华北地区各类煤储层孔隙、吸附特征及试井成果分析_工程实践

摘要

摘要：为系统总结华北地区各煤类的主要物性特征，指导煤层气的勘探开发，对该区各种煤类共205件煤样进行了压汞实验，分析了各煤类孔径结构的比孔容、比表面积特征。基于180件煤样的

摘要：为系统总结华北地区各煤类的主要物性特征，指导煤层气的勘探开发，对该区各种煤类共205件煤样进行了压汞实验，分析了各煤类孔径结构的比孔容、比表面积特征。基于180件煤样的高压等温吸附实验，探讨了朗格缪尔体积(V_L,daf)、朗格缪尔压力与煤级的关系，发现朗格缪尔体积与煤级的关系呈现出两段式变化模式，即煤化程度在R_o,max＜4%之前，V_L,daf随R_o,max的增加而增大，当R_o,max＞4%后，V_L,daf随R_o,max的增加而减少，而朗格缪尔压力与煤级的关系复杂，数据十分离散。基于该区煤层气试井成果(170层次试井储层压力、204层次试井渗透率)，划分了煤储层试井储层压力、试井渗透率类型：该区以欠压储层为主，占69.4%左右，正常压力储层占27.1%，超压储层仅占3.5%，储层压力梯度总体随埋深的增加呈现出增大的趋势；超低渗透储层占26.0%，低渗透储层占36.8%，中渗透储层占18.1%，高渗透储层占19.1%，试井渗透率总体随埋深的增加而减少。

关键词：华北地区；煤层气；储层；孔隙性；吸附性；朗格缪尔体积；储层压力；渗透性

截至2010年，中国施工各类煤层气井超过5400口^[1]，其中参数井约300口，主要分布在华北地区的山西、陕西、河南、河北、安徽等省，目的煤层主要为华北地区石炭二叠系山西组、太原组，涉及的主要煤类从气煤至无烟煤，镜质组反射率介于0.40%～4.50%。前人对单一煤类或局部地区煤储层孔隙性、吸附性、试井储层压力、试井渗透率等进行过研究^[2～6]，但对华北地区总体煤储层试井成果尚缺乏系统总结。

1 孔隙、吸附特征

1.1 孔隙特征

华北地区205个煤样(煤类从褐煤至无烟煤，镜质组反射率介于0.40%～4.50%，表1)的压汞实验表明，褐煤、长焰煤各孔径结构中比孔容分布较均匀(表1、图1)；其他煤类中大孔、过渡孔占较高比例，中孔不发育，除气煤达到11.65%外，其他均低于7.18%，尤其是贫煤、无烟煤大孔占比超过50%，中孔低于6.64%(表1、图1)，成为煤层气解吸、扩散/渗流的“瓶颈”。

各煤类各孔径结构中比表面积微孔、过渡孔占绝对多数(图2、表2)，成为煤层气吸附的主要场所，大孔均低于0.82%，中孔除褐煤达到6.49%，长焰煤达到2.07%外，其他均低于0.82%(图2、表2)。

1.2 吸附特征

180件煤样(R_o,max介于0.67%～8.61%)在30℃、平衡水条件下的等温吸附实验成果表明，朗格缪尔体积(V_L,daf)介于4.69%～51.90%，呈现出两段式变化模式，即煤化程度在R_o,max＜4%之前，V_L,daf随R_o,amx的增加而增大，当R_o,max＞40后，V_L,daf随R_o,max的增加而减少(图3)；朗格缪尔压力(p_L,daf)介于0.20～5.58MPa，在R_o,max＜1.3%之前，p_L,daf随R_o,max的增加而减少，当R_o,max＞1.3%后，p_L,daf耐随R_o,max的增加而增大(图3)，但数据十分离散。

2 试井储层压力、渗透率特征

2.1 储层压力特征

本次收集华北地区煤储层试井储层压力170层次，主力煤储层的储层压力梯度变化范围为(0.15～1.24)MPa/100m，平均为0.71MPa/100m。

其中，严重欠压储层(储层压力梯度小于0.5MPa/100m)占21.2%，欠压储层(储层压力梯度介于0.5～0.75MPa/100m)占29.4%，略欠压储层(储层压力梯度介于0.75～0.90 MPa/100m)占18.8%，正常压力储层(储层压力梯度介于0.90～1.10MPa/100m)占27.1%，超压储层(储层压力梯度大于1.10MPa/100m)占3.5%(图4)。储层压力梯度总体随埋深的增加呈现出增大的趋势(图5)。