煤系“三气”合采储层可改造性研究——以鄂尔多斯盆地东缘临兴-神府区块为例

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煤系“三气”(致密砂岩气、煤层气和页岩气)合采是在认识现有地质条件下煤系多种气体资源综合开发的新模式。由于这三种非常规天然气共存,虽然可以单独开发,但是会带来较低的资源可采率以及较高的开采成本,因而在煤系储层组合中进行共同压裂改造可以达到增产效果并提高经济效益。近年来煤系“三气”合采研究刚开始起步,多气合采储层可改造性评价指标与评价参数没有开展系统的研究工作,对多气合采储层可改造性评价模型了解甚少。因此在“三气”合采之前进行储层组合特征及其可改造性研究成为重要课题。本文以鄂尔多斯盆地东缘临兴-神府区块煤系为例,建立储层组合观念,开展宏观与微观相结合,包括野外与矿井下地质剖面观测,以及煤岩组成、镜质组反射率、页岩TOC、页岩干酪根类型、岩石热解、XRD全岩、XRD黏土、薄片、扫描电镜、单轴压缩实验、三轴压缩实验、抗拉强度实验、合层压裂物理模拟等样品测试与实验方法,划分不同储层组合类型,阐明地层煤系“三气”合采储层宏观特征,研究储层微观结构与物性特征;开展岩石力学实验及储层组合压裂物理模拟,明确储层组合可改造性的主要影响因素,阐述储层组合可改造性的评价指标与主要参数,采用层次分析法与突变理论建立适用于临兴-神府地区储层组合可改造性评价模型,对研究区不同井各储层组合进行定量评价。通过这些研究取得如下成果和认识:(1)划分煤系不同类型储层组合,阐明煤系“三气”合采储层地质特征。研究区煤系基本储层组合类型划分为A型(砂岩+页岩型)、B型(砂岩+页岩+煤层型)、C型(页岩+煤层型)和D型(砂岩+煤层型)四类。研究区煤储层厚度分布不均,平均厚度22.21m,孔隙度5.0%-7.1%,渗透率0.14-9.68m D,以半暗型煤和暗淡型煤为主,煤岩成熟度分布0.7%-1.2%,煤系烃源岩处于成熟阶段中-后期,灰分产率15%左右,属于低灰煤,具条带状结构,块状构造,参差状断口,部分煤岩发育多期不规则节理。泥页岩储层石英含量较低,黏土矿物含量普遍偏高,部分有机质发育有溶蚀孔,微裂隙发育,储层厚度分布不均,平均孔隙度1.99%,渗透率0.001-0.1m D,TOC含量普遍小于10%,有机质类型以Ⅲ型(腐植型)和少部分为Ⅱ-2型(腐泥-腐植型)为主。致密砂岩储层岩石类型主要为岩屑砂岩和少量的石英砂岩,储层孔隙度2.78%-7.86%,渗透率0.2-0.91m D,其中以太2段致密砂岩储层物性条件发育最好,储层发育以溶蚀孔为主,少量的残余粒间孔和微裂隙。(2)开展煤系“三气”合采储层岩石力学实验及储层组合压裂物理模拟。基于单样与组合样岩石力学实验,认为不同岩样之间抗压强度和弹性模量相对大小是砂岩>页岩>煤岩,泊松比相对大小是砂岩<煤岩<页岩;砂岩粒度越小,抗压强度越高,泊松比越高;石英含量增加导致抗压强度增高,泊松比变小;各单样弹性模量和抗压强度之间呈现线性关系,组合样弹性模量和抗压强度之间呈现指数关系,砂页岩组合样弹性模量值较高,含有煤岩组合样弹性模量在10000MPa左右;根据物理模拟研究认为压裂过程中应注意天然裂隙发育的影响,水平应力差是主要影响因素之一。(3)阐述储层组合可改造性的评价指标与主要参数,采用层次分析法与突变理论建立适用于临兴-神府地区储层组合可改造性评价模型。选定含气性参数、矿物组成、物性参数、力学脆性因子、断裂韧性和水平应力差为影响储层组合可改造性的因素,综合考虑各影响因素与可改造性之间的关系,根据层次分析法原理,建立由目标层、准则层和指标层组成的多层次结构,采用突变理论中的突变模型,按照指标层、准则层、目标层的层级关系,利用指标层逐层向上判定目标层,由此建立临兴-神府地区煤系“三气”合采储层可改造性评价模型。利用模型对临兴-神府地区煤系不同钻井储层组合可改造性进行了评价,研究表明:LX-13井2015-2022m砂岩+煤层型储层组合和SM-5井1971.5-2006.33m砂岩+页岩+煤层型储层组合分别是临兴和神府区块可改造性评价最好的层段。
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