吸附性气体对煤岩基质变形和渗透率的影响

为了研究吸附性气体对煤岩基质变形和渗透率的影响,利用CT扫描技术刻画了煤岩吸附CO2后煤岩裂隙空间尺寸的展布特征;采用煤层气吸附/解吸系统,测试了CO2、N2和CH4的吸附/解吸参数;基于煤岩三轴渗流测试系统,测试了不同应力条件下气体渗流特征.研究结果表明:基于CT图像直接观察了煤岩吸附CO2后煤岩裂隙受到基质膨胀而压...     

煤岩储层渗透率动态变化模型

煤层气开采过程中,煤岩储层渗透率随压力降低不断变化。在考虑有效应力、基质收缩以及滑脱效应对渗透率影响的基础上,建立煤储层渗透率动态变化模型。研究结果表明：开采初期,储层压力降低,有效应力增大,渗透率降低;煤层气解吸,煤岩基质收缩,渗透率回弹;开采后期,有效应力与基质收缩的影响逐渐减弱,滑脱效应占主导地位,渗透率明显增加。     

煤基质自调节效应实验

煤储层渗透率是决定煤层气开采成败的关键参数之一。以煤基质为研究对象,根据应力来源的不同,提出了煤基质内外应力的概念。分析认为:煤储层渗透率随煤层气开采而动态变化正是煤基质内外应力综合作用的结果。随着煤层气的采动,有效应力(煤基质外力)增大,裂隙宽度减小,煤储层渗透率降低;而流体压力降低,煤层气解吸,煤基质发生收缩,产生煤基质内力,裂隙宽度增大,煤储层渗透率增高。为了探讨煤基质内外应力与煤基质变形特性的关系,开展了三轴力学实验和吸附膨胀实验,根据实验结果的分析和总结,提出了煤基质自调节效应的新观点,构建了煤基质内外应力耦合作用下的自调节模式。研究成果为煤层气的有效开采提供了理论基础。     

不同煤阶区域预测瓦斯含量临界值的实验研究及应用——以安阳矿区龙山矿无烟煤和大众矿贫煤为例

为了提高对瓦斯突出区域预测的准确性,确定合理的瓦斯含量临界值,分析了不同煤阶煤的吸附特征,搭建了具有温控功能的大质量煤样瓦斯吸附解吸实验系统。实验分析了瓦斯含量、瓦斯压力和钻屑瓦斯解吸指标的相互关系,确定出了不同煤阶瓦斯含量临界值。结果表明：①煤的变质程度越高,煤吸附甲烷的能力越强,区域预测瓦斯含量临界值就越高;②龙山矿无烟煤吸附常数（a）值为43.224～45.013 m³/t,瓦斯压力为0.74 MPa时对应的瓦斯含量最低为10.9 m³/t,Δh₂为200 Pa对应的瓦斯含量最低为10.8 m³/t,确定其瓦斯含量临界值为10.0 m³/t;③大众矿贫煤a值为30.813～33.85 m^3/t,瓦斯压力0.74 MPa对应的瓦斯含量最低为9.04 m³/t,Δh₂为200 Pa对应的瓦斯含量最低为9.3 m³/t,考虑到该矿煤质松软,确定其临界值为8.0 m³/t。现场跟踪考察结果表明,所确定的瓦斯含量临界值安全可靠,该研究成果可为其他类似矿区提供借鉴。     

有效应力对煤储层不同方向渗透率影响的差异性

为探究有效应力对煤储层不同方向渗透率的影响差异，以鄂尔多斯盆地东缘柳林矿区南部4号煤层为研究对象，运用脉冲衰减克式渗透率测试方法，分析了不同有效应力条件下顺层渗透率及垂层渗透率变化规律及两者之间的相互关系。研究表明：煤储层不同方向渗透率随有效应力的增加均呈现幂指数降低的趋势，当有效应力为10MPa时，顺层渗透率及垂层渗透率均处于渗透率变化临界点，而且两者随有效应力的增大呈现线性相关的降低趋势，顺层渗透率与垂层渗透率比值为4∶1。通过对顺层及垂层的储层应力敏感性差异性研究，发现顺层及垂层裂隙压缩系数随有效应力压差的增大而减小，渗透率应力敏感性随有效应力差的增大而增大，顺层裂隙压缩系数、应力敏感性均小于垂层方向。通过煤储层不同方向的裂隙应力敏感性、渗透率应力敏感性对比分析，认为有效应力对煤储层不同方向渗透率的控制主要是由有效应力对煤基质裂隙的压缩存在空间差异性所造成的。     

考虑渗透率应力敏感效应影响的气井产能修正方程

基于本体有效应力,对现有的渗透率应力敏感效应函数进行了修正,采用"直线式"分析法推导出了拟井底压力与产量的线性关系,给出了渗透率变化系数、目前地层压力及目前渗透率的确定方法。实例计算表明,"直线式"分析法简单易行,为确定气井产能提供了依据。     

超临界条件下煤层甲烷视吸附量、真实吸附量的差异及其地质意义

煤层甲烷高压等温实验一般已属于超临界条件,由其吸附数据计算出的视吸附量不能反映真实吸附量,两者存在差异,因而由视吸附量建立的煤层气产能评价及含气性评价需要重新进行厘定。为深入研究这一差异性,基于前人成果并结合一般气体状态方程,给出了甲烷视吸附量和真实吸附量在不同压力点下的关系式,对具体等温吸附数据进行了计算。结果显示：真实吸附量和视吸附量差值随压力增大而增大,煤储层吸附性越强差值越大;同时,以视吸附量代替真实吸附量求取的临界解吸压力和实测饱和度均要大些。据此认为,依据视吸附量预测深部含气量会远远低估深部煤储层的含气性,超临界条件下,深部游离气含量数值可能要远远大于以往的认识。该结论对于重新认识煤储层真实吸附性及含气性具有重要意义。     

三轴应力作用下煤体渗流规律实验

为了弄清三轴应力作用下煤体的渗流规律,运用CGMS煤层瓦斯气液相对渗透率测试系统准三轴渗透仪及恒温系统,以山西省沁水煤田阳泉固庄煤矿的煤样为例,进行了如下内容的实验研究:①煤样在相同孔隙压力不同体积应力下煤样的渗透率变化;②相同轴压和围压下不同温度下煤样的渗透率变化。实验结果表明,当孔隙压力不变时,煤体渗透率随体积应力增加呈负指数规律变小;当体积应力不变时,煤体渗透率随着温度的增加而增加。     

变形介质稠油油藏产能计算

针对目前稠油油藏产能公式无法考虑介质变形问题,基于变形介质压力敏感特征及稠油油藏的渗流理论,推导出了变形介质中广义宾汉流体型稠油油藏直井产能方程,并通过与油田实测数据的对比证明了其准确性与实用性;在此基础上,对产能影响因素进行了分析,结果表明:地层原油的幂律指数越小、启动压力梯度越大、地层变形系数越大,生产井产能越低,同时变形介质油藏的生产井存在最优生产压差,在实际生产中应予以考虑。     

Pertinence study on deformation and permeability of coal containing methane during loading process

利用含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,进行了不同气体压力作用下煤样全应力应变过程的瓦斯渗流实验。实验结果显示,煤样渗透率与变形之间存在内在关联,渗透率变化呈现阶段性特点。基于考虑气体吸附性的含瓦斯煤有效应力,建立了加载煤样变形与渗透率的相关性模型,研究受荷煤样变形与瓦斯渗流的相互关系。理论分析表明：当应力控制边界条件时,渗透率与煤样变形密切相关;煤样渗透率的变化受到有效应力、煤样变形模量、孔隙率和气体吸附性的共同作用;有效应力系数是联系煤样变形和渗透率的关键参量。由于理论计算结果与实验曲线较为接近,因此模型反映了不同瓦斯压力下加栽煤样变彤与渗诱率蛮化的基本特征。     

考虑变形效应低渗透气藏合理生产压差的选择

大部分低渗透气藏属于变形介质。一般采用流固耦合方法来处理变形介质问题，但是算法非常复杂。本文采用一种简单的变形效应处理方法，研究了变形效应对选择合理生产压差的影响。     

煤岩气相渗透率变化类型及判别模式

煤岩气相渗透率变化类型具有多样性。针对我国32个煤矿的不同变质程度煤岩样品(制备54个岩心柱),开展气相(CO₂)渗透率动态变化规律研究,基于气体反弹压力和渗透率伤害率2项指标,划分了煤岩气相渗透率变化类型;结合煤岩煤质数据,建立了渗透率变化类型判别模式。我国煤岩气相(CO₂)渗透率变化主要表现为下降型、反弹型和上升型3大类,包括8个小类;通过最大镜质组反射率-初始渗透率、惰镜比(惰质组含量与镜质组含量之比)-初始渗透率、固灰比(固定碳含量与灰分产率之比)-初始渗透率和惰镜比-固灰比交会图法,可有效识别煤岩气相渗透率变化类型,为优选有利的煤层气开发储层提供依据。     

低渗气藏可动水识别方法研究

识别储层中是否含有可动水主要采用对比束缚水饱和度与原始含水饱和度的方法,获取束缚水饱和度的实验方法较多,但不同方法的实验结果有所不同。从对比A区块不同束缚水饱和度的实验结果得出,相渗曲线法、离心毛管力曲线法的实验结果相近,并采用这些实验结果回归出了该区块的渗透率与束缚水饱和度关系式。由于储层存在压敏问题,需要对渗透率低于1×10~(-3)μm~2的储层进行覆压校正。应用回归出的束缚水饱和度计算式,结合覆压校正渗透率,准确地判断出该区块12口生产井的可动水情况。     

低渗煤储层背景下高渗带主控地质因素及模式

沁水盆地南部郑庄区块相邻煤层气井地质条件和开发工艺基本相同,但产气量却有巨大差异。针对这一现象,利用构造裂隙填图、煤体结构测井解释、裂隙特征压裂曲线反演、构造曲率分析等技术,分析了煤储层裂隙系统的发育特征;从古地应力场演化、原地应力测试入手,讨论了煤储层裂隙优势方向上有效应力对渗透率的控制作用。研究认为,煤储层裂隙系统的发育特征和优势裂隙方向的有效应力,是低渗背景下高渗带的主控地质因素。建立了3种渗透率发育地质模式：一是裂隙系统发育适中与有效应力匹配型,煤储层渗透率高,煤层气井产量高;二是煤储层裂隙系统过度发育型,无论有效应力适中或者过高,两者条件均不匹配,储层渗透率较低,产气量低;三是有效应力过高型,无论裂隙发育程度如何,均会导致煤储层渗透率较低,产气量低。研究成果对于相似地质条件的煤层气区块内高渗带预测具有借鉴意义。     

煤岩吸附—解吸变形各向异性特征试验分析

在井下瓦斯抽采和地面煤层气开发过程中,气体吸附和解吸会导致煤基质的膨胀和收缩变形。采用自主研发的煤岩气体吸附—解吸变形试验系统,对鹤壁六矿二₁煤层贫瘦煤煤样在不同气体压力下的吸附—解吸变形全过程进行了测试。试验结果表明：①煤样在吸附膨胀和解吸收缩变形过程中均呈现各向异性特征,垂直层理方向变形量最大,平行层理垂直面割理方向次之,平行层理垂直端割理方向最小;②煤岩吸附膨胀和解吸收缩变形量随气体压力的增加而增大,但平行层理垂直面割理方向与垂直端割理方向的变形值之比逐渐减小,各向异性程度逐渐减弱;③煤岩吸附膨胀变形是一个不可逆过程,煤岩吸附—解吸残余变形量与气体压力呈正线性相关性。     

苏里格低渗致密气藏阈压效应

低渗致密气藏孔吼细小,束缚水饱和度普遍较高,气-水关系复杂,存在阈压效应。采用苏里格低渗致密储层的岩样,开展了低渗致密气藏阈压效应的研究。实验采用气泡法与压差流量法相结合测试并研究了阈压梯度及其引起的气体非线性渗流特征。通过核磁共振和恒速压汞实验测试了赋存水的分布规律和岩样孔喉结 构,分析了阈压效应产生的机理及其影响因素。实验结果表明可动水和孔喉特征是影响阈压效应的主要因素,可动水比例越高、孔喉越致密,阈压梯度越大,阈压效应越强。并得出了通过气藏的绝对渗透率和含水饱和度定量表征苏里格低渗致密气藏阈压梯度的公式,进一步建立了通过渗透率和含水饱和度预测存在阈压效应的气井产能数学模型。IPR曲线表明,阈压效应会降低气藏的储量动用程度,导致一定的产能损失,因此减少气藏含水饱和度是提高开发效果的有效途径。     

储层压力条件下低渗砂岩气藏气体渗流特征

针对低渗砂岩气藏开展了储层压力条件下的气体渗流特征理论和实验研究,包括研究滑脱效应的定压差高压渗流实验和研究高速非达西流现象的定回压高压渗流实验.研究结果表明:低渗砂岩气藏储层中气体渗流的滑脱效应可以忽略不计;实验气测岩样绝对渗透率时,应用加回压提高平均压力的实验方法测得的绝对渗透率更为准确;压力梯度达到一定的临界值后...     

川东北碳酸盐岩气藏岩石渗透率变化实验

地应力变化是一个三轴方向上的综合应力变化,传统的应力敏感性实验与地层真实情况存在较大误差。为了研究超高压碳酸盐岩气藏储层渗透率与有效应力的关系,针对实际井获取的岩心,设计了不考虑岩石中孔隙流体压力的三轴应力变形实验和考虑岩石中流体压力的变形实验方案,推导了由三轴应力实验数据计算渗透率变化的数学模型,在此基础上分析了川东北碳酸盐岩超高压气藏岩石渗透率变化与有效应力的关系。结果表明:在同样的有效应力条件下,考虑孔隙中流体压力时渗透率下降幅度更大。3号岩心有效应力达到50 MPa时,无因次渗透率下降幅度为57.48%。对于天然裂缝发育的岩心,使用考虑岩心中流体压力的变形实验能更好地获取渗透率的变化规律;对于天然裂缝不发育的岩心,使用不考虑岩心中孔隙流体压力的三轴应力实验能更好的获取基质渗透率的变化规律。对比国内外异常高压气藏,认为研究区气藏渗透率的应力敏感性较强。实验研究为气藏科学、高效开发提供了科学保障。     

低渗砂岩气藏开发中的压敏效应问题

利用弹性力学、渗流力学理论建立了毛细管受压模型,推导出了渗透率与有效压力之间的本构关系式。通过室内模拟实验,证明该关系式与实验结果非常吻合;同时结合气井的生产参数,利用推导出的考虑压敏效应的低渗砂岩气藏的产能公式,预测了降压生产时气井产气量的变化情况。从考虑压敏效应的流入动态曲线可以看出：当有效压力较低时,流入动态曲线的形态与常规流入动态曲线的形态接近,随着有效压力的增大,曲线逐渐地表现出一个明显的拐点,井底流压以此拐点为临界点,当井底流压大于此临界点值时,流量随着井底流压的降低而增大;但当井底流压小于此临界点值时,流量不在随着井底流压的降低而增大,甚至出现急剧的下降现象。由此可见,压敏效应对气井开发效果有一定程度的影响,拐点的井底流压即是合理开采气藏的临界井底流压。因此,在实际生产中,应找出临界井底流压,建立合理的生产制度,避免因压力下降过快而造成储层伤害。