为了查明平桥矿区薄互储层发育条件下,合层排采的可行性,依据多层叠置独立含煤层气系统理论,考虑煤层间距、储层特性等因素,将主要煤层划分为4个煤层气系统。结合平桥矿区测井、试井、等温吸附试验获取的原始物性资料,分析得出影响该区合层排采的2个主控因素。研究结果表明:第1煤层气系统和第2煤层气系统是合层排采的最佳组合。

从研究区含煤岩系地质、沉积构造和水文等方面入手,探讨了松河井田龙潭组含煤层气系统垂向上的分布规律。结果表明:该区煤层硫分与灰分总体上呈上、下高,中间低的规律;煤层含气量由顶部至底部总体呈现"上升–下降–上升"的趋势;煤层埋深–压力系数关系揭示煤层垂向上至少可划分为2套压力系统。龙潭组3个二级层序与3个岩性分段的地层界限较为一致,奠定了独立含煤层气系统的物质基础;每套系统之间缺乏水力联系,富水性呈"弱–中等–弱"的变化规律,构成了独立含煤层气系统的水文地质基础。龙潭组多层叠置独立含煤层气系统,是沉积–水文–构造条件耦合控气作用的产物,划分为3个独立含煤层气系统。研究结果为松河井田煤层气勘探开发提供地质依据。

针对黔西地区煤层气资源开发潜力及难度存在较大差异的特征,探索煤层气合层排采的最优层段。依托松河井田煤层气勘查开发示范工程实测资料,分析了井田煤储层发育及煤层气成藏特征,探讨了黔西煤层群发育区煤层气合层开发层段优选的原则、参数及方法,并据此利用模糊综合评判法优选出松河井田最优开发层段。研究表明:井田煤层气资源主要赋存于龙潭组煤系多个低渗薄至中厚煤层群中,煤系地温梯度表现为明显正异常,储层压力偏高,煤层含气量整体较高且含气饱和度高,具备良好的煤层气开发条件。综合分析认为,龙潭组9—12号煤组、13—16号煤组为井田煤层气合层开发的2个最有利层段。

为了评价黔西松河井田煤层气资源的开发潜力,依托松河井田煤层气勘查开发示范工程,探讨了井田煤层气赋存及成藏特征,采用类比法、等温吸附法及数值模拟法综合研究了煤层气资源可采性。研究结果表明:松河井田煤层气资源主要赋存于龙潭煤系多个低渗薄至中厚煤层群中,煤系地温梯度为3.0~5.5℃/hm,储层压力系数为1.08~1.40,含气量为6.46~20.99 m3/t,含气饱和度大于70%,煤储层具有高温、超压、高含气量、含气高-过饱和的特征,有利于煤层气的地面开发。采用类比法、等温吸附曲线法及数值模拟法得出的可采系数分别为:40%~53%、64.4%~69.9%及43.6%~44.3%,综合分析认为研究区煤层气可采系数为45%~50%,表现出较好的煤层气可采性特点。

基于煤系气共探共采示范工程,分析了黔西松河井田龙潭煤系煤层气-致密气赋存特征及开发条件,探讨了煤系气共探共采的适配性技术工艺。研究表明:井田煤系气主要赋存于龙潭煤系多个煤层及临近细砂岩、粉砂岩中,具备多煤层共采、煤系气共采的资源及开发条件。煤储层具有高温、超压、高含气量、含气高-过饱和的特点,适宜进行煤层气地面开发;但在区域高地应力背景下,裂隙闭合、矿物充填等原因导致储层原始渗透性差,煤系气地面开发需进行储层改造。气测录井、裸眼综合测井及含气层综合评价是井田煤系气共探共采中发现、认识、评价含气层及产气层段优选的关键技术,可为煤系气共探共采方案制定提供依据。在丛式井组开发模式下,"小层射孔、组段压裂、合层排采"系列工艺与井田地形地质条件相匹配,可显著提高多煤层共采、煤系气共探共采的工程效果。

基于黔西比德—三塘盆地12口煤层气井产出水样品的常规离子测试,揭示该区产出水离子动态特征及其对产能与层间干扰的指示意义:基于R型聚类分析,对离子类别进行了分类并探讨了其意义;比德向斜Z-6,Z-7,Z-10井为压裂液污染井,Cl-,Na+,Br-浓度呈异常高特点;随排采的进行,K+,Ca2+,Mg2+,Si4+等离子浓度呈增加趋势,SO42-呈降低趋势,反映产出水封闭性增强;提取Cl-+Na+离子浓度作为判识合排井层间干扰程度与产能效果的典型指标,高产井介于833.181 768.26 mg/L,平均1 321.55 mg/L,低产井介于259.22519.4 mg/L,平均380.72 mg/L,高产井产出水Cl-+Na+离子浓度显著高于低产井,阈值介于600800 mg/L,揭示产出水封闭性越强,越有利于煤层气高产,初步建立了基于产出水Cl-,Na+离子浓度的多层合排井层间干扰判识模板。结合排采层位,上部含气系统与中、下部含气系统共采兼容性差,建议今后优先开发中、下部含气系统。

基于17个钻孔和4个探槽的煤层数据及11个勘查区600多个煤芯解吸资料,以0.3 m作为单一煤层厚度的统计下限,采用煤层层数、煤层间距、煤层总厚度来表征黔西比德-三塘盆地煤层群的特征,探讨了各参数之间的相关关系,及煤层层数等值线、煤层间距等值线与煤层甲烷含量等值线之间的空间叠置特征。结果显示:煤层层数越多,煤层间距就越小,煤层厚度就越大,它们之间具有很好的乘幂关系。同时发现煤层层数等值线、煤层间距等值线与煤层甲烷含量等值线分布在空间上高度吻合;在煤层甲烷富集区,甲烷浓度高的区域煤层层数最多,煤层间距最小。由此进一步说明,在煤层群发育区,煤层间距小、砂泥比低、整体煤岩封闭性好导致的煤层之间"叠加"封闭,是煤层气保存的有利条件。

黔西地区煤层气资源丰富,但赋存条件复杂,开发难度较大。基于该区煤层气井注入-压降试井数据,重新厘定了本区煤储层渗透率划分方案,分析了地应力及其控制下渗透率、压力系统、气藏类型的空间分异特征,探讨了地应力的控藏效应及其对煤层气开发的启示:区域上,六盘水煤田地应力显著高于织纳煤田,煤储层渗透率为中低渗—低渗水平,异常超压发育,具有"应力封闭"特征,而织纳煤田煤储层渗透率为中渗—中低渗水平,以欠压状态为主,表现为"压力驱动"特点,可实现压降自由传递;垂向上,300 m和600 m为黔西地区地应力的转换深度,也是控制煤层气成藏特征的临界埋深线,300 m以浅以水平应力为主导,300~600 m水平应力与垂直应力共同作用,异常高压发育,600 m以深以垂直应力占主导。600 m以浅有利于统一流体压力系统的发育,以深有利于多层叠置流体压力系统的形成,并使气藏资源类型由"压力驱动型"向"应力封闭型"转变;基于成藏要素的台阶式跃变特征和多层次模糊综合评价,推测300~600 m为本区煤层气勘探开发的黄金带,织纳煤田高产井产层普遍位于该深度范围。

黔西是我国南方煤层气资源最为丰富的地区,客观认识多层叠置含煤层气系统控制下的煤层群有效排水降压和有序开发方法,是实现该区煤层气高效开发的关键。笔者以黔西织纳煤田肥田区块为研究对象,精细分析了含煤地层水文地质条件以及垂向上不同层段开发条件的差异性,基于抽水试验数据提取了视储层压力、压力梯度、单位涌水量、渗透系数、影响半径等有用信息,比较了不同层段水文地质条件在三维空间上的差异,采用模糊数学综合评判法建立了煤层气开发优先度评价因子,据此对不同层段煤层气开发潜力和开发顺序进行了探讨。认为肥二井田和肥三井田总体开发条件优于肥一井田,其中肥二中煤组、肥三上煤组和中煤组是较有利开发层段,各层段递进开发顺序为:肥三井田上段→肥二井田中段→肥三井田中段→肥三井田下段→肥二井田下段→肥二井田上段→肥一井田上段/中段→肥一井田下段。

为了研究黔阳煤矿采动对该地区地表变形的影响,收集了"纳雍县聂家寨黔阳煤矿采掘活动影响鉴定报告"和"贵州省纳雍煤矿区聂家寨井田黔阳煤矿勘查地质报告",现场调查了受采动影响的地表变形破坏情况。选择具有代表性的地质剖面作为数值计算剖面,采用离散元程序UDEC数值分析11200、11201、11401、11501、11203、11403、11503工作面开采后上覆岩层及地表的变形破坏情况。通过对比分析得出,每个区段首采煤层首采工作面(11201、11203)的开采对覆岩及地表的变形破坏影响最大。