生浓集作用，这种现象称为吸附作用。气体也可进入固体物质内部

42、并达到饱和，这种现象叫吸收作用。,煤是一种多孔隙介质，是一种优良的天然吸附剂。煤颗粒表面分子通过范德华力吸引周围的甲烷或其他气体分子，是一种在固体表面上进行的物理吸附过程。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,测定等温吸附曲线的方法有容量法、重量法和动态法。,描述吸附等温理论模型有BET模型、势差模型和兰格谬尔模型。,BET模型：以两相薄膜形式描述吸附过程。势差模型：吸附是势差作用的结果。主要用于描述煤对甲烷、乙烷吸附。兰格谬尔模型：根据汽化和凝聚的动力条件平衡 原理建立的。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,四、含气量测试技术,煤层气含量是指在标准温度和标准压力条件下单位重量煤中所含气体的

43、体积，单位是cm3/g或m3/t。,测定煤层气含量的方法很多，可分为直接法和间接法。,直接法是采取煤样品(煤心煤样、钻屑煤样。以及矿井下煤祥)装入密封缸中，直接测量从试验煤样中实际放出的气体，确定气体成分和气体含量。最常用的是钻孔煤心煤样解吸法，其次还有钻屑煤样解吸法、保压取心法等。,间接法测定煤层气含量，是在实验室测定煤的等温吸附常数。煤的孔隙率和工业分析结果，在现场实测煤层气体压力，或根据已知规律推算气体压力，然后利用有关公式计算煤层气含量。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,直接法测定,解吸法是将采集的新鲜煤心样品装入密封的解吸罐中，直接测量从煤样中解吸的气体体积以及气体解吸的速度。,

44、煤芯快速取出，现场直接装入解吸罐之前释放出的气量。,煤芯装入解吸罐之后解吸出的气体总量。,终止解吸后仍留在煤中的那部分气体。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,五、煤储层物性测试技术,物性主要包括：孔隙度、渗透率、气-水相对渗透率、孔隙结构、比表面积及扩散系数等。,总孔隙度分为基质孔隙度和割理孔隙度。总孔隙度测定可采用氦孔隙计。,用一种流体饱和煤心，用不同物理性质但与第一种饱和度相混溶的第二种流体驱替。,用水饱和煤心，用氦驱替煤心中饱和的水。,在光学显微镜下统计面孔率和裂隙宽度。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,煤储层物性测试技术煤孔隙结构测试,用于描述裂隙（割理）特征的方法有：扫描电镜

45、法、宏观块煤裂隙统计、块煤光片观察、铸体薄片,低温氮吸附法用于研究基质孔隙分布特征和计算比表面积。低温氮吸附法测定煤样微孔及小孔分布特征和孔隙结构特征。,压汞法用于研究裂隙、微孔隙及其间过渡孔隙分布特征。压汞法测定孔径分布曲线、孔容、孔面积、排驱压力等。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,煤储层物性测试技术单相渗透率测试,原理：根据达西渗流方程推导计算。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,煤储层物性测试技术相对渗透率测试,在实验室内用氦进行测试。,第五节 煤层气勘查基本参数测试技术,一、煤层气的产出机理 赋存于煤层中的甲烷气有三种状态，即游离状态、吸附状态和溶解状态。煤层中绝大部分裂缝空间

46、被水饱和。当煤层压力降低到煤层气临界解吸压力时，煤中被吸附的甲烷开始与微孔隙表面分离，叫做解吸。由于割理中的压力降低，解吸作用也可在煤层的割理基质界面发生。解吸的气体通过基岩中微孔隙扩散进入裂缝网络中，再经裂缝网络流向井筒。,第六节 煤层气勘查技术方法,阶段：压力下降比较少，井附近只有单相水流动。属于单相流阶段。阶段：储层压力进一步下降，井筒附近有一定数量的甲烷从煤的表面解吸，开始形成气泡，阻碍水流动，水的相对渗透性下降，但气泡是孤立的，没有互相连接。这一阶段叫做非饱和单相流阶段。,阶段：储层压力进一步下降，有更多的气解吸出来，则井筒附近水中含气已达到饱和，气泡互相连接形成连续的流线，气的相对

47、渗透率大于零。随着压力下降和水饱和度降低，气的相对渗透率逐渐上升，气产量逐渐增加。这一阶段叫做两相流阶段。,一、煤层气产出机理,第六节 煤层气勘查技术方法,井间干扰对煤层气生产是一项最有效的实现稳定高产的技术措施。而对常规天然气生产却恰恰相反，井间干扰会导致常规天然气产量大幅度锐减。井间干扰促进煤层气井稳定高产的原理在于，在储层条件下煤层气是呈吸附态存在的，煤层气产出需要通过排水-降压使其从煤的基质孔隙内表面解吸下来，因此井间干扰是造成有效降压的技术手段。,一、煤层气产出机理,第六节 煤层气勘查技术方法,煤层气开发与常规天然气开发有很大差别。一般情况下，煤层是被水饱和的，为了使储层压力低于解吸

48、压力以使气体解吸，必须排水。井距是控制排水降压以利于煤层气解吸的主要因素之一。合理设计单井控制面积，有利于获得最佳生产能力。改善井网类型、调整单井控制面积可提高煤层气的采收率，提高经济效益。,二、煤层气勘探开发井网布置,第六节 煤层气勘查技术方法,1）地质因素 裂缝发育特征和方位、渗透率、煤层气含量、煤层气资源丰度等。构造走向和裂缝发育方位决定井网方位;资源丰度和渗透率条件决定不同的井网密度。,1、煤层气井网部署的原则与影响因素,2）经济效益,要求单井控制储量不能低于单井经济极限控制储量。井网密度应小于经济极限井网密度,在最优井网密度与经济极限井网密度之间选择合理值,第六节 煤层气勘查技术方法

49、,井网的布置一定要分步实施、达到均衡开采的目的,（1）在平面上，井网部署应有计划地按阶段分步实施，滚动开发，实现气藏的均衡开采。与常规大然气开发中尽量避免井间干扰效应产生的原则不同，煤层气开发井网则要求尽快实现井间压力干扰效应，才能充分动用储量，提高采收率。（2）先导性试验阶段，井网部署的原则，应该使试验井组的各井之间，在尽量短的生产试验期内，达到最大井间干扰程度。一般理想的先导性试验阶段为4-12个月。因此先导性试验阶段井组的井距以小于规模生产井为宜，用储层模拟软件作为辅助依据，确定井距。较小的井距可以使各井间产生史强烈干扰效应，可以尽快观察到试验效果。,井网的布置一定要分步实施、达到均衡开

50、采的目的,3）开发要素,第六节 煤层气勘查技术方法,（4）开发层系有效组合各层系应做到整体规划、立体开发。层系划分和井网部署上既要考虑每套层系各自开发的要求，又要综合考虑层系接替和一井多层开采的方式。合理采气速度煤层气田开发设计一般要求在15年左右采出可采储量的50%60%，初期采气速度应达到3-4%以上，井网密度必须满足这一基本要求,（3）全面开发阶段，生产井网的井距应大于先导性试验阶段。这样，单井可以控制更大的面积，即控制更多的储量，使单井总产量增大，降低投资，从而获得更大的经济效益。,第六节 煤层气勘查技术方法,1）地上因素包括地形地质条件、植被覆盖情况、工厂、村落、高压线路等因素，在实