6大城试气井组动态分析与预测研究

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1、6 大城试气井组动态分析与预测研究6.1大城地区及试验井组煤层气地质特征6.1.1大城地区煤层气概况大城凸起位于沧县隆起北部西翼，东南以大城、静海断裂为界，毗邻里坦凹陷带，西北以下第三系尖灭线与西部的杨村斜坡、文安斜坡接壤，基本构造形态为东南高、西北低，走向北东，倾向北西的单斜构造，该区面积为2400 km2。至1998年底大城地氏有大参1井、大11井、大14、大15、大16、大试1井、大8、大10、D1、D2、D3胜1、葛2、葛3、葛4、葛5、葛8、西4、文36等19口井揭开或揭穿石炭二叠系煤第地层。石炭二叠系的聚煤中心在凸起东南部，是早第三纪古地温异常区带，主要含煤层系为山西组、太原组、煤

2、阶主要为肥煤阶，煤层顶部埋深最浅915m，煤层中部埋深1800m以浅的煤层展布面积达1000km2，煤层甲烷资源丰富。1991年在大城凸起三呼庄构造上钻探大参1井，并于19931994年抽排试气，最高日产气达6391.7m3，打开了煤层气勘探开发试验的新局面。19961997年在凸起南部西翼钻探大试1井，由于该井处于煤层甲烷风化带，经抽排试气未获气流。为扩大勘探试验成果，勘探局新区事业部煤层气项目经理部在大参1井南侧打了一个试验井组，完钻了4口井，即大11、大14、大15及大16井。其中大参1、大11井为煤层气取芯井。试验井组于1998年4月开始抽排试气，1998年10月9日获得最高日产气32

3、96 m3，其中大11井日产气为3128 m3。1998年11月3日抽排试气工作全部结束。实施状况表6-1。表61 大城煤层气试验井组实施情况表井号参数大参1大11大14大15大16完钻井深（m）15001345134513501340完钻层位奥陶系本溪组本溪组本溪组本溪组取芯进尺（m）130.2268.37岩芯长度（m）118.3854.45煤芯长度（m）5.827.73岩芯收获率（）90.979.6煤层层数1414131515煤层厚度（m）27.626.526.725.530.8试气层位2-4煤、4-6煤2-4煤2-4煤2-4煤2-4煤压裂3层4次2层2次2层2次2层2次2层2次试井测试2

4、层2次2层2次最高日产气量（m3/d）6391.732182191794296.1.2煤层分布石炭二叠系煤层分布较稳定，有两个聚煤中心，北部以胜1井为中心，煤层厚度33.55m，南部以西4井为中心，煤层厚度20.2m。总体上从北向南煤层变薄。在凸起高部位厚度大、埋藏浅，凸起低部位厚度小、埋藏深。纵向上共有六个煤组，三、六煤组为主力煤层。煤层有115个小层组成，总厚度7.733.59m，单层厚度0.27.73m。表62。试验井组位于三呼庄构造之高点偏南部位，构造比较完整，井距200250m；煤层分布比较稳定，连续性较好，共有煤层1315层，总厚度25.530.4m，分六个煤层组；其中山西组自下而

5、上分为三煤组、二煤组、一煤组；太原组煤层自下而上分六煤、五煤、四煤；主力煤层为三、六煤，其次为四、二煤。见表63。 表62 大城地区石炭二叠系煤层厚度表井 号煤层分布井段（m）山西组（m）太原组（m）总厚度（m）大参11116.5-1276.512.4815.1827.66大111104.6-1272.014.0013.5027.50大试11141.8-1352.54.5011.5016.00大22636.4-2677.47.802.8010.60大32547.0-2688.04.201.005.2大42556.8-2690.21.802.604.40大52831.0-2978.64.2013

6、.2017.40大81128.6-1267.09.606.6016.20大101452.8-1610.85.6013.8019.40D11168.9-1327.59.314.3313.64D2915.0-1098.97.0611.7118.77D3957.9-1115.35.8212.6218.44胜一2145.0-2369.018.5015.0533.55葛42694.6-2857.64.605.5010.10葛52903.2-3042.04.406.2010.60葛82466.8-2602.66.204.6010.80西41461.8-1584.013.207.0020.20西181368

7、.0-1513.810.609.0019.60西211365.6-1478.05.005.8010.80苏132926.4-3106.62.8023.4026.20苏143054.0-3213.01.007.208.2苏183024.8-3152.01.605.206.8苏232709.3-2817.04.6010.0014.60文361826.0-1955.05.207.0012.20文662201.6-2348.05.403.809.2表63 大城试验井组煤层厚度表 井号项目大参1大11大14大15大16一煤单层厚度（m）1.0-1.01.0-1.01.0-1.80.5-1.41.2-1.

8、4层数22222总厚度（m）2.002.02.81.92.6二煤单层厚度（m）2.023.42.20.9-1.71.2-1.2层数11122总厚度（m）2.023.402.22.63.4三煤单层厚度（m）2.0-4.372.2-4.02.5-4.02.0-2.61.0-3.4层数33234总厚度（m）8.468.66.57.09.2四煤单层厚度1.98-1.71.2-1.81.6-2.01.4-2.02.0-2.2层数22222总厚度（m）3.683.03.63.44.2五煤单层厚度（m）1.500.81.01.201.4层数11111总厚度（m）1.500.81.01.21.4六煤单层厚度（

9、m）1.0-5.00.9-3.00.8-6.01.0-2.81.2-2.8层数45565总厚度（m）10.08.710.69.49.6总厚度（m）27.6626.526.7025.5030.40 由表63可知，大11、大14、大15、大16井煤层分布比较稳定，但在厚度上有一定变化：一煤组厚度较小，由2个层组成，单层厚1.0-1.4，煤层组厚1.9-2.6m，单层厚度小，最大与最小厚度差0.7m，不利于开发。二煤组厚度较小，由12个煤层组成，单层厚1.4-3.4m，煤层组厚2.02-3.4m，最大与最小厚度差1.2m。三煤组是最好的主力煤层，由24个煤层组成，单层厚1.0-4.73，煤组厚6.5

10、-9.2m最大（大16）与最小（大14井）差2.7m。四煤纵向分布层少且集中，横向分布稳定 ，但厚度较六煤小，由2个煤层组成，单层厚1.2-2.2，煤组厚3.0-4.2m，最大与最小厚度差1.2m。五煤组厚度较小，由1个层组成，煤层厚0.8-1.4m，最大与最小厚度差0.6m,不利于开发。六煤也是主力煤层之一，由46个煤层组成，单层厚0.8-6.0，煤组厚8.7-10.6m，最大与最小厚度差1.9m。6.1.3煤岩煤质特征1、宏观煤岩特征本区煤层为半暗淡型煤一半光亮型煤，以亮煤为主，镜煤呈条带状分布，丝炭多呈薄透镜状分布。2、煤质特征本区煤的演化程度中等，挥发分产率偏低，煤层灰分偏高。见表7-

11、4。煤岩灰分是煤中不可燃烧的组分，主要来源于煤中无机矿物质。通常灰分产率与煤的含气量成反比。据西安煤科分院对大参1井煤岩灰分分析结果，山西组煤岩灰分产率界于12.5546.43%，平均27.19%.，太原组煤岩灰分产率界于 12.7617.40%,平均15.78%。河北省煤田地质公司对D1、D2、D3井煤岩灰分产率分析结果，山西组为10.8147.53%，平均24.55%，太原组煤岩灰分产率界于13.6927.53%，平均20.53%。廊坊分院对大11井煤岩灰分分析结果：山西组11.9614.01%，平均12.99%、太原组3.2632.33，平均18.29%。从以上总的数据来看，本区煤岩灰分

12、属中灰-富灰煤且不稳定，山西组灰分含量10.847.53%，平均22%、太原组灰分含量12.7632.33%，平均18.29%。据煤含硫量(std)测定：大参1井11671180（山西组层段），测样品7个，含硫量界于1.83%0.18%，平均0.63%，属特低硫煤（一个样品属于中硫煤），11891204.8m（太原组段）测样品5个，含硫量3.78%1.75%，11891192m太原组顶部4个样品属富硫煤，只一个样品属中硫煤。据D1井含硫量测定，在1200.61232.35m（山西组）测定样品3个，含硫量1.060.43%，平均0.603%，属特低硫煤，D2井915-980.6m测煤样4个（山西

13、组），含硫量2.090.53%，平均0.98%，也属特低硫量（一个样品中硫煤），1004.721069.62m（太原组）测4个样品，含硫量2.650.59%，除1004.721005.62太原组顶部一个样品属富硫煤外，其它属特低硫煤。D3井仅于山西采一个样品，含硫0.87%，仍属于特低硫煤。总之，山西组属特低硫煤，个别样品属中硫煤。太原组4个样品为富硫煤（都分布在太原组顶部），3个样品特低硫煤，一个属中硫煤，以上说明该区仅太原组顶部有海侵，基本上属于谈水沼泽环境。表6-4 煤岩煤质测试结果样品编号样品类型层位煤层编号埋深m水分（%）灰分%挥发份%真密度t/m3Ro煤级DS-2煤芯P1s3煤11

14、67.331168.350.9511.9622.71.421.095肥DS-5煤芯P1s3煤1172.81173.80.814.0125.151.41.125肥DS-7煤芯C2t4煤1201.01202.01.2232.3319.481.61.109肥DS-8煤芯C2t6煤1263.81264.60.663.2619.691.321.205焦DS-9煤芯C2t6煤1267.81264.60.6612.5819.821.441.205焦DS-11煤芯C2t6煤1267.61268.70.6512.7219.651.41.481焦DS-12煤芯C2t6煤1269.71270.71.2230.581

15、8.461.71.570焦灰分含量过高，造成真密度过高3、煤层的煤阶煤层气的生成与煤阶有直接关系。一般情况下，中变质煤甲烷生气量最大。从大城地区资料（表6-5）反映出：大城凸起高部位煤阶最高，大参1井、大1-1等井为1.02-1.39%，属于肥煤，个别煤样属于焦煤，而低部位则属于气肥煤。表65 大城地区分析成果表井号煤层组胜1文36葛8大参1大11一0.660.8851.02二0.570.85三1.1761.11四0.881.391.109五0.66六0.680.961.365平均0.670.570.891.201.194、煤岩显微组分大城凸起已分析包括11井在内的煤岩显微组分44个样煤样，其

16、稳定组分032.80%，壳质组分00.7%，镜质组分49.2590.00%，惰质组分3.746.71%，从表6-6中可以看出，尽管各煤组镜质组含量有所差异，但变化范围不大，其平均值75.75%83.5%，表现出镜质组含量高的特点，本区煤层以镜质组和隋性组为主，惰性组明显偏高。表67也说明：三、四煤在大参1井、大11井表现为高镜质组分，高的镜质组分可以形成大量天然气。大参1井、大11井煤岩在镜下观察其镜质组主要为均质镜质体、结构镜质体和团块镜质体。在普通反射光下，这些镜质体一般为灰白灰黄色，其中均质境质体具有明显的垂直裂缝。在荧光显微镜下，部分镜质体具有棕褐色荧光，镜质体的显微五角星缝见有黄绿色

17、荧光的液体烃全充填、半充填或不连续充填。说明镜质体具有一定生成液态烃能力，且确有生液态烃的历史，但镜质体的荧光颜色普遍较深，荧光强度大部分较弱，又反映出生液态烃潜力不高。本地区稳定组分低，因此，从现有的分析看，大城凸起煤岩主要具备生气能力。根据以上分析可知：大城凸起煤层具有丰富的镜质组分，中等演化程度，能够形成大量的天然气；镜质组可以生成少量液态烃，但生液态烃潜力不高；高的镜质组含量可能具有高的吸附能力。 表66 大城地区煤岩组份分析表 组分煤组稳定组（）镜质组（）惰质组（）壳质组（）范围样品数平均值范围样品数平均值范围样品数平均值范围样品数平均值一0-522.581-86283.55-927

18、二3.5-867.449.25-82.6672.18.7-29.12619.3三0.82-32.28911.7860.34-821175.755-25.411114.74四0-11.7145.2766.28-901577.443.7-30.471516.490-0.770.269五3137517520120六0-102553.29-85.26776.3310-46.71718.94表67 大参1井、大11井煤岩组份分析表 组分井号 煤组稳定组（%）镜质组（%）惰质组（%）腐泥组（%）范围样品数平均值范围样品数平均值范围样品数平均值范围样品数平均值大参1三0-0.9950.43252.76-95

19、.14581.163.5-19.32510.040.91-33.0758.36四2.48-87.04521.2811.85-81.78562.391.11-25.39514.270-4.9852.06大11三81.43-81.45281.4418.55-18.57218.56四69.53169.5330.47130.476.1.4 煤层气储层特征1、煤岩节理、割理、显微裂缝煤岩中的节理、割理及显微裂缝是煤层甲烷渗流的主要通道（1）节理节理是构造应力作用的结果，它通常穿过煤层顶、底板。该类裂缝是气流、水流通过的主要通道。大参1井、胜1井岩芯均有出现，其密度小于10条/m，且节理壁平直、紧闭，多被

20、方解石完全充填，属于剪性节理，它不是大城地区的主要流体通道。（2）割理割理是煤化作用和构造应力影响的产物，对渗透性影响大，煤中割理越发育，其渗透性愈高。据二难抛光煤片显微镜下观察统计，大参1井三煤组为半亮煤，具条带状结构，层状构造，该煤样水平裂隙稀少，但垂直裂隙发育，垂直裂隙不仅在镜煤条带中密集发育，在非镜煤条带中也有，但裂隙规模较小，间距较大。裂隙被方解石充填，在层面上可见两组发育程度不同的割理。大参1井四煤组，为半暗煤，具条带状一线理状结构，层状结构。该煤样中裂隙主要发育在亮煤和镜煤条带中，有垂直裂隙和顺镜煤条带的水平裂隙。在镜煤中的水平裂隙长达8cm，宽度达1.0mm；这类裂隙数量少，但

21、连通性好，成为理想的流动通道。通过对大11井主国煤层系统观察发现：三、六煤广泛发育裂隙及植物残体胞腔孔部分孔隙被充填，充填物为方解石、黄铁矿、四煤较发育粒间孔。现场煤芯观察，大11井三号煤层割理非常发育，金属光泽，阶梯断口，面割理频度12条/m，延伸2方解石半充填31未充填231169.501170.70半光亮煤21未充填3.50.25未充填331172.81173.8半光亮型煤1.66方解石半充填2.50.5未充填461263.81264.6半暗淡型煤0.52半充填黄铁矿10.5半充填黄铁矿561265.61266.8光暗淡煤21未充填-未充填661267.61268.7半光亮型煤2.31未

22、充填1.21000A为强烈渗透空间；显微裂缝中平行缝和斜缝比垂直缝发育。（4）煤岩及碳质泥岩扫描电镜下裂缝特征大参1井及大11井碳质泥岩及煤岩从电镜照片上可以看出煤样中裂缝形状多样，有直线缝、平行缝、丁字缝、交叉缝、颗内裂缝、晶间缝、颗粒断开缝、颗粒破碎缝、大小裂缝可以相通关系相配匹。这些大缝和连能的微缝无气体流动有重要意义。碳质泥岩相对比较致密，微裂缝多不连能。电镜扫描结果说明：煤岩晶间、孔隙很发育，能容纳大量四烷气体；煤岩中裂缝类型多，大小缝相通性好，有利于气体运移，一旦大缝中气体压力平衡体系被破坏，大缝中的气体可以自由流向低压区，同时微小缝中气体流向大缝中，晶间缝、孔中吸附状态气体将渗流

23、到小缝再流向大缝；碳质泥岩中微裂缝的连能性差，这说明如果煤层顶板发育有碳质泥岩无疑对煤层气具很好的封盖作用。（5）裂缝与煤岩组成分析煤岩显微结构可以看出，在中等变质条件下，显微组分中镜质组含量越高，其对应的显微裂缝发育程度。由此推论：大城凸起煤岩的镜质组含量高，因而大城的微裂缝比较发育。综上所述，认为： 煤岩具较发育的微裂缝、晶间孔及割理，这些裂缝、孔隙有相当数量有利于煤层气的渗流，从而易于解吸开发； 煤层孔隙度、渗透率比泥岩、本段砂岩、碳质泥岩都好，是煤系段最好的储气层； 电镜扫描照片显示大缝均具张裂缝特征，发育连通的裂缝系统是煤层具有高渗透率的关键；晶间孔、缝尽管可以连通，但喉道较小，很难

24、使流体自由通过，特别是有较大分子流体堵塞时更是如此。因此，构造破裂作用和地层差民压实产生裂缝对于提高煤层渗透性很重要。2、煤层孔隙度根据现场获取的资料，大参1井煤芯实测孔隙度在1179.92m处为5.82%，1177.05m为4.4%，11781180m为2.86%，1204m为2.92%，与砂岩储油层相比属于特低孔隙类型。为进一步研究大城凸起煤岩孔隙结构特征，我们对大11井的5个煤样进行压汞分析，分析仪器为9220，最高压力206.8423MPa，最小孔隙直径为0.003626m，分析结果曲线形态可明显分为两种类型，见图6-1。 （1）孔隙型压汞曲线一般这种曲线形态在致密砂岩储层中是最常见的

25、形态特征，即初始压力低，克服麻皮效应的进汞量为520%，平均为15%。这里以出现平坦段切线作为排驱压力，这类曲线特征在煤中不多见，大11井5块煤样中有2块这样情况（曲线3、5），这类曲线特征如下：I 汞饱和度较低；II 排驱压力大；III 中值压力高，0.2212.211MPa（表6-9）中值半径小，约为0.33263.357m；IV 退汞效率高，达70%74%，视孔喉体积比小，孔喉相对均匀；V 与同类型的泥岩相比，泥岩退汞效率低（约40%），视也喉体积比小。图6-1 大11井毛管压力曲线特征图表69 大11井煤层气毛管压力曲线特征表序号样品编号层位/煤层号深度孔隙度（）饱和度中值压力（MPa

26、）中值半径()类别1DS-1P1s/3煤1167.354.960.02037.5928C2DS-2P1s/3煤1169.502.940.007100.7398A3DS-3C2t/6煤1263.804.122.2110.3326B4DS-4C2t/6煤1265.608.580.006116.4108A5DS-5C2t/6煤1269.704.360.2213.3257B（2）裂缝-孔隙型压汞曲线这类曲线在油层砂岩中很少发现，在汞曲线上出现一个和多个平坦段，在很低的压力下，汞饱和度可达50%以上，缺乏克服岩样麻皮效应的压力段或不明显，因此排驱压力不易确定，我们把类曲线称为裂隙孔隙型曲线，大11井部分

27、样品呈现这种情形（曲线2、4），其特征如下：I 最大汞饱和度可达98%；II 排驱压力不易确定，本次使用汞饱和度为10%时对应的压力；III中值压力低（0.00420.0043MPa），中值半径大（100.7398116.410m）；IV 退汞效率高，视孔喉体积比大(1.441.98)，孔喉分选相对均匀。另外还存在一种过渡类型，本井DS1号样品呈现这种类型（曲线1）.综上所述，大11井煤层孔喉结构分为三大类（图6-2）。 图6-2 大11井两种不同类型典型孔喉分布频率直方图A类：如6号煤，排驱压力高，中值半径小，微孔相对含量较高，主要体现为基质孔，难以开采。B类：3煤及少量6煤，排驱压力低或划

28、不出排驱压力，中值半径大，大孔总量相对含量较高，主要体现为裂隙孔，容易开采。C类：为二者过渡类型：综上所述，大11井区三煤组裂隙孔发育，有利于开采；六煤组基质孔发育，难以开采。表610统计了大参1井三、四煤孔喉体积的分布情况。从表中可以看出，在大城凸起三、四煤组是以微孔为主，同时也具备气体扩散和流动中的中、大孔隙，特别是具有3344%的大孔，这是开发煤层气时煤层气脱离煤表面后首先在煤层中流动的重要通道。这些中、大孔隙如被微裂缝连通，则对于气体的流动将非常有利。表610 大参1井压汞测试结果表煤 样 孔 隙 体 积 百 分 比 三煤样微孔46.38小孔5.80中孔3.67大孔44.15四煤样微孔

29、54.91小孔5.96中孔5.96大孔33.176.1.5煤层含气性及吸脱附特征1、煤层含气性含气性是制定煤层甲烷开发计划，进行资源评价有可缺少的参数，对煤层气可采量的预测、井的结构和优化管理条件有直接影响。据大11井现场测录井显示，在非含煤地层中未发现油气显示，从井深1104m气测开始异常，测井解释15层，其中含气水层5层20m，含气显示3层15m，煤层气层7层34m，见表611、612。表611 大11井气测录井显示汇总表序号井段m厚度m全烃基值（）显示含量（）甲烷乙烷丙烷异丁烷氢气泥浆含气量地面含气量地层含气量解释结论11104-110950.0761.90119.700.3779.93

30、0.0110.0150.006含气水层21113-112180.2365.00194.470.220.035.280.1460.6130.245含气水层31124-112620.2920.71685.310.270.0914.330.0710.6980.279含气水层41132-113530.0920.68267.470.920.370.1831.050.0170.4130.165含气水层51141-114650.30855.28395.800.014.190.6682.8141.125煤层气61149-115120.5091.12694.950.400.164.490.0250.2800.1

31、12含气水层71162-116530.40470.29799.060.200.740.75412.184.872煤层气81168-117570.56176.94098.830.270.890.8854.5181.807煤层气91183-118630.78065.81299.710.290.6633.3831.353煤层气101199-120450.68088.48099.980.020.5421.6010.640煤层气111220-122770.13016.30099.910.060.030.0630.6790.272含气显示段121235-124160.3107.78099.930.070.

32、6244.7781.911含气显示段131249-125340.77021.4499.930.2613.010.7727.8823.153煤层气141264-127170.3202.52099.810.190.2461.4680.587煤层气151274-127620.2601.90099.350.650.0300.5810.232含气显示段从表611中可以看出煤层有效可解吸量1.0211.69m3/t，平均4.84 m3/t，总含气量为1.4113.25m3/t，平均5.33m3/t。五煤含气量明显大于六煤，现场作含气试验亦说明该问题，在11521277m（三煤芯）试验时，煤芯全部见气泡，部

33、分煤芯出筒时能听到“滋滋”的声音；六煤虽见气泡，但出筒时未有声音。试验区处于三省庄构造高点，含煤层系被断层侧向遮挡，未全部剥蚀。大参1井含气量为4.9714.85 m3/t，平均10.79m3/t，甲烷含量89.2798.06%，表612 大11井含气量测试综合成果表样品编号煤层编号样品类型取样深度（m）水分（%）灰分（%）解吸样量（g）解吸气量（sl）损失气量（sl）残余样量（g）残余气量（sl）含气量（m3/t）可燃质原煤DS-1三煤煤芯1167.35-1168.350.9511.961069.038.9981.403468.3200.23611.6310.23DS-2三煤煤芯1167.3

34、5-1168.350.9511.96355.821.5510.3936.205.46DS-5三煤煤芯1172.8-1173.80.814.01899.458.4712.047358.6900.56115.4413.25DS-7四煤钻屑1201.0-1202.01.2232.331571.006.9561.613497.1300.3749.196.20DS-8六煤煤芯1263.8-1264.60.663.261751.473.1850.250433.3600.1532.402.31DS-9六煤煤芯1263.8-1264.60.6612.581188.621.6120.374433.3600.14

35、12.292.00DS-10六煤煤芯1265.6-1266.90.6512.721266.132.0890.1352.011.76DS-11六煤煤芯1267.6-1268.70.6512.721247.031.1480.122320.5800.1241.621.41平均92.43%，甲烷碳同位素为-4.687-5.551%，平均含气量和甲烷含量比大11井高5.46m3/t、2.76%，差别较大，见表613。表713 大参1、大11井煤层气含量对比表参数井号含气量（m3/t）甲烷含量（）甲烷碳同位素（%）范围平均范围平均-4.687-5.551大参14.97-14.8510.7989.27-98

36、.0692.43-4.99-5.88大111.41-13.255.3378.88-95.1589.67差值5.462.76上述分析表明本区煤层气含气量无论在纵向上和横向上变化都比较大。位于大城凸南部斜坡的大试1井情况现是不同。大试1井钻井过程中无气测异常和录井无气的显示，据廊坊分院现场实测，该区煤层气含气量基本为0m3/t，见表6-14。反映了该区长期处于古甲烷风化带。石炭二叠系煤系地层沉积后，印支运动以来受沧县隆起持续抬升的影响，大城凸起遭受长期风化剥蚀，特别是大试1井井区煤系上覆有效厚度仅剩100m左右，气体散失逸尽，到喜山期晚第三纪明化镇组沉积，才整体覆盖一套河流相的粗碎屑岩地层。表7-

37、14 大试1井含气量测试综合成果表样品系编号煤层号样品类型取样深度(m)水分（%）灰分（%）(%)含气量（m3/t）可燃质厚煤Cbm961001g6煤煤芯1309.711311.151.488.220.8000Cbm961002g6煤煤芯1311.151313.261.549.400.8000Cbm961003g6煤煤芯1311.151313.262.4237.600.8100Cbm961004g6煤煤芯1308.691309.711.3123.920.8000Cbm961005g6煤煤芯1309.711311.151.388.280.81002、吸脱附特征煤中的气体主要是以物理吸附的形式被吸

38、附在煤体内表面上，吸附量的大小受很多种因素影响，主要是压力、温度、煤的变质程度、煤岩组分、气体成分、水分等。研究吸附状态气体的赋规律及其影响因素，对于评价煤层甲烷气富集条件，预测产能具有重要的现实意义。廊坊分院对大11井5块样品进行了吸附等温测试，结果见表6-15、图6-3。表6-15 大11井煤层等温吸附实验综合成果表样品编号DS-2DS-7DS-8DS-9DS-11深度1167.35-1168.351201.0-1264.61263.8-1264.61263.8-1264.61267.6-1268.7煤层号3煤4煤6煤6煤6煤层位P1sC2tC2tC2tC2t水分（%）0.951.220.

39、660.660.65灰分（%）11.9632.333.2612.5812.72原煤兰氏体积（m3/t）17.1325.4121.6925.9817.92兰氏压力（MPa）3.4327.5593.4064.7073.113可燃质兰氏体积(m3/t)20.0939.1423.9032.2021.74兰氏压力(MPa)3.4327.5593.4064.7073.113拟合系数0.99330.9610.99980.99730.9965 图6-3 大11井煤层等温吸附曲线从表6-15中可以看出，本区主力煤层煤层气最大吸附量（即兰氏体积）为17.1325.98m3/t，平均为21.6m3/t，兰氏压力为3

40、.1137.559MPa，平均为4.44MPa，六煤的吸附能力较三煤稍强。含气饱和度是实测含气量与原始储层压力对应的吸附量的比值。通过对含气量和吸附等温线的分析，可以确定煤层含气饱和度和解吸压力。经测算，大11井三煤、四煤的解吸压力分别为4.57MPa、2.13MPa，含气饱和度分别为79%、41%，从煤层含气饱和度和解吸压力来看，三煤高于四煤。8.1.6渗透率特征渗透率是衡量多孔介质允许流体通过能力的一项指标，煤岩变质程度、煤岩显分、埋深、煤层空间产状等都会影响渗透率值。获取方法有三种，实验室岩心分析测试（基质渗透率），不稳定试井及数值模拟。廊坊分院对大11井三煤、六煤煤芯进行了全直径渗透率

41、测试，测试结果表明大城地区煤层渗透率值较低，见表6-16。表6-16 大11井三煤、六煤全直径渗透率测试结果表DS-5 P1s 3煤 1172.81173.8m渗透率环压MPa0.01623.60.012850.006646.990.003768.380.002839.6DS-8 C2t 6煤 1263.81264.60.143.930.1025.40.08116.450.06587.540.0498.620.03999.9DS-10 C2t 6煤 1265.61266.80.006095.990.003877.450.002548.540.001749.760.0009911.19不稳试井是

42、获取渗透率的重要手段之一。在煤层气勘探开发早期，试井参数的获取对煤储层的评价起着至关重要的作用。大参1、大11、大15井均采用了注入/压降手段对煤层压裂前后进行测试，从测试结果看（表617），压裂前煤层渗透率均小于。结合现场录井及室内测试分析，可以认为大城地区煤储层的渗透率是比较低的，对煤层气的开采是有利的。表6-17 大城试验井组煤层气试井测试结果表项目大参1大11大15煤组4#4#2#+3#4#2#+3#渗透率10-3m20.1070.20610.20410.31850.5892表皮系数-1.29-5.971-1.73气、水相对渗透率是描述煤储层气、水流动状态的重要参数之一。大11井煤层气

43、、水相对渗透率曲线见图6-4。图6-4 大11井煤层气、水相对渗透率曲线6.2 试验井组工程简况及效果评价6.2.1井组布井方式试验井组位于天津市静海县子牙乡大邀铺东南1000附近，由大11、14、15、16和大参1井共同组成煤层气勘探试验井组，井距200-250m、原设计为不等距梅花形井网，因大12、大13井未钻，便形成目前的井网方式，见图6-5。构造位置处于沧县隆起大城凸起三呼庄构造高部位，井口海拔5m，设计井深大11为1335m，实际完钻井深为1345m，大14井为1355m，实际完钻井深为1345m，大15井1380m，实际完钻井深为1350m，大16井为1380m，实际完钻井深为13

44、40m.主要目的层为石炭二叠系山西组三煤和太原组六煤组。图6-5 大城试验井组井位示意图钻探目的是：（1）通过井组钻探获取关键性评价参数，包括煤层的分布，煤质阶的演化规律，含气量的变化趋势，储层割理的发育程度和延伸方向等，进行储层产量历史模拟，确定井组最佳试气方案。（2）通过井组钻探，进行大面积排液、降压和试气试验，进一步深化理论研究和各项技术的系列化、规范化，掌握并完善一整套煤层气开采工艺技术系列，为2000年后煤层气工业的发展奠定基础。6.2.2开采方式及工程试验效果评价1、开采方式大城试验井组采用大11、大14、大15、大16四口井同时排水降压的方式进行开采试验，大参1井作为观察井。当煤

45、层压力降低到解吸压力以下时，吸附在煤层中的煤层气解吸出来，解吸的气体通过基岩孔隙和微孔隙脱附扩散进入裂缝网络，再经裂缝网络流向井筒。试验井组选用的抽排设备为数控链条式抽油机系统，该系统综合了微电技术、电力电子技术、过程控制技术，是一种能随机改变运动“姿态”的实时数字控制电动系统。该系统采用的高新技术有：（1）有多个微处理器的数控技术（2）交流变频调整速器技术（3）稀土低能耗电机（4）精密的机械传动系统2、工程进展简况及效果评价 （1）一般来说，钻井中钻遇煤层时容易出现垮塌现象，眼扩径，形成一个“大肚子”，固井后则在煤层部位出现水泥环过厚的状况。因此要求煤层射孔时枪弹的穿透率和穿透深度要比一般砂

46、岩油气层要高，否则将不能达到很好地沟通煤层的目的。在试验区煤层气井实施的过程中，4口井的射孔枪弹均采用了目前国内成型的正规厂家生产的产品，102枪、127弹射孔，射孔弹发射率均为100%。试井解释结果表明，采用上述工艺技术的煤层表皮系数为-1.73-5.97，表明射孔质量为优良。（2）单相注入压降试井该项工序是在保持煤层原始压力系统的状态下，通过以低于破裂压力的排量保持一定时间的注入后关井测压降曲线，利用试井的原理进行煤层系统渗透率的解释，用这种方法确定的渗透率普遍认为较有代表性，弥补了煤层割理发育室内测试不准确的缺陷。采用的管柱结构：压力计托筒+筛管+井下开关装置+压力锚+压力计托筒+反循环

47、阀+油管+井口开关装置。泵注系统是注入/压降测试的核心，特点是压力高，排量低，脉冲小，连续工作时间长。由于国内的注入泵很难满足上述要求，因此选用美国贝克休期公司的注入泵及绳缆车，配有变速、过压保护、压力缓冲、减震、计量等装置，不仅可用于套管测试，同时可用于煤层气井压裂前后裸眼中途测试。记录设备为电子存储式压力计。该工艺完整合理、精确度高，保证了试井质量及资料的可靠性。（3）压裂由于煤层的特殊性，要求压裂设备在高的施工压力下实现大排量的注入，并能够实现自动监测计量分析，以确保煤层压裂施工的成功率和资料录取的准确性。煤层气试验区井的压裂设备选用了美国Halliburton和“西方”的公司生产的千型

48、压裂车组，该车组最大排量大于8m3/min，最高压力大于100MPa，实践证明，能够满足煤层气井压裂施工的需要。由于煤层储层具有松软、割理发育、内表面积大、吸附性强、压力低等与油藏储层不同的特性，由此而引起的高注入压力、复杂的裂缝系统、砂堵支撑剂的嵌入、压裂液的返排及煤粉堵塞等问题，使得煤层气压裂液与油气田压裂液存在毒害差异，主要表现在：a、由于煤岩的表面积非常巨大，具有较强的吸附能力，要求压裂液同煤层完全配伍，不发生不良的吸附和反应；b、煤层割理发育，要求压裂液本身清洁，除配液用水应符合低渗注入水水质要求外，压裂液破胶残渣也应较低，以避免对煤层孔隙的堵塞；c、压裂液满足煤岩层防膨、降滤、返排

49、、降阻、携砂等要求。对交联冻胶压裂液要求其快速彻底破胶。根据煤层气试验区的煤层地质特征及压裂工艺的要求，对煤层气井交联冻胶压裂注解提出了以下要求：适用温度与地层温度相匹配；在地层温度、剪切速率下剪切lh，线性及压裂粘度不小于；交联冻胶压裂液粘度不低于；破胶时间10h以内，破胶后压裂粘度小于；控制压裂液体系和表面张力小于30mN/m、界面张力小于2mN/m；尽可能降低压裂液成本。试验区压裂液使用情况：活性水压裂液：大11井和大16井（各两次）。冻胶压裂液：大14和大15井（各两次）。在压裂施工中，每口井加砂23.145.83m3，排量47m3/min，每次施工51120min时间，施工顺利，形成

50、动态裂缝5187m，支撑裂缝38。从注入试井解释、裂缝监测结果及压后的产液出气情况来看，4口井的压裂是成功的。（4）地面电位法诊断水力裂缝地面电位法诊断水力裂缝的实施对评价压裂效果，优化施工方案都是及其重要的。压裂施工中，如果所用压裂液相对于地层为一良导体，即：注入液体电阻率与地层介质电阻率差异较大，这时向地层供电，这部分压裂液在地层中即可看成一个场源，由于它的存在将使原电场的分布形态发生变化。即：大部分电流集中到低阻带，造成低阻带周围介质的电流发生变化。因此，在压裂井周围环形布置多圈测量电极，采用高精度的电位梯度观测系统观测压裂前后电位梯度的变化，经过一定的数据处理，就可达到解释推断裂缝延伸

51、方位的目的。根据诊断结果，大11井二、三煤和四煤的裂缝方位为、，大15井二、三煤和四煤的裂缝方位为，基本上与大城凸起纵轴的方向一致。说明试验井组的压裂效果是好的。（5）井间CT成像评价压后效果井间地震声波层析成像技术简称井间地震CT法，是90年代以来井间地震声波借助医学的CT技术发展起来的一项新兴技术。国外美国、加拿大在CT研究和试验方面取得了重要进展、资料表明，井间地震声波的主频在20600HZ，可以分辨出35m左右的薄层，纵向分辨率可达：若震源频带进一步加宽，可分辨出12的薄层。井间CT法是通过改变震源和接受器的位置进行发射和接收。由于地震波的传播速度和能量的衰减取决于地层的岩性、物性、流

52、体性，故利用所激发的弹性波到接收器的传播时间、振幅特性，经数据处理即可进行煤层描述及压裂后变化特点分析。该方法由于采用井中激发和井接收，避开了地表噪声干扰及表层低速带造成的能量衰减，从而能获得高频信息。利用井间CT方法，可以通过井间CT测量数据层析处理与分析，描述煤层厚度、形态、分布等，为煤层储层的特性宣评价提供资料。另外，通过压裂前、后煤层气井间CT测试，可对煤层压裂后形成的裂缝进行平面、垂向分布以及断裂构造分布特征研究，为煤层气井组可采性评价提供依据。选择大15井为发射井，大11为接收井进行试验，测试井段11301210m（二、三、四煤组）。井间CT 测试结果如下： 压裂前低于2.99km

53、/s的波速圈定的低速带有两大层，一层由大11井11441148m延伸至大15井11431148m处，该层对应于山西组二煤组。层内具有局部不均匀性，反应了煤层内部物性有一定差异，层内裂隙节理较发育。另一层由大11井11641180m向大15井延伸至11681172m处该层对应于山西三煤组下部。层内裂隙节理发育，连通性好，但物性仍有差异。其顶部盖层分别为泥岩、砂岩层。下伏岩层为泥岩较薄的泥质砂岩和致密砂岩。太原组四煤组的波速较高，其中可能夹有砂岩或钙质白云岩。两小层中，第一层由大11井中11851189向大15井延伸至11821190m附近，中间速度分布不连续。第二层由大11井11981203向大15井延伸至11981203m处，连通性较好。该煤组顶底部均为砂岩层。 压裂后的CT层析成像图,从整体上看，低速带范围较压前明显扩大。山西组二煤