Investigación sobre las características de desarrollo de porosidad y permeabilidad de yacimientos de metano en capas de carbón en el área de Liulin, Shanxi
Proyecto de financiación: Proyecto nacional de demostración importante de ciencia y tecnología 62 (20092×05062)
Acerca del autor: Liang Lin, nacido en 1983, hombre , ingeniero, maestría, Graduado de la Universidad de Minería y Tecnología de China (Beijing) en 2009, y ahora trabaja en el Departamento de Exploración de Cooperación Internacional de China United Coalbed Mtane Co., Ltd., dedicada al análisis de cuencas petrolíferas y a la exploración y producción de metano en yacimientos de carbón. investigación de utilización. 010-64298881, atlan-tics@foxmail.com
(China United Coalbed Mtane Co., Ltd. Beijing 100011)
Aprobó el importante proyecto nacional de ciencia y tecnología "Grandes petroleras y Campos de gas y desarrollo de metano en lechos de carbón" y la implementación del "Proyecto de demostración de exploración y desarrollo de metano en lechos de carbón carbonífero y pérmico de la cuenca de Ordos" El proyecto de demostración de Liulin ha recopilado una gran cantidad de datos sobre yacimientos de carbón, construyó un pozo piloto de producción de metano en lechos de carbón y estudió la porosidad. y permeabilidad de los yacimientos de metano de las capas de carbón en el área de Liulin. Los resultados muestran que la porosidad de las rocas de carbón en esta zona se ve afectada principalmente por el grado de carbonificación, los componentes microscópicos, el contenido mineral y la estructura del carbón. La permeabilidad de las vetas de carbón cambia mucho, la permeabilidad es relativamente baja y tiene una fuerte heterogeneidad en general, la permeabilidad tiene una tendencia decreciente de noreste a suroeste y la permeabilidad de las vetas de carbón de la Formación Taiyuan es menor que la de la Formación Shanxi.
Palabras clave: porosidad, permeabilidad variable, metano de lecho de carbón en el bloque Liulin
Características de porosidad y permeabilidad del bloque de metano de carbón Liulin en Shanxi
Lin Liang Yao Yong Huang Xiaoming
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(China United Coalbed Mtane Co., Ltd., Beijing 100011, China)
Resumen: "Demostración de exploración y desarrollo de metano de capas de carbón del Carbonífero y Pérmico en el Proyecto de la Cuenca de Ordos" Proyecto de demostración de Liulin Es uno de los principales proyectos nacionales de ciencia y tecnología de "Planificación del desarrollo de grandes yacimientos de petróleo y gas y metano en lechos de carbón". Para estudiar las características de porosidad y permeabilidad de los yacimientos de vetas de carbón en esta área, recopilamos una gran cantidad de datos sobre yacimientos de carbón y muchos parámetros e implementamos bien la producción. Los resultados muestran que la porosidad del carbón se ve afectada principalmente por el grado de carbonificación, los componentes microscópicos, el contenido mineral y la forma del carbón. La permeabilidad del carbón es relativamente baja, cambia mucho y muestra una tendencia decreciente de noreste a suroeste. La permeabilidad del carbón de la Formación Taiyuan es menor que la de la Formación Shanxi.
Palabras clave: Bloque Liulin; Metano de lecho de carbón; Porosidad; Difusión
Liulin está ubicado en el oeste de la provincia de Shanxi, en medio del yacimiento de carbón de Hedong, adyacente al Bloque Norte de Shilou. al sur y el Bloque Yangjiaping al este. Las divisiones administrativas son la ciudad de Mucun, la ciudad de Xuecun, la ciudad de Zhuangshang, el municipio de Gaojiagou y el municipio de Jiajiayuan, el condado de Liulin, la ciudad de Luliang. Coordenadas geográficas: 110 44' 00"~ 10 53' 00" de longitud este, 37 21' 00"~ 37 31' 00" de latitud norte
1 Antecedentes geológicos regionales
Hedong Coalfield se encuentra principalmente en el cinturón tectónico norte-sur en la orilla este del río Amarillo, la vertiente occidental de Luliang, pertenece a la parte oriental del "cinturón tectónico norte-sur a ambos lados del río Amarillo" señalado por Li Siguang. La cuenca carbonífera es generalmente una estructura monoclínica inclinada hacia el oeste y pertenece al ala oeste del anticlinal del complejo Luliang. En el monoclinal existen pliegues secundarios y estructuras de fallas meridionales o neocatastróficas [1].
El área de Liulin está ubicada en el oeste del área minera de Liuli en la parte central del yacimiento de carbón de Hedong, adyacente al bloque norte de Shilou al sur y al bloque Sanjiao al norte. Ubicado en el flanco sur de la estructura Shinose en el borde este de la cuenca de Ordos. Los estratos en la parte norte del área de estudio se inclinan hacia el oeste, girando gradualmente hacia el suroeste desde el sur, y generalmente son estructuras monoclínicas con inclinación hacia el oeste o suroeste. La formación es suave, con un ángulo de buzamiento de aproximadamente 3° a 8°. Sobre el fondo estructural en forma de nariz se encuentran pequeños pliegues secundarios con fluctuaciones débiles. La altura de fluctuación es generalmente inferior a 50 m. Las fallas no se desarrollan en la zona, solo se desarrollan en la parte norte del bloque. Falla normal norte-sur de Jucaita y sus pequeñas fallas derivadas del graben. No hay pilares derrumbados ni actividad magmática en la superficie [2].
Los estratos dentro y alrededor de este bloque son la Formación Fengfeng del Ordovícico Medio (O2f); la Formación Benxi del Carbonífero Medio (C2b) y la Formación Taiyuan del Carbonífero Superior (C3t); y Formación Shihezi Inferior (p 1x); Formación Shihezi Superior del Pérmico Superior (P2s) y Formación Shiqianfeng (P2sh); Formación Liujiagou del Triásico Inferior (T1l) y Formación Heshanggou (t 1h); Pleistoceno Cuaternario (Q2), Pleistoceno Superior (Q3) y Holoceno (Q4). Hay 14 vetas de carbón en esta área, incluidas 5 capas en la Formación Shanxi, numeradas de arriba a abajo: 1, 2, 3, 4 (3+4) y 5 # vetas de carbón en la Formación Taiyuan; numerados de arriba a abajo: N°6, N°6, N°7, N°7, N°8+9, N°9, N°10, N°10 y N°11 [2].
Entre ellos, las vetas de carbón 2, 3, 4 (3+4) y No. 5 de la Formación Shanxi y las vetas de carbón 8+9 y 10 de la Formación Taiyuan son las principales vetas de carbón explotables [3].
2 Características de los poros del yacimiento de carbón
La porosidad del carbón se refiere al espacio no llenado por materia sólida. Es una parte importante de la estructura del carbón y está estrechamente relacionada con el rendimiento del almacenamiento y la permeabilidad. está estrechamente relacionado. En términos generales, a medida que aumenta el rango del carbón, el volumen total de poros en el carbón disminuye exponencialmente. La regla general es que los microporos y los poros aumentan, y los macroporos y microporos disminuyen [4].
Hay muchas formas de dividir los poros. Generalmente se utiliza el plan de B.B. Khodot, es decir, los macroporos son mayores de 1000 nm, los mesoporos son de 1000 ~ 100 nm, los microporos son de 100 ~ 10 nm y los microporos son menores de 10 nm.
A juzgar por el porcentaje de volumen de poros de los yacimientos de carbón en el margen oriental de la cuenca de Ordos, el porcentaje de volumen de poros oscila entre el 26,06% y el 66,78%, con un promedio del 48,75%, y los microporos oscilan entre el 14,89%. al 39,39%, con un promedio de 48,75% es 27,47%. Los macroporos ocupan el segundo lugar, oscilando entre el 5,56% y el 44,24%, con un promedio de 16,43%; los mesoporos son los más débiles, oscilando entre el 2,35% y el 32,98%, con un promedio de 7,33%. La distribución de los poros de los yacimientos de carbón en diferentes regiones y diferentes capas varía mucho [5].
Los datos del grupo de pozos Yangjiaping (Tabla 1) muestran que los poros de las vetas de carbón en el área de Liulin son principalmente poros pequeños, que generalmente representan del 40 % al 55 % de los poros de las vetas de carbón. Además, existen muchos microporos y macroporos, siendo los mesoporos los menos desarrollados. El contenido total promedio de poros está entre 0,0258 ~ 0,041,3 cm3/g, y el desarrollo de los poros es promedio. Bajo la condición de presión de sobrecarga efectiva de 4MPa, la porosidad total promedio de la veta de carbón No. 8 en el área de Liulin es del 7,18%, la porosidad total promedio de la veta de carbón No. 5 es del 3,45% y la porosidad total promedio de la veta de carbón No. 5 es del 7,18%. La veta de carbón No. 4 es del 3,90%. Entre ellas, la veta de carbón No. 8 tiene el bien más alto.
Tabla 1 Desarrollo de poros de diferentes vetas de carbón en el área de Liulin (Nota: datos del grupo de pozos Yangjiaping)
En general, el volumen total de poros en el área de Liulin es generalmente (148~547 ) ×10-4cm3/g, el valor promedio es aproximadamente 323 como mínimo.
Figura 1 Comparación de las proporciones de volumen de poros de varios tipos de poros en el área de Liulin
El área de superficie específica total de poros de intrusión de mercurio en las vetas de carbón en el área de Liulin está entre 0,103 cm3 /g ~ 0,413 cm3/g. Los poros pequeños y los microporos representan una ventaja absoluta en el área de superficie específica total de los poros, mientras que la proporción de macroporos y mesoporos es muy pequeña y la proporción de poros de transición es ligeramente mayor que la de los microporos.
3 Características de permeabilidad del yacimiento de carbón
La permeabilidad de las vetas de carbón No. 3+4 en el área de estudio es de 0,01 ~ 2,8 mD, con un promedio de 0,6 mD en el pozo DFL-EP1. tiene una permeabilidad más alta No. 5 El rango de permeabilidad de la veta de carbón es de 0,06 a 1,59 MD, con un valor promedio de 0,7 mD. El rango de permeabilidad de la veta de carbón 8+9 es de 0,005 a 24,8 MD, con un valor promedio de 4,8 MD. En general, la permeabilidad de la veta de carbón 8+9 es significativamente mayor que la de las vetas de carbón 3+4 y 5. En las vetas de carbón, la permeabilidad de cada capa es alta en el norte y baja en el sur [6] (Figura 2).
La permeabilidad de la roca de carbón varía mucho en el plano. En el oeste, debido al profundo enterramiento de las vetas de carbón, la permeabilidad es relativamente baja, lo que indica que las vetas de carbón tienen una fuerte heterogeneidad. En general, la permeabilidad tiende a disminuir de noreste a suroeste, y la permeabilidad de la Formación Taiyuan es mayor que la de la Formación Shanxi.
La permeabilidad de los yacimientos de carbón es el factor dominante que controla la capacidad de producción de metano de los yacimientos de carbón. La permeabilidad generalmente se refiere a la permeabilidad de las pruebas de pozos, que se obtiene a partir de los datos de las pruebas de pozos. Debido a los limitados pozos de exploración en el área de estudio, los datos de prueba de permeabilidad de los pozos de metano en lechos de carbón son muy limitados. Según los datos existentes, la permeabilidad en el área de Liulin oscila entre 0,01 y 100 MD, y la permeabilidad en el sur es mejor que en el norte. La permeabilidad de los yacimientos de metano de los lechos de carbón se ve afectada por la estructura del carbón, el grado de desarrollo del sistema de fractura y la tensión in situ. Además, los cambios en las condiciones externas, especialmente el efecto de tensión efectiva y el efecto de contracción de la matriz causados por los cambios en la presión del yacimiento, también tienen un gran impacto en la permeabilidad de la roca de carbón:
1. otras áreas Principalmente carbón medio, las fracturas muy desarrolladas son los principales factores que controlan la permeabilidad. Las grietas están casi distribuidas en dirección este-oeste y las grietas de los extremos se cruzan oblicuamente con ella. En el plano, los dos grupos de grietas están dominados por rejillas de rombos regulares, seguidas de rejillas irregulares, y las aisladas son raras.
El desarrollo de grandes poros, especialmente fracturas, determina la permeabilidad del yacimiento en las condiciones originales de formación.
El grado de desarrollo de las grietas se refiere principalmente a la densidad (o espaciamiento), la longitud, el ancho y el ancho de las grietas. Cuanto mayores sean sus valores, mejor será la permeabilidad de la veta de carbón. El grado de desarrollo del sistema de fallas está estrechamente relacionado con la composición del carbón, el grado de metamorfismo del carbón y el estrés tectónico. El carbón brillante, el carbón bituminoso de metamórfico medio (como el carbón graso, el carbón coquizable, el carbón pobre) y el carbón con bajo contenido de cenizas son las condiciones más favorables para la formación de una gran cantidad de grietas. El carbón en el área de Liulin es principalmente carbón semibrillante, y el carbón es principalmente carbón coquizable, lo que favorece la formación de grietas. La densidad estadística de grietas superficiales muestra que la densidad de grietas es relativamente alta y la mayoría de las grietas no están rellenas, lo que expande en gran medida la permeabilidad del carbón [6].
2. La veta de carbón es un yacimiento de gas natural muy sensible al estrés in situ. Por lo general, el campo de geoestrés se descompone en estrés vertical y estrés horizontal. Las tensiones verticales son causadas por el peso de las formaciones rocosas suprayacentes. La permeabilidad de un sistema de fractura de veta de carbón es una función de la tensión efectiva, que es una función de la diferencia entre la fuerza vertical y la presión de la formación. Tanto la tensión vertical como la presión de la formación aumentan linealmente con la profundidad del entierro. Dado que la densidad de la formación rocosa es mucho mayor que la densidad del fluido en los poros, se puede ver que la tensión efectiva aumenta con la profundidad y la permeabilidad del sistema de fractura disminuye con la profundidad. La profundidad de enterramiento de las vetas de carbón en el área de Liulin aumenta gradualmente de este a oeste y de sur. Por ejemplo, la profundidad de enterramiento de la veta de carbón número 4 aumenta de 200 m en el este a 1250 m en el suroeste. estrés situ, la permeabilidad tiende a disminuir.
3. El campo de tensiones tectónicas en el área de demostración y sus características de desarrollo conjunto asociadas son uno de los principales factores que controlan la permeabilidad de los yacimientos de carbón. Los cambios de juntas son más pequeños en el sur y más grandes en la parte central, lo que indica que las intersecciones de juntas en diferentes direcciones en la región central pueden distribuirse en una red, formando un área de distribución de estratos altamente permeables. Al mismo tiempo, los datos estadísticos muestran que la permeabilidad de la parte central del área de manifestación es mejor que la de los lados este y oeste. Afectadas por el movimiento Yanshan, las fallas estratigráficas en el área de Liulin se expandieron hacia el noreste; los resultados de la fractura de la veta de carbón No. 3+4 de la Formación Shanxi en el pozo FL-EP1 mostraron que la dirección de la fractura todavía era norte-noroeste, consistente con la dirección de fractura principal de la veta de carbón.
Figura 2 Permeabilidad de las vetas de carbón 4, 5 y 8+9 en el área de Liulin
4 Conclusión
Los estratos de la serie de carbón contenidos en el área minera de Liulin son Superiores Formación Carbonífera Benxi (C2b), Formación Carbonífera Superior Taiyuan (C3t) y Formación Pérmico Inferior Shanxi (P1s). Entre ellos, las vetas de carbón con potencial de exploración de metano en capas de carbón en el área minera son el carbón 8+9+10 en el fondo de la Formación Taiyuan del Carbonífero Superior y el carbón 3+4+5 de la Formación Shanxi del Pérmico Inferior. .
Los tipos de rocas macrocarbónicas de los dos grupos de vetas de carbón están dominados por carbón semibrillante y carbón semioscuro, complementados por carbón brillante y carbón oscuro, con alto contenido de vitrinita y dominado por carbón coquizable. Los poros pequeños son la parte principal de los poros de las vetas de carbón y generalmente representan del 40% al 55% de los poros de las vetas de carbón. Además, los microporos y macroporos son los más desarrollados, mientras que los mesoporos son los menos desarrollados. El volumen total de poros está generalmente entre (148~547)×10-4cm3/g, y el valor promedio es de aproximadamente 323×10-4cm3/g. El área de superficie específica de los poros total de mercurio está entre 0,103~0,413cm3/g. g, y los microporos. La relación entre la superficie específica total de los poros y los microporos es absolutamente dominante.
La permeabilidad de la roca de carbón varía mucho en el plano. En el oeste, debido al profundo enterramiento de las vetas de carbón, la permeabilidad es relativamente baja, lo que indica que las vetas de carbón tienen una fuerte heterogeneidad. En general, la permeabilidad tiende a disminuir de noreste a suroeste, y la permeabilidad de la Formación Taiyuan es mayor que la de la Formación Shanxi.
Teniendo en cuenta exhaustivamente el espesor de la veta de carbón, la calidad del carbón, la porosidad y las condiciones de permeabilidad, el área de Liulin tiene las condiciones para la acumulación de metano en las capas de carbón y tiene potencial para un desarrollo a gran escala.
Referencia
Liu Xinshe, Xi Shengli, Zhou Huanshun. 2007. Características de los yacimientos de metano de capas de carbón del Paleozoico superior en la cuenca oriental de Ordos [J]. Geología y exploración de yacimientos de carbón, 35(1)
, Zhuang Jun, An. 2002. Geología y evaluación de recursos del metano de capas de carbón de China [M] Beijing: Science Press.
Huang Xiaoming, Liang Lin, Wang Zanwei, etc. Características comparativas de los estratos de medición de carbón en el área de Liulin, Shanxi [J]. Teoría y tecnología de exploración y desarrollo de metano de lechos de carbón - Actas del Simposio Académico Nacional de Metano de lechos de carbón 2010.
Zhang Songhang, Tang Dazhen, Tang Shuheng. 2009. Investigación sobre las condiciones de producción y almacenamiento de metano en capas de carbón en el margen oriental de la cuenca de Ordos [J]. Journal of Coal Science, 10 Yang Guang, Liu Junlai. 2008. Estudio experimental sobre la relación entre la deformación de la roca de carbón y las características del yacimiento de carbón en la cuenca de Ordos [J Acta Geologica Sinica, 10Yao, Yin. 2006. Características geológicas de los yacimientos de metano de capas de carbón en Liulin y Yangjiaping, Hedong Coalfield [J] China Petroleum Exploration, 11(3):68~72.