基本信息出版社：化学工业出版社
页码：250 页
出版日期：2010年01月
ISBN：9787122070548
条形码：9787122070548
版本：第1版
装帧：平装
开本：16
正文语种：中文

内容简介 《煤层气开发地质学》以沁水盆地煤层气开发区资料为基础，结合作者近期的研究成果，对煤层气开发地质学的基本理论和研究方法进行了系统论述，从而基本界定了煤层气开发地质学的基本内容。全书共分八章，包括煤层气系统、煤储层的原始渗透率、煤层气开发井型选择及井网布置、水力压裂基本原理及压裂后煤储层的渗透率、煤层气井的产气机理及产能的主控因素、煤层气井排采过程的物性参数变化、煤层气井的排采控制和煤层气开发过程的动态监测及生产管理。
《煤层气开发地质学》可供从事煤层气地质及勘探开发领域的高年级本科生、研究生及科研院所的科技人员、工程技术人员参考使用。
编辑推荐 《煤层气开发地质学》由化学工业出版社出版。
目录
第一章 煤层气系统
第一节 含油气系统简介1
一、含油气系统研究历史1
二、含油气系统研究内容与方法3
三、含油气系统分类3
第二节 煤层气系统4
一、煤层气系统的概念4
二、煤层气系统基本内容5
第三节 沁水盆地煤层气系统9
一、区域地质背景10
二、煤层气的成因13
三、煤层气含量与封闭19
四、水动力学特征21
五、煤层气储层特征22
六、区域对比25

第二章 煤储层的原始渗透率
第一节 煤体结构与渗透率的关系27
一、煤体结构27
二、煤体结构与渗透率的关系30
第二节 渗透率预测方法31
一、Hoekrown破裂准则31
二、煤岩体强度因子的建立33
三、煤岩体分形维数35
第三节 沁水盆地东南部煤体变形特征36
一、煤体变形特征36
二、煤体变形空间展布38
三、强度因子与分形维数39
四、强度因子、分形维数与构造的关系39
五、强度因子、分形维数与煤体变形的关系40
六、断层对煤体变形的影响41
七、煤体变形与高渗区的展布44
第四节 地应力对渗透率的影响44
一、地应力参数的获取45
二、沁水盆地东南部现今地应力状态46
三、地应力与煤层气井产量关系分析48
四、沁水盆地东南部高渗高产区预测50

第三章 煤层气开发井型选择及井网布置
第一节 煤层气开发井型概况52
一、中国煤层气钻完井工艺发展历程52
二、垂直压裂井井身结构54
三、多分支水平井井身结构55
第二节 煤层气井型选择56
一、两种煤层气井的异同56
二、井型选择的影响因素57
三、煤层气井型选择评判体系58
四、煤层气开发井型选择60
第三节 煤层气开发井网布置60
一、井网布置的一般流程61
二、垂直压裂井井网优化61
三、多分支水平井井网优化72
第四节 沁水盆地东南部井型选择及井网布置79
一、沁水盆地东南部井型选择79
二、沁水盆地东南部井网布置81

第四章 水力压裂基本原理及压裂后煤储层的渗透率
第一节 煤层气垂直井的水力压裂机理88
一、煤层气垂直井水力压裂的目的88
二、煤层气垂直井水力压裂的原理89
三、水力压裂的主要设备及施工工序89
四、水力压裂效果的影响因素93
五、水力压裂施工工艺参数优化95
第二节 煤层气垂直井水力压裂裂缝形态的主控因素105
一、地应力对裂缝形态的影响105
二、上下围岩与煤层组合关系对裂缝形态的影响105
三、煤岩性质对裂缝形态的影响106
四、压裂施工作业对裂缝形态的影响106
五、不同煤体结构水力压裂后主裂缝方位107
第三节 煤层气垂直井水力压裂后煤储层的渗透率112
一、压裂后煤储层渗透率的预测模型建立思路112
二、水力压裂测量地应力原理及计算方法112
三、水力压裂后渗透率预测模型113
第四节 沁水盆地东南部水力压裂后渗透率预测115
一、沁水盆地东南部地区地应力计算115
二、沁水盆地东南部地区水力压裂后渗透率预测116

第五章 煤层气井的产气机理及产能的主控因素
第一节 煤层气运移产出机理119
一、煤储层孔隙结构模型119
二、煤层气赋存状态120
三、煤储层吸附性能的主要影响因素122
四、煤层气产出的先决条件及控制因素124
五、煤层气产出机理125
第二节 煤层气垂直井产能主控因素131
一、储层、资源状况、地质、构造对煤层气垂直井产能的影响131
二、钻完井、压裂工艺对煤层气垂直井产能的附加影响135
三、排采工作制度对煤层气垂直井产能的影响145
第三节 多分支水平井产气产能的主控因素148
一、产气机理148
二、储层、资源状况、地质、构造对多分支水平井产能的影响150
三、钻完井、井身结构关键参数对多分支水平井产能的影响151
四、排采工作制度对多分支井产能的影响156

第六章 煤层气井排采过程的物性参数变化
第一节 煤层气垂直井压降动态变化模型157
一、煤储层孔擦严短逑导澳Ｐ157
二、煤层气垂直井排采过程压力传递的影响因素158
三、不同渗透率条件下的压力传递变化规律160
四、煤层气垂直井排采阶段重新划分165
五、煤层气垂直井压降动态变化模型168
第二节 不同排采阶段垂直井物性参数变化模型171
一、煤层气井排采过程煤储层渗透率的主要影响因素171
二、饱和水单相流阶段物性参数变化模型172
三、气水两相流压力平稳传递阶段物性参数变化模型175
四、两相流压力仅在某些方向传递阶段物性参数变化模型180
第三节 煤层气垂直井排采不同阶段各物性参数变化的内在机理183
一、饱和水单相流阶段各物性参数变化的内在机理183
二、两相流压力平稳传递阶段各物性参数变化的内在机理183
三、压力仅在某些方向传递阶段各物性参数变化的内在机理183
第四节 多分支水平井排采过程压降动态变化模型184

第七章 煤层气井的排采控制
第一节 煤层气垂直井不同排采阶段井底流压的计算185
一、饱和水单相流态井底压力计算模型185
二、气水两相流态井底压力计算模型185
第二节 煤层气垂直井不同排采阶段产水量动态预测模型186
一、无越流补给不同排采阶段产水量动态预测187
二、有越流补给不同排采阶段产水量动态预测189
第三节 煤层气垂直井排采控制理论及排采曲线191
一、各排采阶段的划分标识191
二、各排采阶段的排采强度模型及产水量、产气量变化193
三、煤储层渗透率与垂直井排采曲线关系217
第四节 沁水盆地东南部煤层气垂直井排采控制217
一、理论解吸压力与实测解吸压力对比218
二、不同排采阶段过渡处产水量预测结果与实际结果对比219
三、储层改造前后不同情况下典型实测产气量曲线对比220
四、不同排采阶段排采控制预测结果与实际结果对比222
第五节 多分支水平井排采控制224

第八章 煤层气开发过程的动态监测及生产管理
一、煤层气有利选区评价阶段227
二、小型井网试采阶段227
三、滚动开发并调整管理阶段227
第一节 煤层气井资料的录取228
一、排液数据的录取228
二、产气数据的录取232
第二节 煤层气井动态监测232
一、煤层气井自动监控系统总体结构232
二、煤层气井自动监控系统各部分主要功能233
第三节 煤层气生产井的管理238
一、排采作业生产管理238
二、排采设备管理240
参考文献243
……
序言 本书以沁水盆地煤层气开发区资料为基础，结合作者近期的研究成果，对煤层气开发地质学的基本理论和研究方法进行了系统论述，从而基本界定了煤层气开发地质学的基本内容。全书共分八章，包括煤层气系统、煤储层的原始渗透率、煤层气开发井型选择及井网布置、水力压裂基本原理及压裂后煤储层的渗透率、煤层气井的产气机理及产能的主控因素、煤层气井排采过程的物性参数变化、煤层气井的排采控制和煤层气开发过程的动态监测及生产管理。
本书可供从事煤层气地质及勘探开发领域的高年级本科生、研究生及科研院所的科技人员、工程技术人员参考使用。
随着国民经济的快速增长，国内能源供需矛盾日益加剧。贫油、贫气的现实，使我国石油、液化天然气的进口量逐渐增加，对国际能源市场的严重依赖，严重威胁到了国家能源安全；煤炭开采难度、开采深度的加大，部分老矿区面临资源枯竭问题；能源结构中煤炭所占份额达2/3，洁净能源所占比例远远低于世界平均水平……所有这一切问题都要求我国尽快开发其他洁净能源。我国煤层气资源十分丰富，埋深2000m以浅煤层气地质资源量为3681×1012m3，与我国陆上天然气资源量相当。因此，开发利用丰富的煤层气资源，从某种程度上可有效增加洁净能源供给，改变目前不合理的能源结构。
美国自20世纪80年代开始，进行了系统的煤层气地质基础研究，形成了“煤储层双孔隙几何模型”、“中阶煤生储优势与成藏优势理论”、“生物型或次生煤层气成藏理论”、“中阶煤选区评价理论”、“低渗极限与高煤阶煤层气缺陷理论”、“煤储层数值模拟技术”等为核心的煤层气勘探开发理论体系，在此基础理论支撑下，形成了“地面钻井-完井-试井-压裂-排采”为核心的技术工艺流程，使美国的煤层气年产量突破500×1012m3（2005年）。我国在引进、消化、吸收美国成功经验基础上，逐渐形成了“欠平衡钻井技术”、“水力加砂压裂技术”、“煤层气多分支定向长钻孔技术”，率先在沁水盆地的高阶煤中获得了商业化开发，推翻了美国“高阶煤煤层气缺陷理论”，充分说明理论的进步是工程技术实施的基础。
煤层是煤层气的载体，成煤环境的多期性和多样性决定了煤层气富集的复杂性；煤层气是不可再生的，是流体，是“活的”。煤层气的这些特点及目前国内煤层气的开发迫切要求从事煤层气工作的科技人员，不仅要研究煤层气的静态特征，而且要研究煤层气开发过程中的动态特征；不仅要研究煤储层的宏观特征，而且要研究煤储层的微观特征及与之匹配的开发工艺的选型；不仅要研究煤储层对产能的影响，而且要研究不同开发工艺引起煤储层特征的变化进而对煤层气井产能的影响，即从我国自身的地质条件出发，研究出一套与我国煤层气开发工程相匹配的，对现场具有一定指导意义的煤层气地质开发理论，使煤层气开发地质从以前的定性分析、盲目性逐渐向半定量化、定量化、针对性发展。
煤层气开发地质学作为煤层气地质学的一个重要分支，它包括从煤层气投入开发至开发结束全过程的地质研究工作，且在不同开发阶段赋予了不同的研究内容。煤层气开发意味着地下流场的变化，涉及煤岩学、煤田地质学、煤层气地质学、渗流力学、岩体力学等多学科的交叉与渗透；作为一门新兴学科，开发是归结点，地质是工程开发的基础，中国地质条件的复杂性决定了开发工艺的多样性，开发工艺的多样性决定了开发理论的适用性。基于不同的地质条件，结合不同的开发工艺，探讨开发理论的适用条件是指导中国煤层气开发的当务之急。为此，笔者根据以往大量的资料和近些年来的科研成果，撰写了《煤层气开发地质学》一书，以期对我国煤层气开发提供理论指导，推动我国煤层气产业的发展。
本书在撰写过程中，尽可能利用最新的生产和科研资料，以及笔者近期的科研成果，使其内涵尽可能广泛。笔者立足于我国煤层气开发的地质条件，以影响煤层气产出的重要评价参数——渗透率为主线，对煤储层原始渗透率、水力压裂改造后渗透率、排采过程中渗透率的变化及排采时不同阶段、不同过程渗透率的控制等方面进行了理论分析。本书在理论分析的同时，在目前煤层气地面开发最成功的沁水盆地东南部进行了实践求证，初步建立了煤层气开发地质学理论体系。
本书撰写工作的分工如下：第一章 、第二章 、第八章 ，苏现波；第三章 、第四章 、第五章 、第六章 、第七章 ，倪小明；张小东参与了部分章节的撰写。全书由苏现波统一审核、定稿。
中国工程院彭苏萍院士欣然为本书作序；研究工作得到了中国矿业大学（北京）王延斌教授，北京奥瑞安能源技术开发有限公司杨陆武总裁，北京九尊能源技术开发有限公司李玉魁教授级高工，中联煤层气有限责任公司吴建光教授级高工的指导和帮助；河南理工大学张战营教授、李化敏教授对本书的编写提出了许多宝贵意见；硕士研究生李金海、魏庆喜、李广生、陈鹏等参与了资料收集、图件清绘工作，在此一并致以衷心谢意！笔者引用了大量国内外参考文献，借此机会对这些文献的作者表示感谢。
本书由长江学者和创新团队发展计划基金（编号：IRT0618）和国家自然科学基金项目（编号：40902044）共同资助。
由于作者水平有限，书中不妥之处在所难免，敬请广大读者不吝批评指正！
文摘 插图：


2.保存条件
一个系统要有一个边界，涉及煤层气的保存，可区分为垂向和侧向两类边界。
（1）垂向边界煤层气系统的垂向边界取决于顶底板封闭能力、上覆地层有效厚度等。煤层气盖层对保持储层压力、阻止煤层气解吸和逃逸很必要，尽管不像常规气藏对盖层要求那么严格。与盖层起相同作用的储层底板称为封闭层。当储层压力降低，一部分吸附气会解吸成为游离气。当游离态煤层气的膨胀力和浮力大于盖层排替压力，将散失。而溶解态煤层气通过盖层散失方式主要是扩散，由高浓度（煤储层）向低浓度（盖层）方向进行。煤层气的富集与盖层的性质和埋深有关。适度埋深、具有一定厚度、岩性以泥质为主、封闭性较好的盖层有利于煤层气的保存。对于一个多煤层系统而言，如美国的粉河盆地，不仅煤层是储层，还发育常规的砂岩储层，可作为一个复合煤层气系统研究。系统的上下封闭边界可以以厚层的泥岩等作为封闭层。
上覆岩层包括自烃源岩顶面以上到第一个不整合面或沉积旋回界面之间的岩层段。一定厚度的上覆岩层的存在不仅促进煤层热演化，而且能减少煤层气的散失，有利于煤层气的保存。
（2）侧向边界煤层气封闭主要有物性封闭、岩性封闭、水动力封闭和断层封闭。
所谓物性封闭，即存在渗透性较差的煤层（Ⅲ类、Ⅳ类煤）或与煤储层相邻的致密岩体。
水动力封闭是形成侧向封闭和垂向封闭的重要途径，多数情形下没有水动力封闭，就不可能有煤层气的富集。侧向水动力封闭是指煤储层存在顶底板封闭，煤储层处于一个独立流体流动单元时，地下水沿煤层露头补给，向深部运移，不仅把浅部的煤层气携带到深部聚集，而且为煤层气的赋存提供了吸附所必需的压力。一般在地下水滞留区煤层气富集。另一类是煤层气顶板为砂岩等封闭性差的岩层，地下水沿顶板淋滤，形成静水压力促使煤层气保存。
断层封闭是被封烃类压力小于储层压力。被封烃类压力与相互连通的孔喉半径、烃液界面张力及润湿角有关；储层压力与储层内烃的密度、储层内烃柱高度有关。断层封闭性存在四种机理，即断层两侧岩性配置、泥岩涂抹作用、颗粒碎裂作用和成岩胶结作用，在相关书籍有详细阐述，在此不再赘述。