煤-砂岩复合储层煤系气渗流模型及数值模拟研究

煤系气在复合储层中的渗流比单一储层复杂的多,目前煤系气渗流模型及规律的研究主要以单一储层为主,对煤系气在复合储层中的渗流模型及渗流规律研究较少。据此,建立煤-砂岩复合储层煤系气合采渗流模型,并采用COMSOL数值模拟软件对建立的数学模型进行了数值求解;比较有无层间窜流时煤-砂岩复合储层煤系气合采储层压力变化规律。模拟结果显示:层间窜流的存在对煤层和砂岩层储层压力变化情况均有明显影响。在近井筒区域,煤系气由砂岩层向煤层窜流,考虑层间窜流后煤层储层压力下降幅度较不考虑有明显减小,砂岩层储层压力较不考虑明显增大;在远井筒区域,煤系气由煤层向砂岩层窜流,考虑层间窜流后煤层储层压力较不考虑有明显减小,砂岩层储层压力较不考虑时有明显增大。建立的煤-砂岩复合储层煤系气合采渗流模型为研究煤系气合采问题奠定基础,具有重要的理论价值。     

煤层气储层渗透率影响因素研究

煤层气储层渗透率是煤层气开发生产的关键参数之一。在深入分析煤层气的解吸过程和煤储层孔隙特征的最新研究成果基础上,对与煤层气储层渗透率相关的主要影响因素进行了系统分析,发现:大量水排出后会形成大量与裂隙相连的孔隙,对煤层气的渗透率造成重要的影响; 煤层的成熟度不仅对煤层气储层的孔隙结构造成影响,同时对孔隙表面的粗糙度也有一定的影响; 克林伯格效应对煤层气储层的渗透率影响可以不在研究范围内; 甲烷的溶解度随无机质离子的含量增大呈现一种先增大后减小的趋势。     

煤层气储层相对渗透率试验及数值模拟技术研究进展

气水相对渗透率是评价煤层气是否具有工业价值的关键参数之一,测量和估算煤层气储层的相对渗透率是推进煤层气产业化亟需解决的基础问题。通过梳理国内外气水相对渗透率的研究进展,重点从煤储层气水相对渗透率的试验方法、理论模型和数值模拟3方面展开论述,主要取得了4项认识：(1)非稳态法在煤储层相对渗透率的测试中应用范围更广泛,但较少探究原位温度的影响;微流控试验在可视化和量化多相流体渗流行为方面有很大的应用前景。(2)利用核磁共振成像、CT三维扫描试验等新兴技术手段对渗透率试验装置进行改进,可以实时捕获多相流体的驱替过程并使测试结果更为准确。但试验环境较难还原地层的原位条件,且传感器的精度和稳定性仍需要进一步提高。(3)尽管目前针对煤层气储层已建立了多种相对渗透率计算模型,但其之间仍存在不同的假设条件和适用范围,难以统一推广,且未考虑真实孔裂隙结构的几何形态。(4)数值模拟方法破除了物理试验中的样品尺寸限制,在结合煤层气现场开发数据的基础上,可以实现提高采收率过程中相对渗透率变化的动态刻画。最后指出,未来需要将气水相对渗透率的测试环境进一步拓展至原位储层温度条件,探究多类型混合气体与水相流动行为,...     

新疆煤系气资源及勘探开发前景

新疆作为我国西北地区重要的聚煤区,侏罗系煤系地层赋存丰富煤系气资源,3000m以浅的煤系气总量可达25.25×10¹²m³,能够为新疆油气勘探开发开辟新层系;准噶尔盆地南缘-东缘、塔里木盆地北缘的煤层气勘查中均在煤系地层的砂岩、泥(页)岩层段发现良好气测显示,且试采结果表明煤系气开发可大幅提高煤层气井的单井产量;新疆煤系气资源丰富、研究程度低,需要系统开展成藏地质、储层地质、开发机理、适用性开发工程技术等研究评价。     

致密储层应力敏感性与力学特性关系实验研究

致密储层极差的物性、特殊的微观孔隙结构特征及粘土矿物的赋存状态,造成储层极易受到应力损害,使渗透率降低,直接影响产能。利用三轴应力实验和智能岩芯流动实验,测定了致密储层力学特性,及煤油和KCl溶液驱替下的渗透率损害情况,并分析了应力条件下致密储层渗透率损害率与岩石力学特性的关系。研究结果表明:实验流体的选择对渗透率损害影响很大,KCl溶液渗透率损害程度远高于煤油测定结果;渗透率损害率,随着弹性模量增大呈对数函数减小,随着抗压强度升高呈幂函数减小。研究成果深化了对致密储层渗透率、岩石力学特性和有效应力关系的认识,对致密储层高效开发有一定指导意义。     

瓦斯压力和应力对裂隙影响下的渗透率模型研究

煤层的渗透率演化对研究矿井瓦斯抽采、煤层气开采及钻孔优化布置起到至关重要的作用。为了研究瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合作用对煤岩渗透率演化模型的影响,基于应变,探讨了瓦斯压力和应力作用对煤体裂隙变形和渗透率的影响,构建了基于瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合的煤体渗透率理论模型,并结合前人的试验数据,对建立的基于瓦斯压力-裂隙及应力-裂隙耦合的煤体渗透率模型进行了对比验证。研究结果表明:①将煤体的结构单元体简化为立方体模型,分别分析了瓦斯压力引起的裂隙变形与煤体基质吸附变形引起的裂隙变形对煤体渗透率的影响;基于煤岩裂隙宽度与渗透率的关系,推导了瓦斯压力-裂隙耦合作用下煤体的渗透率模型。②侧向应力对裂隙变形的影响与煤体吸附所引起的内膨胀变形相似,均通过改变煤体骨架向裂隙内部膨胀来影响煤体裂隙的变形;通过试验数据验证了侧向应力和法向应力对煤体渗透率的影响机理相同,构建了三向应力-裂隙耦合作用下煤体的渗透率模型。③结合前人的试验数据,进行了全局优化非线性拟合,与基于有效应力的模型相比,所构建的模型与试验数据吻合度较好,验证了所建立模型的可靠性,并发现裂隙对法向应力的敏感性远大于侧向应力。     

中国煤系气大产业建设战略价值与战略选择

我国煤系气资源十分丰富,但产业历经30余年建设,2020年地面井产量只占全国天然气总产量的3.07％,发展规模不尽如人意.面向这一困局,中国工程院发起组织了煤层气有效开发建设大产业的战略研讨.笔者借此契机,放眼更为宽广领域,将煤系其他类型天然气一并考虑,在定义煤系气大产业基础上,论证我国建设煤系气大产业的战略价值和可能...     

构造曲率对煤储层渗透率的控制关系

基于沁水盆地丰富的试井渗透率资料,结合研究区的构造地质背景,对煤储层渗透率和构造曲率之间的关系展开了探讨.研究结果表明:试井渗透率大于0.5md对应的构造曲率介于(0.05～0.2)×10-4/m之间,对于煤层气开采的有利区而言,构造主曲率以中等为好,过低或过高都不利于煤储层渗透率的提高.     

超临界CO_2致裂后页岩渗透率变化规律及影响因素

根据近几年兴起的无水压裂学术思想,采用超临界CO_2压裂后的裂隙页岩体试件(Φ100 mm×200 mm圆柱体试件),开展了不同体积应力和不同温度条件下CO_2渗流实验来模拟压裂后页岩气储层的渗透特性变化,揭示不同因素对裂隙页岩体渗透率的影响机理。实验结果表明:页岩吸附CO_2后渗透率降低;裂隙页岩体渗透率随有效应力的增加呈负指数关系减少;在CO_2超临界温度32~48℃的内页岩渗透率随温度升高而降低,而且渗透率对温度的敏感性也随着温度的升高越来越小;在低压阶段(1~3 MPa),Klinkenberg效应作用明显,在该阶段渗透率随着气体压力的增加而减少,当气体压力在3~5 MPa时,渗透率随气体压力的增加而增加;页岩储层对CO_2的渗透率受地温、地压以及其自身孔隙结构共同影响。     

山西不同煤级储层有效渗透率的实验研究

基于山西不同煤级煤岩体气、水双相渗透率实验,探讨了不同煤级储层的有效渗透性特征、影响因素及随含气饱和度的变化规律。实验研究表明,不同煤岩体相对渗透率显示出"一高五低"的特点,即残余水饱和度高、等渗点相对渗透率低、CH4有效渗透率低、含气饱和度低、两相共流时跨度低、束缚水下CH4渗透率低。给出了各煤级煤气、水渗透率与含气饱和度呈幂函数关系。以此为基础,采用多元非线性回归方法,构建了气、水相有效渗透率随含气饱和度变化的响应模型。     

裂缝各向异性介质方向渗透率半解析计算方法

裂缝性油藏一般发育有一组或多组裂缝,每组裂缝大都有各自比较一致的方向性。由于裂缝的存在,使得油藏的渗透率具有各向异性特征。为此,基于多边形保角变换方法Schwarz-Christoffel变换（S-C变换）及渗流力学理论,推导建立了一种新的方向渗透率半解析计算模型,编制了相应的求解程序,利用物理模拟实验验证了计算模型的准确性和实用性,并给出了相应的计算实例。该裂缝方向渗透率计算模型,不仅可以在已知裂缝渗透率和压力条件下计算相应的流量,同时还可以根据实验测得的流量和压力数据来反算裂缝渗透率,使用范围广。该计算方法为裂缝性介质渗流参数的确定提供了理论依据,对研究裂缝各向异性介质的渗流特征也具有重要的参考价值。     

湘中地区涟源凹陷煤系砂岩储层物性特征

采用地质调查及实验测试等手段,应用煤系气地质学理论,以湘中地区涟源凹陷煤系砂岩为对象,对其储层物性特征进行了系统研究,结果显示:研究区煤系砂岩储层类型较为相似,以岩屑石英砂岩和长石石英砂岩为主;煤系砂岩储层孔隙度均较低,具有低孔低渗物性特点;煤系砂岩储层分选性相对较好,喉道分布较为均匀,主要为小孔-微喉组合的孔隙型储层,储集层发育较为致密,属于致密砂岩储层.     

开发过程中煤储层渗透率动态变化特征

为了摸清开发过程中煤储层渗透率动态变化特征,分析了影响煤储层渗透率动态变化的3种效应,引用了P & M渗透率模型,并以沁水煤层气田二叠系山西组3号煤储层为例,模拟了储层压力从初始值降至衰竭压力整个过程中煤储层渗透率的变化.结果显示:渗透率先减小后增大;压力降至临界解吸压力3.8 MPa,渗透率衰减少了34%,降至最低值;继续降压至2.5 MPa,渗透率回弹至初始水平;降压至衰竭压力0.7 MPa时,渗透率增至初始渗透率的2.8倍,预示该区块有较好的产气条件和前景.并通过敏感性分析得出,杨氏模量越大,基质收缩效果越显著,含气饱和度越高,越有利于改善煤储层渗透率.并据此提出2条建议：① 在进行煤层气区块优选时,应加入“动态渗透率”这个关键参数,这样可能会发现“先天”条件差而开发中后期物性易得到改善、开发潜力较大的区块;② 以渗透率动态变化特征为依据,不断调整和优化排水降压幅度和节奏.     

孔隙结构控制下的煤体渗透实验研究

煤层为典型的双重孔隙介质体,其渗透能力受孔隙和裂隙结构参数控制。通过建立描述煤体孔隙和裂隙渗透率统一数学模型,将煤体内气体渗流分为孔隙控制型、裂隙控制型和孔隙-裂隙联合控制型3类;借助6组煤样气体渗流实验数据和孔隙裂隙的测试统计,讨论了不同孔隙特征的渗透率差异原因。研究发现,孔隙和裂隙的结构参数决定了煤体的压缩系数和孔渗指数,进而决定了其渗流类型,影响煤体渗透率敏感性的关键因素是裂隙的密度和尺度,微孔中的气体分子受范德华力影响导致渗透率的应力敏感性几乎无法体现。     

煤系气联合开发甜层评价方法研究

选取影响煤系气开发的主要地质因素,采用多层次模糊数学法构建了煤系气开发甜层评价体系,其中各类储层的可改造性权重最高,资源丰度其次,可采性所占权重相对较低。在此基础上,对河南平顶山矿区HN-02井主采煤层所在下石盒子组和山西组地层进行甜层评价,优选出15个甜层,包含煤层7层、泥页岩甜层7层、致密岩甜层1层;各甜层中,二1煤、四2煤及其底板炭质泥岩具有良好的资源条件,四3煤顶板细砂岩与泥岩、四2煤底板薄煤层与炭质泥岩、下石盒子组底部泥岩具有较高的可改造性。煤系气开发阶段,优先对甜层进行射孔、压裂,有利于在有限的施工规模下提升井控范围内可采资源量、储层改造效果,进而促进煤系气高效产出。     

煤层气井排采诱导渗透率变化模型研究

目前,国内外关于煤层气排采理论方面很少考虑两相流体与煤体结构的耦合作用,缺少对吸附、解吸、扩散和渗流过程的相互制约机制研究.本文借鉴了已有煤岩石力学分析测试数据和煤储层多相渗流渗透率研究成果,采用数值模拟的研究方法,建立煤储层流体排出和煤基质弹性体积变形与煤储层渗透率变化之间关系的数学模型.通过实例计算,分析了储层压力和煤级等因素对煤储层渗透率变化的影响,得出渗透率综合变化率值随着煤级和流体压力的降低逐渐变大.     

煤体吸附变形对3种气体渗透率演化的影响

为了深入认识气体吸附对煤体渗透率的控制机制,以渗流试验为基础,采用三轴渗流仪器研究了氦气、氮气和二氧化碳3种气体在不同气压和不同有效应力条件下煤体渗透率的变化规律。研究结果表明:在相同条件下,3种气体的渗透率呈现氦气>氮气>二氧化碳,其中二氧化碳气体的渗透率受吸附变形影响最为显著;在外界应力恒定的条件下,气体吸附和有效应力对煤体渗透率变化呈现竞争态势,低气压阶段气体吸附强于有效应力,而高气压阶段则相反,煤体渗透率呈现先下降后上升的趋势;气压恒定时,随着有效应力的增大,3种气体的渗透率呈现下降趋势;受吸附变形的影响,相同有效应力下,氮气和二氧化碳的渗透率损害率均大于氦气;同时,压力为2 MPa时渗透率较压力为1 MPa时渗透率下降程度最高可达30.98%,平均压缩系数下降约为15%。     

鄂尔多斯盆地西缘煤系非常规气共生组合特征

煤炭资源的多重价值体现在含煤岩系中多种矿产资源的共生组合与共采潜力,除煤层自身之外,煤层气、页岩气、致密砂岩气等煤系非常规天然气（煤系气）共生共存的现象已日趋受到业界的关注。研究这些煤系非常规气的共生组合模式,有助于煤系气的综合勘查和开发。通过对鄂尔多斯盆地西缘煤系非常规气成藏地质条件的研究,以典型钻孔的岩性组合、沉积序列和测试数据分析为例,确定了煤系气的有利层段。结果显示：区内太原组上段、山西组下段,以及延安组一段上部、二段和三段具有煤系非常规气的勘探潜力,如JM107钻孔延安组三段876～897 m处,4煤和4上煤附近,为良好的煤系气层段。据此,建立了3种煤系非常规气共生组合模式,初步探讨了煤系非常规气的共生耦合机制。