【摘要】：庫茲涅茨克盆地是俄羅斯最大的含煤盆地,近年來,Naryksko-Ostashinksaya煤層氣區(qū)塊已經(jīng)對此煤層群開展煤層氣地面開采工作,在原位區(qū)鉆進多口地面試驗井,在采動區(qū)也嘗試利用地面井抽采煤層瓦斯。但如何合理設計原位區(qū)和采動區(qū)開發(fā)模式,實現(xiàn)原位區(qū)和采動區(qū)最優(yōu)化銜接,并理論分析其開采模式的可行性迫切需要研究。因此,論文結合庫茲涅茨克盆地中部Naryksko-Ostashinksaya煤層氣區(qū)塊現(xiàn)有煤層氣井的實際生產(chǎn)情況,運用煤田地質學、構造地質學、水文地質學、吸附理論等領域的相關知識,以實驗測試方法為主要技術手段,分析滲透性、吸附性、含氣性,根據(jù)試井數(shù)據(jù),界定儲層壓力等儲層地質特征,準確界定儲層特征參數(shù);采用數(shù)值模擬技術,建立原位區(qū)與采動區(qū)不同開采模式的地質模型,優(yōu)選原位區(qū)與采動區(qū)原煤層氣地面開采模式;總結不同開采模式下煤層氣運移產(chǎn)出機理,理論分析其開采模式的可行性。研究成果可為原位區(qū)和采動區(qū)煤層氣地面井銜接抽采提供理論及技術支撐。通過本論文的研究,取得了以下主要成果和認識:1、研究區(qū)目標煤層共8層,分別為73-72號、78-77號、79號、80號、80a號、81號、82號、86-84號煤層;目標煤層厚度研究區(qū)中部較大,往東部、西部、南部厚度逐漸降低,研究區(qū)北部煤層出露;目標煤層埋深受Kyrgay-Ostashinskaya向斜控制,埋深自向斜軸部向兩翼方向逐漸降低。2、目標煤層宏觀煤巖類型均為半亮煤,煤巖顯微組分以鏡質組為主,其次為惰質組,殼質組含量最低。目標煤層為特低水分煤;73-72號、78-77號煤層為特低-低灰煤,80a煤層為中灰煤,79號、80號、81號、82號、86-84號為特低-低-中灰煤;79號煤層為中高揮發(fā)分煤,73-72號、78-77號、80號、81號、82號煤層為中高-高揮發(fā)分煤,80a號、86-84號煤層為高揮發(fā)分煤。目標煤層變質程度較低,屬于高揮發(fā)分煙煤。目標煤層視相對密度約1.40 g/cm~3。系統(tǒng)分析目標煤層含氣量測試過程中存在問題,并校正測試數(shù)據(jù),自73-72號煤層到86-84號煤層含氣量變化范圍依次為:9.97~21.29、6.72~21.38、10.91~18.24、7.55~16.19、8.78~14.58、9.00~19.05、9.47~19.10、8.75~18.79 m~3/t。78-77號、80號、82、86-84號煤層V_L值分別為26.12、26.90、32.00、30.81 cm~3/g,PL值分別為1.17、1.28、1.24、1.39 MPa。通過排采過程中煤層氣井初開井時動液面高度得知儲層壓力梯度近似等于正常壓力梯度9.8 KPa/m,目標煤層自下而上初始儲層壓力變化范圍依次為:2.65~10.67、2.00~10.00、4.19~7.48、1.68~7.47、5.16、3.89~7.16、1.50~9.04、3.39~8.66 MPa。目標煤層為欠飽和煤層,78-77號、80號、82號、86-84號煤層含氣飽和度均值分別為62.97、73.33、65.12和66.96%。78-77號煤層、80號煤層、81號煤層、82號煤層、86-84號煤層BET比表面積分別為0.85、0.61、0.57、0.89、1.00m~2/g;BJH體積分別為0.0050、0.0038、0.0028、0.0043和0.0039cm~3/g;D-R比表面積分別為111.26、145.73、140.78、123.39、112.63 m~2/g;D-A體積分別為0.0488、0.0465、0.0551、0.0556和0.0521 cm~3/g。內生裂隙極其發(fā)育,部分被礦物充填,內生裂隙互相連通,密度不均,受煤巖類型控制。73-72號、78-77號、79號、80號、81號、82號、86-84號煤層滲透率平均值分別為15.87、15.1、12.5、4.8、6.7、12.5、10.8 mD。3、結合煤層厚度、埋深、儲層壓力、含氣性、滲透性等儲層參數(shù),編制原位區(qū)多煤層垂直井壓裂完井、多煤層裸眼完井、多煤層順層裸眼填砂擴孔完井模擬程序。對原位區(qū)4口勘探直井進行模擬,結果表明多煤層垂直壓裂的完井方式日產(chǎn)氣量和采收率普遍高于裸眼擴孔完井,多煤層順層裸眼填砂擴孔完井的產(chǎn)氣效果好。另外對原位區(qū)直井壓裂井針對不同井距、不同壓裂裂縫半長、不同滲透率、不同井網(wǎng)編制模擬程序。模擬結果表明井距250×250 m的日產(chǎn)氣量和采收率最高,是該區(qū)的最優(yōu)井距;50m裂縫半長對應較高的產(chǎn)氣峰值和較長的穩(wěn)產(chǎn)時間,具有較高的累計產(chǎn)氣量;其它儲層條件一致時,滲透率越大,日產(chǎn)氣量和采收率越高;通過對矩形、梯形、五點式、梅花形井網(wǎng)模擬結果表明,梅花形井網(wǎng)的空間分布格局能保證壓降漏斗覆蓋整個抽采區(qū)域,不存在抽排“盲區(qū)”,日產(chǎn)氣量和采收率最高,排采效果最佳,是本區(qū)最佳布井方案。4、結合煤層厚度、埋深、構造條件、含氣性、滲透性等儲層參數(shù),確定了采動區(qū)模擬區(qū)域,目標煤層為86號厚煤層,通過絕對無阻流量確定目標埋深為600米~800米。編制了采動區(qū)水平井、水平井井組、夾角60°的“V”型井模擬程序,模擬結果表明,這三種完井方式在該研究區(qū)均適合。通過設置不同滲透率模擬表明,其它儲層條件一致時,滲透率越大,越能最快降低采動區(qū)的瓦斯?jié)舛?根據(jù)研究區(qū)儲層條件,可將82號煤層優(yōu)先當作開采的保護層,利用采動卸壓作用采來達到增加滲透率的效果。5、系統(tǒng)總結了研究區(qū)的煤層氣開采模式,原位區(qū)采用直井,完井類型為多煤層壓裂完井、多煤層裸眼擴孔完井,井網(wǎng)布置形式采用梅花型井網(wǎng);采動區(qū)采用V型井和水平井;總結原位區(qū)和采動區(qū)煤層氣儲集、運移和產(chǎn)出機理;通過井間干擾模擬結果分析了不同井網(wǎng)煤層氣井產(chǎn)能的差異原因;建立了多煤層多裂縫裸眼填砂擴孔垂向滲透率變化模式圖,系統(tǒng)分析了其裂縫垂向變化機理,分析了多煤層排采需要注意的地層參數(shù);用FLAC~(3D)模擬了最大主應力和最小主應力兩個不同方向開挖卸壓時被保護層的垂向位移、應變,水平方向位移、應變,及其剪切破壞和拉伸破壞的情況,模擬結果表明,垂直于最大主應力方向被保護層的垂向位移、應變比平行于最大主應力方向的效果好。
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE37
【圖文】：

第二章 區(qū)域地質概況§2.1 研究區(qū)構造特征庫茲涅茨克盆地位于西伯利亞盆地南部，新西伯利亞東部 300 km 處，6000 km2[113]。古生代區(qū)域造山運動形成中亞地區(qū)的基底[114,115]，古生代地邊緣延伸至內部，盆地四周主要為褶皺、逆沖斷裂帶、剪切變形帶�？伺璧乇辈垦仨槙r針方向分別為湯姆克雷萬山、庫茲涅茨克山、戈爾諾薩萊爾山脈（圖 2. 1，據(jù)劉超[116]改），薩萊爾山體逆沖作用形成近水平造成盆地西部邊緣強烈變形[117-119]，可觀測到燒變巖露頭，構造由一系度較大的壓性線性褶皺、逆斷層-逆掩斷層組成；盆地中部以開放性褶皺為

軸近東西向延伸，展布特征相似。Kyrgay-Ostashinskaya 向斜北翼較緩，傾角～25°，南翼傾角為 40～50°；Narykskaya 背斜北翼較緩，傾角為 18～30°，較陡，傾角為 30～75°。

研究區(qū)構造特征

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本文編號：2744050