煤基质收缩效应和有效应力对煤层渗透率影响的新数学模型

在煤层气开发过程中,由于受到煤基质收缩效应和有效应力作用的影响,煤层渗透率将随煤储层压力的下降而变化。基于Bangham固体变形理论和有效应力应变理论,建立了煤基质收缩效应和有效应力耦合作用影响下煤层渗透率的数学模型。分析结果表明,自煤层气开始生产起,随着煤储层压力的降低,煤层渗透率变化将可能出现3种情况。经过对已有的现场试验结果与模型结论的对比,证明了该模型与现场实际相符。     

中国煤储层渗透性及其主要影响因素

利用９０年代以来全国煤层气钻井的大部分试井渗透率资料,客观地评价了我国主要煤层气聚集区、带煤储层渗透性状况,研究了中国煤层渗透率的主要影响因素．我国煤层渗透率普遍低于美国煤盆地．区域上具有一定的分布规律．华北聚气区东部渗透率相对较低,而西部渗透率相对较高．东北聚气区、华南聚气区煤储层的渗透率较低．地应力是影响中国煤层渗透率的主要因素,渗透率随深度的变化趋势是应力的函数．     

声场作用下煤储层渗透性试验研究

利用自主研发的声场作用下煤层气渗流实验系统,实验研究了声场对煤储层渗流特性的影响。实验得出:不加声场下,煤体的渗透率随有效应力比、有效体应力的增加呈先减小后增大的趋势,渗透率初始快速降低,然后趋于平缓,最后增大;有效应力比恒定时,煤体的渗透率随有效体应力的增大而减小,最后趋于平缓;声场作用下煤体的渗透率大于无声场下,渗透率随声场作用时间的增加呈先增大后趋于稳定的趋势,且渗透率随声强的增加而增大,声场作用前后渗透率之比与声强呈线性关系;相同条件下,声场能促进煤层气扩散、运移,离震源越近,声场提高煤层渗透率效果越明显,因声波在煤层中传播发生衰减,声能降低,煤层气流量增量与距震源距离呈负指数关系。     

黔西土城向斜煤储层覆压孔渗试验研究

为研究土城向斜中阶煤煤储层孔隙度、渗透率、应力敏感性特征及对煤层气开采的影响，采集土城向斜1号、3号、5号、15号、17号、291号、292号煤层煤心煤样，以覆压孔渗试验为手段，对比各煤储层孔隙度和渗透率随有效应力的变化规律，利用孔隙度应力损害率、渗透率应力损害率及渗透率曲率等参数，分析了各煤储层有效应力敏感性。结果表明：煤储层随有效应力的增大，孔隙度及气体渗透率均呈负指数降低；试验煤储层应力敏感性系数为0.035～0.073 MPa-1,3号煤层应力敏感性回归系数最大;孔隙度应力损害率随有效应力的增加而增加，埋深较浅的3号煤层的应力损害率相对较大；渗透率应力损害率随有效应力的增加而呈指数增加，3号煤层的渗透率损害率明显大于其余煤样；煤储层渗透率曲率随着有效应力的增加，应力敏感性呈指数减弱；在相同有效应力下，3号煤层应力敏感性大于5号、15号、29号煤层，1号、17号煤层应力敏感性最弱。     

不同煤体结构煤储层煤层气排采中渗透率变化规律研究

通过不同煤体结构煤三轴应力条件下渗透率实验,结合煤层气井产气情况,分析了排采过程中渗透率的变化规律。研究结果表明:在轴压和围压一定时,孔隙压力降低,煤储层渗透率先减小、后增加;碎软低渗煤层由于机械力学强度小,前期伴随着液面下降,破碎煤粒之间的粒间孔隙急剧闭合,造成煤层渗透率大幅度减小,后期煤体收缩效应改善渗透率作用较原始结构煤层缓慢。研究认为,煤层气井应采用分段控压、稳步降压的排采方法,使煤储层裂隙与孔隙保持一定的张开度,抵抗煤基质变形,以减缓有效应力对渗透率的损坏,增大供气面积,保证煤层气充分解吸,提高产气量。     

煤层气藏单相气体渗流特征实验研究

本文利用低速渗流实验装置,研究了煤层气藏的应力敏感性和滑脱效应,比较了煤层气藏岩心和砂岩试样结果的差异.研究结果表明:裂缝发育的煤岩属于强应力敏感性介质,随着有效应力的增大,岩心渗透率下降,当围压增加到10MPa时,岩心无因次渗透率低于10%;煤层气藏单相气体渗流具有滑脱效应,并且确定了滑脱系数与渗透率关系式,但在渗透率相差不大的情况下,其滑脱效应弱于低渗透砂岩气藏.     

有效应力对煤层气储层各向异性的影响

为研究煤层气开发过程中有效应力增加对煤储层孔渗各向异性的影响,采用不同方向的煤岩样品对沁水盆地南部煤层气储层各向异性进行了评价。结果表明,煤层气储层孔隙度和孔隙结构具有明显各向异性特征:面割理方向核磁共振曲线为双峰型,以大孔、割理为主;端割理方向为宽底单峰型,以中孔为主;垂直煤层理方向为单峰型,中、小孔发育。有效应力加载至10 MPa后,3个方向核磁共振信号强度均降低,表明煤样部分孔隙被压缩、割理闭合。煤层气储层渗透率具有明显各向异性特征:面割理方向渗透率达到垂直层理方向的9倍以上;随有效应力增加,储层各向异性程度降低,但面割理方向与垂直层理方向渗透率异质程度最强。煤层气储层应力敏感性具有明显各向异性特征:面割理方向应力敏感性最强,应力敏感性系数和渗透率损害率均最大;垂直煤层理方向应力敏感性最弱,应力敏感性系数和渗透率损害率均最低。有效应力卸载后,不同方向煤岩渗透率恢复率不同,面割理方向最高,达到55.3%,垂直煤层面方向恢复率最低,为40.2%。     

渗透率应力敏感性对煤层气井产能的影响

为了得到煤层气井产能方程,并对其敏感参数进行分析,基于煤层流体渗流规律,推导了在达西渗流和非达西渗流下考虑渗透率应力敏感性的产能方程,研究了韩城WLl井某煤层的煤层气井流入动态。结果表明：不管是达西渗流还是非达西渗流,考虑应力敏感性后煤层气井的产能明显减少,无阻流量最多可以减少12．4％;当改变渗透率应力敏感系数后,发现敏感系数越大,煤层气井的产能下降越多;如果生产压差较小,虽然应力敏感性影响不明显,但是产气量较低,生产压差过大又会浪费地层能量。因此,开发时制定合理生产压差是非常重要的。     

考虑应力敏感性的煤层气井产能模型及应用分析

煤储层应力敏感性是影响煤层气井产能的地质因素,在煤层气井排采过程中如何降低或避免煤储层应力敏感性对煤层气井产量的影响是值得考虑的问题。在对煤储层应力敏感性分析的基础上,推导了考虑应力敏感性的煤层气气井产能模型,提出了用产量降低幅度值(β)描述应力敏感性对煤层气井产量的影响程度,揭示了有效应力对煤储层渗透性和煤层气井产能的影响规律。研究结果表明:煤储层渗透率随有效应力的增加按负指数函数规律降低,在煤层气开发中煤储层表现出明显的应力敏感性。考虑煤储层应力敏感性后,煤层气井的产量低于不考虑应力敏感性的气井产量;随生产压差的增大,煤层气井的产量增加幅度较小,并逐渐趋向稳定,且煤层气井产量下降幅度β值增大;煤层气井的产量降低幅度β值随应力敏感系数的增大整体呈增高趋势。随着生产压差的增加,煤层气井的产量增加幅度较小,并逐渐趋向稳定,说明放大生产压差并不能获得最大产量,煤层气开发需要制定合理的生产压差和严格控制排采强度。     

煤岩渗透特性实验研究

中低阶煤层气资源丰富,占全国煤层气预测资源量的26%。煤储层中含有诸多微裂隙,在储层的应力状态发生变化时,储层内部结构发生改变,储层的物性参数随之改变,煤层表现出明显的应力敏感性。为了研究煤岩渗透特性,选取山西晋城裂缝发育良好的煤岩,采用岩石力学三轴实验系统,通过施加不同驱动压力、不同有效应力,探究了不同驱动压力、不同有效应力下储层渗透率变化规律。结果表明,驱动压力不变的条件下,随着有效应力的增加,煤岩岩芯的渗透率降低,当有效应力由0.5 MPa增大到2.0 MPa时,渗透率降低60%以上;在有效应力不变的条件下,随着驱动压力的增加,煤岩岩芯的渗透率呈指数形式降低。