煤系气储层微孔超压理论及应用 9787122417473
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作者:
宋金星, 刘玉芳, 王乾著
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出版社:
化学工业出版社
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ISBN:
9787122417473
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出版时间:
2022-09
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装帧:
平装
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开本:
其他
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ISBN:
9787122417473
-
出版时间:
2022-09
售价
￥
51.55
5.9折
定价
￥88.00
品相
全新
上书时间2024-05-11
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商品描述：
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前言
20世纪70年代，美国在圣胡安和黑勇士盆地进行了煤层气地面开发实验并取得成功；1989年全国煤层气研讨会第一次召开，我国煤层气勘探开发正式拉开序幕，随后“煤系气”的概念被引入，并受到相关学者的重视。煤系气是指煤系当中的烃源岩（煤、炭质泥岩、暗色页岩等）在地质演化过程中，经生物化学作用和物理化学作用生成的并赋存于煤系各类储层中的天然气。据中国地质调查局油气调查中心2019年的统计资料，中国沁水盆地、鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、海拉尔盆地等地区均具有较大的煤系气资源量，且2000m以浅的煤系气资源总量可达8.2×1013m3，表明其具有极大的开发潜力。加快煤系气资源的商业化开发不仅有利于我国能源结构的调整，还对我国“双碳”目标（碳达峰、碳中和）的实现、煤矿安全生产具有重要意义。
煤系气储层是指含煤岩系中的煤、页岩和致密砂岩，这类岩层以纳米级微孔普遍存在为特征。对于煤层和煤系页岩层而言，在其形成演化过程中不断有部分固体有机质转化为气体和水，在煤系气储层孔隙内必然会出现气水两相界面，由此产生毛管压力，孔隙内游离气体承受的压力不仅包括储层压力，而且包括毛管压力。水在10nm的孔隙中毛管压力就能超过10MPa，若再加上储层压力，对于埋深在1000m以浅的煤系气储层而言，孔径在10nm以下的纳米级微孔隙中已经是超压环境了。以往对孔隙压力的研究主要考虑的是传统意义上的储层压力，没有考虑毛管压力作用下的纳米级微孔的压力环境特征。这种孔隙压力环境在地质历史时期的演化规律，将直接影响含气量的演化历史、影响现今的煤系气的赋存乃至运移产出。
煤系气储层微孔超压环境的形成与储层在地质历史时期成藏、生烃等过程密切相关。对于煤层和煤系页岩层而言，开放型微孔内的水环境是造成其超压环境形成的重要原因，而死孔隙内所保存的气体压力环境受其形成时的温度、压力、孔隙体积、孔隙内气液的成分和比例、演化过程中温度和压力场的变化等因素影响。本书通过煤系气储层的埋藏史、热史以及成熟度史，结合等温吸附实验和包裹体测试，恢复了煤系气储层死孔隙和连通孔隙压力演化史。死孔隙压力由于生烃作用处于超压状态，而连通孔隙压力在生烃作用期间表现为超压，后期由于地层抬升导致煤系气散失，孔隙压力下降，但毛管压力的作用导致其仍然处于超压状态。
煤系气资源量计算结果的准确性将直接影响到煤系气选区评价以及开发方案的制定。虽然我国在常规气藏资源量评价、计算方面有着完整的评价体系，但在煤层气、页岩气、致密砂岩气等非常规气藏资源量评价体系建设方面还有待提高。随着我国非常规气藏的开发，自然资源部相继颁布了煤层气、页岩气资源量评价的行业标准，对非常规气藏的开发具有指导意义。然而煤系气储层孔隙气相压力与储层压力并非等同，但目前传统基于储层压力评价煤系气含量的间接计算方法仍采用储层压力替代孔隙气相压力进行计算，这将导致煤系气含量计算结果比储层实际含气量要小，使得煤系气资源量被低估。本书利用理想气体状态方程、兰氏方程和亨利定律，结合拉普拉斯方程，推导出基于微孔超压环境下游离气、吸附气和溶解气的计算公式，建立了微孔超压环境下的含气量计算方法，并对宿南向斜下石盒子组SN-01区块的煤系气资源量进行了计算评价，进一步提高了资源量计算的可靠性。
了解煤系气的运移机理及产出特征，对进行煤系气的勘探和开发十分重要。煤系气井排采时，尽管已经认识到煤系气储层内由于毛管压力的存在导致产生水锁效应，但是目前在煤层和煤系页岩层内的煤系气运移产出机理是以“储层内表面解吸微孔扩散天然裂隙渗流”为基础，忽视了由毛管压力形成的微孔超压环境对煤系气运移产出过程的重要影响。本书认为基于微孔超压理论的煤系气运移产出机理与以往的认识存在很大不同，超压环境对饱和单相水流阶段和不饱和单相水流阶段影响较大，远高于储层的孔隙压力，迫使煤层气和煤系页岩气在解吸后先溶解于水中，直至水中溶解气达到饱和才有气泡出现。气泡在压差的驱动下低速非线性渗流运移至割理/裂缝，同时将孔隙内的水驱赶至割理/裂缝。在这一过程中孔隙压力逐渐降低，孔隙内的超压环境逐渐得以解除，气水两相流阶段流体的运移不再受到超压环境的影响。此外，煤系气储层通常以多层叠置的方式存在，而各类储层岩石力学性质、气体赋存特征和生产过程中储层敏感性等均存在较大差异，导致储层改造和排采阶段均有层间干扰发生。因此，本书对单相流和两相流阶段流体层间窜流规律进行研究，发现煤系气开发过程中流体层间窜流可能引发高渗层出现段塞流。基于微孔超压理论的煤系气运移产出机理对煤系气开发工程具有很多启示。首先，煤系气井排采的第一阶段时间要尽量长些，尽量把可能多的水排出，形成大范围的压降漏斗。其次，是对气液两相流阶段割理/裂缝中的速敏性和段塞流控制，不仅可以通过压裂液来控制水锁、速敏性、段塞流，也可以通过优化排采强度来控制。
纳米级微孔压力环境的演化，特别是微孔超压形成机理的研究方兴未艾，这一客观现象的认识将对非常规天然气，特别是泥页岩油气和煤层气资源的再认识是一个质的飞跃；对瓦斯突出机理的揭示起到推动作用。对这种微孔超压理论的研究，不仅是对煤系气地质理论的重要补充，而且更加有开发意义，可能会更新煤系气勘探开发理念。本书正是基于上述煤系气勘探开发领域存在的问题和作者近几年来的实验室测试及现场试验取得的成果，借鉴了其他学科的先进理论和技术，经过系统的分析研究，历时3年形成的一部关于煤系气勘探开发核心技术的著作。希望此书能够为我国煤系气大规模商业化开发提供一些基本思路和技术。
全书共分6章，具体分工为：第一章由宋金星编写；第二章由宋金星、刘玉芳编写；第三章由宋金星、刘玉芳编写；第四章由宋金星、刘玉芳编写；第五章由宋金星、王乾、刘玉芳编写；第六章由宋金星、王乾、刘玉芳编写。全书由宋金星统稿、定稿。
此书是“河南省煤层气工程科技创新型团队”与“中原经济区煤层（页岩）气河南省协同创新中心”的最新成果，是集体智慧的结晶，是在国家自然科学基金面上项目（41872176）、山西省科技重大专项项目（20191102001）、河南省自然科学基金青年科学基金项目（222300420173）、河南省科学技术厅重点科技攻关项目（212102310599）、河南理工大学博士基金项目（B2018-10）的资助下完成的。参与本书研究工作的还有：硕士研究生司青、陈陪红、姚顺、刘程瑞、史俊可、张惠妍、褚星月，在此一并表示感谢！著者引用了大量的国内外参考文献，借此机会对这些文献的作者表示感谢！
由于著者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，恳请读者予以指正！
著者
2022年3月 20世纪70年代，美国在圣胡安和黑勇士盆地进行了煤层气地面开发实验并取得成功；1989年全国煤层气研讨会第一次召开，我国煤层气勘探开发正式拉开序幕，随后“煤系气”的概念被引入，并受到相关学者的重视。煤系气是指煤系当中的烃源岩（煤、炭质泥岩、暗色页岩等）在地质演化过程中，经生物化学作用和物理化学作用生成的并赋存于煤系各类储层中的天然气。据中国地质调查局油气调查中心2019年的统计资料，中国沁水盆地、鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、海拉尔盆地等地区均具有较大的煤系气资源量，且2000m以浅的煤系气资源总量可达8.2×1013m3，表明其具有极大的开发潜力。加快煤系气资源的商业化开发不仅有利于我国能源结构的调整，还对我国“双碳”目标（碳达峰、碳中和）的实现、煤矿安全生产具有重要意义。
煤系气储层是指含煤岩系中的煤、页岩和致密砂岩，这类岩层以纳米级微孔普遍存在为特征。对于煤层和煤系页岩层而言，在其形成演化过程中不断有部分固体有机质转化为气体和水，在煤系气储层孔隙内必然会出现气水两相界面，由此产生毛管压力，孔隙内游离气体承受的压力不仅包括储层压力，而且包括毛管压力。水在10nm的孔隙中毛管压力就能超过10MPa，若再加上储层压力，对于埋深在1000m以浅的煤系气储层而言，孔径在10nm以下的纳米级微孔隙中已经是超压环境了。以往对孔隙压力的研究主要考虑的是传统意义上的储层压力，没有考虑毛管压力作用下的纳米级微孔的压力环境特征。这种孔隙压力环境在地质历史时期的演化规律，将直接影响含气量的演化历史、影响现今的煤系气的赋存乃至运移产出。
煤系气储层微孔超压环境的形成与储层在地质历史时期成藏、生烃等过程密切相关。对于煤层和煤系页岩层而言，开放型微孔内的水环境是造成其超压环境形成的重要原因，而死孔隙内所保存的气体压力环境受其形成时的温度、压力、孔隙体积、孔隙内气液的成分和比例、演化过程中温度和压力场的变化等因素影响。本书通过煤系气储层的埋藏史、热史以及成熟度史，结合等温吸附实验和包裹体测试，恢复了煤系气储层死孔隙和连通孔隙压力演化史。死孔隙压力由于生烃作用处于超压状态，而连通孔隙压力在生烃作用期间表现为超压，后期由于地层抬升导致煤系气散失，孔隙压力下降，但毛管压力的作用导致其仍然处于超压状态。
煤系气资源量计算结果的准确性将直接影响到煤系气选区评价以及开发方案的制定。虽然我国在常规气藏资源量评价、计算方面有着完整的评价体系，但在煤层气、页岩气、致密砂岩气等非常规气藏资源量评价体系建设方面还有待提高。随着我国非常规气藏的开发，自然资源部相继颁布了煤层气、页岩气资源量评价的行业标准，对非常规气藏的开发具有指导意义。然而煤系气储层孔隙气相压力与储层压力并非等同，但目前传统基于储层压力评价煤系气含量的间接计算方法仍采用储层压力替代孔隙气相压力进行计算，这将导致煤系气含量计算结果比储层实际含气量要小，使得煤系气资源量被低估。本书利用理想气体状态方程、兰氏方程和亨利定律，结合拉普拉斯方程，推导出基于微孔超压环境下游离气、吸附气和溶解气的计算公式，建立了微孔超压环境下的含气量计算方法，并对宿南向斜下石盒子组SN-01区块的煤系气资源量进行了计算评价，进一步提高了资源量计算的可靠性。
了解煤系气的运移机理及产出特征，对进行煤系气的勘探和开发十分重要。煤系气井排采时，尽管已经认识到煤系气储层内由于毛管压力的存在导致产生水锁效应，但是目前在煤层和煤系页岩层内的煤系气运移产出机理是以“储层内表面解吸微孔扩散天然裂隙渗流”为基础，忽视了由毛管压力形成的微孔超压环境对煤系气运移产出过程的重要影响。本书认为基于微孔超压理论的煤系气运移产出机理与以往的认识存在很大不同，超压环境对饱和单相水流阶段和不饱和单相水流阶段影响较大，远高于储层的孔隙压力，迫使煤层气和煤系页岩气在解吸后先溶解于水中，直至水中溶解气达到饱和才有气泡出现。气泡在压差的驱动下低速非线性渗流运移至割理/裂缝，同时将孔隙内的水驱赶至割理/裂缝。在这一过程中孔隙压力逐渐降低，孔隙内的超压环境逐渐得以解除，气水两相流阶段流体的运移不再受到超压环境的影响。此外，煤系气储层通常以多层叠置的方式存在，而各类储层岩石力学性质、气体赋存特征和生产过程中储层敏感性等均存在较大差异，导致储层改造和排采阶段均有层间干扰发生。因此，本书对单相流和两相流阶段流体层间窜流规律进行研究，发现煤系气开发过程中流体层间窜流可能引发高渗层出现段塞流。基于微孔超压理论的煤系气运移产出机理对煤系气开发工程具有很多启示。首先，煤系气井排采的第一阶段时间要尽量长些，尽量把可能多的水排出，形成大范围的压降漏斗。其次，是对气液两相流阶段割理/裂缝中的速敏性和段塞流控制，不仅可以通过压裂液来控制水锁、速敏性、段塞流，也可以通过优化排采强度来控制。
纳米级微孔压力环境的演化，特别是微孔超压形成机理的研究方兴未艾，这一客观现象的认识将对非常规天然气，特别是泥页岩油气和煤层气资源的再认识是一个质的飞跃；对瓦斯突出机理的揭示起到推动作用。对这种微孔超压理论的研究，不仅是对煤系气地质理论的重要补充，而且更加有开发意义，可能会更新煤系气勘探开发理念。本书正是基于上述煤系气勘探开发领域存在的问题和作者近几年来的实验室测试及现场试验取得的成果，借鉴了其他学科的先进理论和技术，经过系统的分析研究，历时3年形成的一部关于煤系气勘探开发核心技术的著作。希望此书能够为我国煤系气大规模商业化开发提供一些基本思路和技术。
全书共分6章，具体分工为：第一章由宋金星编写；第二章由宋金星、刘玉芳编写；第三章由宋金星、刘玉芳编写；第四章由宋金星、刘玉芳编写；第五章由宋金星、王乾、刘玉芳编写；第六章由宋金星、王乾、刘玉芳编写。全书由宋金星统稿、定稿。
此书是“河南省煤层气工程科技创新型团队”与“中原经济区煤层（页岩）气河南省协同创新中心”的最新成果，是集体智慧的结晶，是在国家自然科学基金面上项目（41872176）、山西省科技重大专项项目（20191102001）、河南省自然科学基金青年科学基金项目（222300420173）、河南省科学技术厅重点科技攻关项目（212102310599）、河南理工大学博士基金项目（B2018-10）的资助下完成的。参与本书研究工作的还有：硕士研究生司青、陈陪红、姚顺、刘程瑞、史俊可、张惠妍、褚星月，在此一并表示感谢！著者引用了大量的国内外参考文献，借此机会对这些文献的作者表示感谢！
由于著者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，恳请读者予以指正！
著者
2022年3月
商品简介
本书以煤系气储层孔裂隙特征和孔隙压力环境的研究为前提，结合“四史演化”，对煤系气储层孔隙压力环境的演化机制进行了探讨，并提出了“毛管压力是形成煤系气储层微孔超压赋存环境的关键因素”这一科学论断；立足于煤系气储层微孔超压赋存环境，构建了考虑微孔超压环境的煤系气资源量计算方法，并对宿南向斜下石盒子组SN-01区块的煤系气资源量进行了计算评价；对基于微孔超压环境的煤系气运移产出机制进行了重新梳理，探讨了煤系气储层流体层间窜流规律，揭示了段塞流的形成机制与控制方法，并通过我国中部某区块两口煤层气井的现场应用进行了验证。本书可供从事非常规天然气勘探开发、煤矿井下瓦斯抽采的工程技术人员和科研人员，以及相关专业高等院校师生参考使用。
作者简介
无
目录
本书以煤系气储层孔裂隙特征和孔隙压力环境的研究为前提, 结合“四史演化”, 对煤系气储层孔隙压力环境的演化机制进行了探讨, 并提出了“毛管压力是形成煤系气储层微孔超压赋存环境的关键因素”这一科学论断; 立足于煤系气储层微孔超压赋存环境, 构建了考虑微孔超压环境的煤系气资源量计算方法, 并对宿南向斜下石盒子组SN-01区块的煤系气资源量进行了计算评价; 对基于微孔超压环境的煤系气运移产出机制进行了重新梳理, 探讨了煤系气储层流体层间窜流规律, 揭示了段塞流的形成机制与控制方法, 并通过我国中部某区块两口煤层气井的现场应用进行了验证。
内容摘要
本书以煤系气储层孔裂隙特征和孔隙压力环境的研究为前提，结合“四史演化”，对煤系气储层孔隙压力环境的演化机制进行了探讨，并提出了“毛管压力是形成煤系气储层微孔超压赋存环境的关键因素”这一科学论断；立足于煤系气储层微孔超压赋存环境，构建了考虑微孔超压环境的煤系气资源量计算方法，并对宿南向斜下石盒子组SN-01区块的煤系气资源量进行了计算评价；对基于微孔超压环境的煤系气运移产出机制进行了重新梳理，探讨了煤系气储层流体层间窜流规律，揭示了段塞流的形成机制与控制方法，并通过我国中部某区块两口煤层气井的现场应用进行了验证。
本书可供从事非常规天然气勘探开发、煤矿井下瓦斯抽采的工程技术人员和科研人员，以及相关专业高等院校师生参考使用。
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孔网啦啦啦啦啦纺织女工火锅店第三课
开播时间：09月02日 10:30
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