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无烟煤储层煤层水的相变传质过程及其煤层气开发的工程启示 被引量:2
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作者 刘世奇 王鹤 +3 位作者 桑树勋 胡秋嘉 贾慧敏 毛崇昊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期3138-3150,共13页
科学认识煤层孔裂隙中流体流动与传质机理是实现煤层气高效产出的治本之策。煤层气开发过程中,煤层水的赋存和运移产出特征不仅决定了煤层气井疏水降压效果,同时显著影响了CH4解吸、运移、产出过程,对煤层气井高效排采管控至关重要。以... 科学认识煤层孔裂隙中流体流动与传质机理是实现煤层气高效产出的治本之策。煤层气开发过程中,煤层水的赋存和运移产出特征不仅决定了煤层气井疏水降压效果,同时显著影响了CH4解吸、运移、产出过程,对煤层气井高效排采管控至关重要。以沁水盆地南部樊庄区块为例,基于煤层水赋存形式、产出过程和流动形态的认识,开展了煤层水相变传质机制的研究,并量化了工程背景下无烟煤储层煤层水相变传质的阈值孔径,探讨了其对煤层气开发的工程启示。结果表明:煤层水的赋存状态可动态转变,流体压差是发生动态转变的主要机制。水的单相流动阶段,可动水的运移主要受表面张力作用;工程背景下,大孔(孔径>50 nm)尺度孔裂隙中可动水的运移产出是煤层压力整体释放的前提,并奠定了煤层气井高产稳产的基础。气水两相流条件下,束缚水(毛管水)向可动水的转变受煤岩润湿性以及气水之间的界面性质与相互作用的重要影响,并因毛管效应发生而压力条件要求增加。其中,泡状流和气团流为主的阶段,CH4的解吸产出促进了部分介孔(2~50 nm)尺度孔裂隙中束缚水(毛管水)向可动水的转变,并决定了煤层压力的整体释放效果;指示了见套压后,煤层压力的整体释放是气水两相共同作用的结果,排水阶段向降压采气阶段缓慢过渡对煤层气井高产是必需,持续憋压可能造成介孔尺度孔裂隙中过早形成段塞流,不利于煤层气井高产稳产。随煤层压力降低,等效孔径>40 nm的孔裂隙中的液态水可汽化脱离形成气态水自由水,与吸附态CH4形成竞争吸附/解吸,而等效孔径<40 nm的孔裂隙中的煤层水则以液态形式保存或进行润湿迁移,对气水两相流阶段束缚水(毛管水)向可动水的转变影响较小。 展开更多
关键词 煤层气井 相变传质 毛管效应 气水两相流 无烟煤 樊庄区块
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高煤阶煤层气富集机理的深化研究 被引量:36
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作者 桑树勋 韩思杰 +4 位作者 刘世奇 周效志 李梦溪 胡秋嘉 张聪 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期388-403,共16页
高煤阶煤层气资源相对丰富是中国煤层气资源的重要禀赋之一,实现高煤阶煤层气大规模商业化开发突破是中国煤层气产业的世界贡献。以沁水盆地为代表的高煤阶煤层气生产基地是目前中国煤层气产量的主体来源,基于沁水盆地等高煤阶煤层气勘... 高煤阶煤层气资源相对丰富是中国煤层气资源的重要禀赋之一,实现高煤阶煤层气大规模商业化开发突破是中国煤层气产业的世界贡献。以沁水盆地为代表的高煤阶煤层气生产基地是目前中国煤层气产量的主体来源,基于沁水盆地等高煤阶煤层气勘探开发工程实践数据和大量研究工作积累,开展了高煤阶煤层气富集机理的系统深化研究。研究工作表明:区域岩浆热变质作用成因高阶煤是高煤阶煤层气富集的基本地质背景,沁水盆地南部(晋城)、鄂尔多斯盆地东南缘(韩城—延川南)、沁水盆地北端(寿阳—阳泉)、黔北—川南(织金—筠连)等中国高煤阶煤层气富集区煤储层均以区域岩浆热变质成因为主;高煤阶煤层气富集规律是煤层含气量和渗透率在不同埋深和构造条件下耦合配置的结果,在沁水盆地高煤阶煤层气向斜富集模式、褶曲翼部斜坡带富集模式、构造高位富集模式分别对应于煤层埋深约500 m以浅、500~800 m埋深、约800 m以深;决定高阶煤储层渗透率的主控地质因素构成高煤阶煤层气富集关键主控地质因素,主要为煤层埋深、地质构造(含构造应力场)、煤体结构等;煤层渗透率随埋深呈负指数关系减小,煤层拉张裂隙发育且与现今最大主应力方向一致的构造部位煤层渗透率高,不同煤体结构高阶煤中碎裂煤渗透率最高;埋深、地质构造、煤体结构等关键主控地质因素通过煤储层地应力变化、裂隙发育与应变破坏等方式控制高阶煤储层渗透性,这是高煤阶煤层气富集的主要机理,在地应力场作用下煤岩应变破坏过程对煤层中裂隙发育的自然改造作用是高阶煤储层原始渗透率变化的根本原因。 展开更多
关键词 高煤阶煤层气 富集区 基本地质背景 关键主控地质因素 富集机理
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沁水盆地煤层气田地面集输技术现状与展望 被引量:10
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作者 孟凡华 马文峰 +3 位作者 刘红霞 程相振 韩东 史丽苹 《天然气工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期118-124,共7页
沁水盆地煤层气田经过近10年的开发建设,系统建设和运行过程中"三难"(征地难、建站难、布管难)、"三高"(投资高、闲置高、能耗高)、采出水处理"三差异"(水质差异、排放标准差异、产水量差异)等问题不断凸... 沁水盆地煤层气田经过近10年的开发建设,系统建设和运行过程中"三难"(征地难、建站难、布管难)、"三高"(投资高、闲置高、能耗高)、采出水处理"三差异"(水质差异、排放标准差异、产水量差异)等问题不断凸显,现有建设模式下的降本提效措施不能解决上述问题。为此,以煤层气产能建设项目的建设与运行双重因素为出发点,在总结现有集输系统形成的主体技术和配套技术的基础上,围绕建设低成本、运行低能耗、系统高效率的核心理念,从改变现有的产能建设模式和集输系统模式入手,从井网布局、站场建设和管网设计等方面提出了新的技术思路:(1)构建分布式地面集输模式,创建新型"分布设点、双管前置、井站合建、橇装增压"总体集输工艺优化模式;(2)推进分期式地面建设理念,研究适合于站场橇装设备分期建设系数,提高设备利用率,调整采气、集气管网的设计系数,以确保系统产、输能力匹配合理;(3)推广井、站合建的橇装技术,实现工厂化预制和模块化施工,减少现场工作量,缩短建设工期,从而提高建设效率和建设质量。结论认为,现有建设模式及系统模式下的优化、调整手段不是该气田降低投资的根本出路,探索新的产能建设模式、以非常规手段解决非常规问题,才能从根本上提高系统投资回报率、提高系统的适应性。 展开更多
关键词 沁水盆地 煤层气田 降本提效 集输工艺 地面—地下一体化 井—站合建 橇装化设计 分期、分布式建设
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沁水盆地南部煤层气直井合层排采产气效果数值模拟 被引量:15
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作者 刘世奇 方辉煌 +4 位作者 桑树勋 胡秋嘉 段卫英 贾慧敏 毛崇昊 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期20-31,共12页
随着煤层气勘探开发的深入,多煤层合层排采受到广泛关注。合层排采管控工艺是确保煤层气合采井高产稳产的关键,而多煤层组合条件下复杂的地质条件增加了合层排采管控的难度。数值模拟技术是研究煤层气井合层排采管控工艺的有效手段,科... 随着煤层气勘探开发的深入,多煤层合层排采受到广泛关注。合层排采管控工艺是确保煤层气合采井高产稳产的关键,而多煤层组合条件下复杂的地质条件增加了合层排采管控的难度。数值模拟技术是研究煤层气井合层排采管控工艺的有效手段,科学、可靠的模拟结果可为合采井排采管控提供依据。考虑温度效应、煤基质收缩效应、有效应力作用对煤层流体运移规律以及渗透率等煤层物性参数的影响,建立煤层气直井合层排采生产动态过程多物理场耦合数学模型,并进行有限元法的多物理场耦合求解。通过对沁水盆地南部郑庄区块煤层气合采井组的模拟,探讨不同排采速率下煤层气直井合层排采产气效果及渗透率等煤层物性参数动态演化特征,提出煤层气直井合层排采工程建议。模拟结果显示,郑庄区块3号、15号煤层整体含气量较高,煤层气合采井组具有较大增产潜力,提高排采速率对提高煤层气采收率的效果不显著;排采过程中,煤基质收缩效应对渗透率的影响强于有效应力作用,是提高煤层气井排采速率的保障,在确保排采速率不超过煤层渗流能力上限的基础上,适当提高排采速率可实现煤层气井增产。基于模拟结果,建议排采速率的调整以控制动液面或液柱压力为主;以3号、15号煤层气合采井增产为目标,产水阶段和憋压阶段,郑庄区块煤层气直井合层排采速率以液柱压力降幅0.12~0.20 MPa/d或动液面降幅12~20 m/d为宜,既可实现煤层气增产,又可避免储层伤害。 展开更多
关键词 合层排采效果 煤层气直井 排采速率 动液面 合采井 日产气量 渗透率 沁水盆地郑庄区块
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表面活性剂对煤层气解吸能力的影响 被引量:4
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作者 王恩东 吴海明 +3 位作者 沈健 刘晶 魏波 王国锋 《钻采工艺》 CAS 北大核心 2021年第1期106-109,共4页
在煤层气开采过程中使用的入井流体都添加了不同类型的表面活性剂,不仅对煤储层的表面性质产生影响,还影响煤层气的解吸能力。因此,室内使用两种不同的煤样以及不同的表面活性剂开展了表面张力和接触角以及煤层气常压、变压解吸实验评价... 在煤层气开采过程中使用的入井流体都添加了不同类型的表面活性剂,不仅对煤储层的表面性质产生影响,还影响煤层气的解吸能力。因此,室内使用两种不同的煤样以及不同的表面活性剂开展了表面张力和接触角以及煤层气常压、变压解吸实验评价,结果表明:表面活性剂的加入使溶液表面张力明显降低,其中复配表面活性剂FP-GA的效果最好,质量浓度为0.5%时能使表面张力降低至22.6 m N/m;阴离子表面活性剂AS-02降低煤样表面接触角的效果最好,能使硬煤和软煤表面的接触角分别降低至9°和12°;使用表面活性剂处理后硬煤和软煤的常压、变压解吸量均明显增大,其中复配表面活性剂FP-GA使两种煤样常压和变压解吸量的提升幅度最大,能显著提高煤层气的解吸能力。这主要是表面活性剂可以通过降低表面张力和改变煤岩表面润湿性的方式来降低煤层气解吸时的毛细管阻力,从而起到增大煤层气解吸量的效果,为煤层气开发过程合理使用表面活性剂提供一定的借鉴。 展开更多
关键词 煤层气 表面活性剂 解吸能力 表面张力 润湿性
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中马格达雷纳盆地La Luna组页岩油地质特征与勘探开发潜力分析
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作者 王斌 任怀建 +2 位作者 卢小新 张达景 孙九江 《中国矿业》 2022年第4期172-180,共9页
中马格达雷纳盆地是哥伦比亚重要的产油气盆地之一,具有较大开发潜力。本文系统分析中马格达雷纳盆地演化过程、构造和石油地质特征,以及La Luna组烃源岩特征、储层特征、裂缝发育特征和流体特征。研究表明:中马格达雷纳盆地La Luna组... 中马格达雷纳盆地是哥伦比亚重要的产油气盆地之一,具有较大开发潜力。本文系统分析中马格达雷纳盆地演化过程、构造和石油地质特征,以及La Luna组烃源岩特征、储层特征、裂缝发育特征和流体特征。研究表明:中马格达雷纳盆地La Luna组具有分布面积广、厚度大、烃源岩品质优、储层物性好等特点,烃源岩成熟度低-成熟、以油为主,油藏压力高,属于典型的非常规油气层。La Luna组为海陆棚沉积环境,含大量生物介壳,储层发育大量微孔隙,矿物成分以方解石/白云石、石英为主,黏土含量低,有利于压裂,且由于方解石/白云石含量高,有利于进行酸化改造措施,受构造作用影响,La Luna组裂缝发育,极大地改善储层渗透性。总体而言,中马格达雷纳盆地La Luna组具有巨大的非常规油气资源潜力和勘探开发前景,但受政策、环保及当地作业环境的影响,难以在短期内实现大规模商业开发。 展开更多
关键词 中马格达雷纳盆地 La Luna组 非常规油气 开发潜力 海陆棚沉积环境
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沁水盆地夏店区块煤层气藏气水分异特征 被引量:7
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作者 冯树仁 张聪 +3 位作者 张金笑 刘忠 崔新瑞 晁巍巍 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期129-134,共6页
沁水盆地夏店区块煤层气藏属低孔低渗致密气藏,区块试采情况证实该区气水分布关系复杂。为了明确研究区气水分布规律,对夏店区块试采区煤层气地质条件、压裂和生产动态资料进行分析,阐明夏店区块试采区的气水分布特点,探讨气水分布差异... 沁水盆地夏店区块煤层气藏属低孔低渗致密气藏,区块试采情况证实该区气水分布关系复杂。为了明确研究区气水分布规律,对夏店区块试采区煤层气地质条件、压裂和生产动态资料进行分析,阐明夏店区块试采区的气水分布特点,探讨气水分布差异主控因素。结果表明,研究区气水分异主要表现为2种情况,一是高部位产气、低部位产水的重力分异;二是局部井区受断层影响,出现高部位产水、低部位产气的气水倒置现象。根据气水分布特征,以构造形态为骨架,结合储层、压裂及生产动态资料,建立了封闭断层–褶曲、类气顶、开放断层控制、微构造控制、顶底板岩性控制等5种气水分布模式,明确了沁水盆地夏店区块气水分布主要受构造及压裂控制影响,同时提出差异化的井位部署建议,可以指导该区煤层气进一步的勘探开发。 展开更多
关键词 沁水盆地 煤层气藏 夏店区块 气水倒置 重力分异 气水分布
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利用致密砂岩储层电导率参数求取渗透率 被引量:5
8
作者 尹帅 丁文龙 +4 位作者 单钰铭 周文 房克栋 赵鑫 张惠南 《岩性油气藏》 CSCD 北大核心 2016年第6期117-124,共8页
致密砂岩储层具有较强的非均质性,用常规方法难以实现对其渗透率的有效预测。为了解决该问题,同时考虑岩石电导率、颗粒电导率、地层水电导率及胶结指数等建立了致密砂岩储层渗透率模型,并通过对致密砂岩渗透率的数值分析,探讨了这些因... 致密砂岩储层具有较强的非均质性,用常规方法难以实现对其渗透率的有效预测。为了解决该问题,同时考虑岩石电导率、颗粒电导率、地层水电导率及胶结指数等建立了致密砂岩储层渗透率模型,并通过对致密砂岩渗透率的数值分析,探讨了这些因素对致密砂岩渗透率的影响,建立了相关解释图版。研究表明:1致密砂岩渗透率随着岩石电导率的增大而增大。当岩石电导率较小时,其对渗透率的影响较小;反之,影响较大。2致密砂岩渗透率随着颗粒电导率的增大而减小,但颗粒电导率对致密砂岩渗透率的影响并不大。与颗粒电导率相比,岩石电导率对致密砂岩渗透率的影响更大。3致密砂岩渗透率随着胶结指数的增大而增大。当胶结指数较小时,其对致密砂岩渗透率的影响较小;反之,影响较大。将该方法应用于川西地区三叠系致密砂岩储层渗透率的预测,取得了较好的应用效果,证明了该方法的有效性。研究成果对致密砂岩储层评价及测井评价等均具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 致密砂岩 岩石电导率 颗粒电导率 地层水电导率 胶结指数 渗透率
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沁水盆地南部郑庄区块15号煤与3号煤储层物性及产气差异研究 被引量:6
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作者 张聪 李梦溪 +5 位作者 冯树仁 胡秋嘉 乔茂坡 吴定泉 于家盛 李可心 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第9期145-153,共9页
随着煤层气勘探开发的深入,同一区域不同层系开发差异逐步呈现,深化储层认识对开发策略的制定显得尤为重要,以沁水盆地南部郑庄区块为例,以往重点关注主力层3号煤资源,根据区块增产需求,需要逐步多层系开采。本研究重点剖析15号煤层气资... 随着煤层气勘探开发的深入,同一区域不同层系开发差异逐步呈现,深化储层认识对开发策略的制定显得尤为重要,以沁水盆地南部郑庄区块为例,以往重点关注主力层3号煤资源,根据区块增产需求,需要逐步多层系开采。本研究重点剖析15号煤层气资源,采取与开发较为成熟的3号煤层气资源对比分析的方法,得出储层差异和分区差异,并推测其成因机制,指导针对性开发策略的制定。通过钻井岩心描述及镜下观察,结合分析化验、地震勘探、测井及生产等资料,对比研究了郑庄区块15号煤层与3号煤层在煤厚、物性和含气性等方面的差异。结果表明:与3号煤层相比,15号煤层厚度较薄,且平面分布不稳定,存在局部分叉现象;总体上,15号煤层含气量与3号煤层相当,一般为10~29 m^(3)/t,但在区块内部呈现出具有一定规律的分区差异;15号煤层的吸附时间较3号煤层明显缩短,表明其较为有利的开发潜力。研究认为,沉积环境差异和构造影响程度不同是导致两套煤储层物性和含气性差异的主要原因,太原组障壁海相沉积环境水体变化大导致15号煤层沉积厚度平面变化大,强还原沉积环境造成15号煤层镜质组分含量较高;相比于3号煤层,局部地段太原组15号煤层受基底构造、断层、褶皱等地质构造影响更为明显。根据煤储层参数特征,将15号煤有利区划分为三类,指出开发“甜点区”;试采结果表明,I类区15号煤层套管压裂水平井日产气量突破10000 m^(3),3号、15号煤层直井合采较单采3号煤层产量翻番;Ⅱ类区15号煤层套管压裂水平井获得高产,为区域增产、规模扩建起到技术支撑作用。 展开更多
关键词 煤层气 物性特征 含气性 产气特征 沁水盆地郑庄区块
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红外光谱定量研究不同煤阶煤的化学结构 被引量:61
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作者 郝盼云 孟艳军 +2 位作者 曾凡桂 闫涛滔 徐光波 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期787-792,共6页
为定量研究不同煤阶煤的化学结构,借助傅里叶红外光谱,对河曲长焰煤、柳林焦煤及晋城无烟煤进行了化学结构表征。从红外的四个谱段来看,每一谱段都发生了一定的变化。在芳香结构中,河曲煤有5个峰位,柳林煤减小为3个峰位,而后至晋城煤又... 为定量研究不同煤阶煤的化学结构,借助傅里叶红外光谱,对河曲长焰煤、柳林焦煤及晋城无烟煤进行了化学结构表征。从红外的四个谱段来看,每一谱段都发生了一定的变化。在芳香结构中,河曲煤有5个峰位,柳林煤减小为3个峰位,而后至晋城煤又增加到5个峰位。在含氧官能团中,随着煤阶的升高,波数在1 100~1 350 cm^-1的峰面积逐渐减小,峰形变得平缓,这说明煤化作用是富碳、脱氧的过程。在脂肪烃中,谱图中波数在2 952 cm^-1附近的肩峰加宽,说明甲基的含量增加。波数在2 895 cm^-1附近的峰形逐渐变缓,说明次甲基的含量减小。在氢键范围内,随着煤阶的增高,谱图先变缓后变陡,波数在3 400 cm^-1附近变化尤为突出,说明煤中自缔合羟基的含量先减小后增加。并运用Origin7.5软件对所得到的红外谱图进行分峰拟合及归属。结果表明:苯环的取代方式主要以三取代为主,随着煤阶的增高,苯环三、四取代含量下降,二、五取代含量升高;其中苯环三取代的含量由63%降至32%,苯环四取代由17.21%降至12.86%,而苯环二取代则由12.36%增至24.44%,苯环五取代由6.55%增至26.58%。红外归属中,不同煤阶煤灰分的百分含量,与其工业分析中灰分含量有很好地对应。随着煤阶的增高,碳氧单键的比例由37.22%降至27.83%;碳碳双键含量由31.02%升高到36.86%,而后又降至25.42%;碳氧双键含量有微小变化,由13.07%降到13.02%,然后又升至13.81%。脂肪烃中,随着煤化程度的加深,甲基对称伸缩振动占比分别为11.67%, 11.81%和12.92%,甲基反对称伸缩振动占比分别为18.74%, 18.94%, 24.76%,而次甲基的伸缩振动占比分别为17.38%, 12.53%, 11.57%,亚甲基对称伸缩振动占比分别为18.09%, 18.14%和15.43%,亚甲基的反对称伸缩振动占比分别为34.41%, 38.58%和35.32%。亚甲基的对称与反对称的比例都出现先增加后减小的趋势;甲基的对称与反对称伸缩振动的比例则呈增加趋势;次甲基的含量呈降低趋势。羟基-N氢键存在于河曲煤与柳林煤中,晋城煤无此类氢键;煤阶越低,其百分含量越大。随着煤阶的增高,环状缔合氢键由19.03%降至12.71%,羟基-醚氢键由27.20%降至16.89%;这是由于低煤阶煤中羧酸、羟基等含氧官能团的含量高。自缔合羟基含量先由39.63%减小到34.78%,而后又增加至37.88%;而羟基-π氢键的含量由9.84%上升至27.77%。这些变化揭示了煤化作用是一个富碳、去氢、脱氧、去除杂原子的复杂演化过程;对探索煤大分子结构演化特征及控制机理有借鉴意义。 展开更多
关键词 傅里叶红外 化学结构 煤化程度
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鄂尔多斯盆地下奥陶统马五5亚段致密碳酸盐岩储集层评价 被引量:1
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作者 张丽雯 高星 +3 位作者 刘明仁 李婧娟 史云鹤 苏中堂 《大庆石油地质与开发》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期16-21,共6页
鄂尔多斯盆地下奥陶统马五5亚段白云岩属致密碳酸盐岩油气储集层,在岩石学、孔隙结构研究基础上,对沉积微相、成岩相、储集层厚度、孔隙度、渗透率、产能等多个参数权重赋值,综合评价了马五5亚段白云岩储集层。研究认为:储集层以晶间孔... 鄂尔多斯盆地下奥陶统马五5亚段白云岩属致密碳酸盐岩油气储集层,在岩石学、孔隙结构研究基础上,对沉积微相、成岩相、储集层厚度、孔隙度、渗透率、产能等多个参数权重赋值,综合评价了马五5亚段白云岩储集层。研究认为:储集层以晶间孔、晶间溶孔及溶缝为主,孔喉较细,中细歪度,属低孔致密储集层;潮间云坪、潮缘滩沉积微相利于储集层发育,白云石化相、强溶蚀亚相、去膏化—白云石化亚相内储集层质量相对较好。研究区划分出Ⅰ类储集层区1处,Ⅱ类储集层区2处,Ⅲ类储集层区1处。 展开更多
关键词 致密储集层 白云岩 储集层评价 成岩相 储集层质量 马家沟组
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