考虑自调节效应的煤层气动态渗透率模型

在煤层气开采过程中,煤层的自调节效应将导致煤层渗透率发生显著变化。根据固体表面能与固体变形理论,建立了考虑自调节效应的煤层动态渗透率数学模型。结合Ji-Quan Shi模型,消除了煤体积收缩系数和弹性模量取值对计算结果准确性的影响,使计算结果更接近煤层的真实情况。实例计算结果表明;文中所建模型比Ji—Quan Shi模型的计算误差小,更接近煤层实际;煤层自调节效应引起的煤层渗透率变化量,随煤层压力的降低呈指数递增;随着泊松比的增大,煤层渗透率的增量减小;煤层气中Langmuir体积大的气体浓度越大,气体组分对煤层渗透率的变化影响越大。     

考虑煤自调节效应的煤层气藏物质平衡方程

在研究煤层气藏的物质平衡时,必须考虑裂缝孔隙度的动态变化问题。在考虑自调节效应(即气体吸附到基质表面时,基质膨胀;气体从基质表面解吸时,基质收缩)对孔隙度变化影响的前提下,推导了煤层气藏的物质平衡方程,并通过实例分析发现,若忽略或忽视自调节效应,则运用物质平衡法预测的煤层气地质储量将比真实值偏小。     

多功能煤储层钻井液动态污染评价系统

多功能煤储层钻井液动态污染评价系统是一种模拟煤储层真三轴应力条件下的钻井液对煤储层的侵入、以及侵入储层的深度和程度,同时还可以进行各种真三轴应力条件下的煤储层各向异性特征研究的实验仪器,属煤层气钻井液保护与伤害评价测试技术研究领域。该评价系统具有测量煤层煤心在各向异性应力条件下渗透率变化以及在真三维压力状态下煤储层钻井液动态污染前后的渗流变化规律的功能;能模拟正压差、负压差、平衡钻井过程中的钻井液动态污染过程,实现煤储层污染过程和渗流测试过程一体化,避免多次装夹煤样产生应力效应;适用于煤储层气液两相渗透率测试,解决了目前评价实验中常用的伪三轴夹持器不能在3个轴向上加载不同轴压的问题以及流体驱替实验、钻井液污染试验、气液两相驱替试验要单独进行的缺陷,具有流程清晰、操作方便、实验软件模块化、实验数据标准化等特点。     

煤层气与常规油气共采可行性探讨――深部煤储层平衡水条件下的吸附效应

在分析煤层气与常规油气共采可行性问题的基础上,采用物理模拟方法,结合地质条件分析,研究了深部煤储层在平衡水条件下的吸附效应,并初步得出一些新的认识:地层温度、埋藏深度、煤级等条件的组合,可能对煤储层平衡水含量发生不同程度的影响;深部地层条件的具体特征,可能会导致深部煤储层吸附性与浅部煤储层有所不同;在地层条件下,煤饱和吸附量随埋藏深度增大而变化的趋势在一定深度发生反转,存在一个“吸附饱和临界深度”,且临界深度随煤级的变化而有所不同,这是地热场深部增温效应与煤储层自身特性共同作用的必然结果;深部较高地层温度与较高地层压力的配置关系可能有利于煤层气的开采,存在实现深部煤层气资源与常规油气资源共采的可能性;深部较高流体压力和较高受热温度的“双重”控制效应,可能是导致深部煤储层吸附性与浅部存在较大差异的根本原因。     

煤基质变形影响下含瓦斯煤渗透率动态变化规律

煤层渗透率不仅直接影响着煤层气(俗称瓦斯)抽采的效果,而且还是计算瓦斯涌出量的关键参数。为了明确不同压力条件下含瓦斯煤渗透率的变化规律,通过考虑有效应力和甲烷吸附/解吸对煤渗透率的综合影响,建立不同压力下含瓦斯煤渗透率动态演化模型;进而以山西晋煤集团岳城矿钻取的煤样为样品,开展了三轴应力状态下的渗透率测试实验,并将实验测试结果和模型计算结果进行对比,进而探讨不同压力下含瓦斯煤渗透率的动态变化规律。研究结果表明:①渗透率与压力的关系曲线呈不规则的"U"形,在相对低压阶段,随着压力增加,煤基质表面的甲烷吸附量增加,煤岩膨胀变形对渗透率的影响占主导地位,渗透率迅速减低,随着压力逐渐增加,甲烷吸附量达到饱和,有效应力对渗透率的影响占主导地位,渗透率小幅度回升;②实验结果和模型计算结果基本吻合,并且变化趋势也一致。结论认为,所建立的含瓦斯煤渗透率动态演化模型可靠,可以为煤与瓦斯突出防治及煤层气有效开采提供技术支撑。     

考虑孔隙压缩及煤基质收缩效应的煤层气井产能预测模型及影响因素

煤层气井产能预测中仅考虑应力敏感效应而忽略基质孔隙收缩效应导致产能评价误差较大。在分析非达西作用、煤基质收缩作用的基础上,建立了考虑孔隙压缩及煤基质收缩效应的煤层气产能预测模型。结果表明：考虑非达西效应的煤层气井产量明显低于不考虑非达西效应的产量,并且随着生产压差的增大,二者之间的产量差异逐渐扩大;煤层气井井底流压的减小会导致生产压差增加,相应煤层气井的产量增大幅度下降;无论考虑非达西效应与否,随着生产压差的增大,产量差值逐渐增大;随着孔隙压缩系数的增大,煤层相对渗透率逐渐降低,并且相对渗透率与生产压差呈线性关系。实例验证表明,新的产能预测模型比Eclipse模型更接近实际产气量。研究成果可为煤层气井产能预测影响因素分析提供理论指导与技术参考。     

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。     

构造对高煤级煤储层渗透率的系统控制效应—以沁水盆地为例

以我国目前极具煤层气勘探开发价值的高煤级煤盆地——沁水盆地为例，并基于丰富的煤储层试井渗透率资料和煤层气赋存的构造背景，采用定性分析和定量分析相结合的方法，探讨了构造对高煤级煤储层渗透率系统控制效应。研究结果表明：构造样式对煤储层渗透率起着重要的控制作用；中等构造曲率有利于煤储层渗透率的提高；煤储层渗透率随现代构造应力场主应力差的增大呈指数形式急剧增加，但当埋藏深度大于临界深度时，这种控制作用越来越弱，而垂向应力的控制作用将占据主导地位.     

考虑基质水的欠饱和煤层气藏物质平衡方程

欠饱和煤层气藏中存在基质水,该类气藏开发过程中的自调节效应会影响基质水的含量,进而影响利用物质平衡方程预测出的地质储量。在分析自调节效应对孔隙度及基质水影响的前提下,推导出考虑基质水情况下的煤层气藏物质平衡方程。通过实例分析得出：考虑基质水时,对预测的吸附气地质储量影响较小,但预测的游离气地质储量明显小于不考虑基质水时的地质储量;随着煤体基质最大收缩系数的增大,预测得到的吸附气和游离气地质储量均呈递减趋势,其中游离气地质储量的递减更为明显。     

煤层气藏应力敏感性实验研究

针对煤层气藏储层应力敏感性强的特点,通过改变围压和孔隙压力,进行了煤层气藏干岩心和含水岩心的应力敏感性实验研究。系统地研究了煤层气藏的岩石变形特征,并将应力敏感性的实验数据拟合得到渗透率随有效压力变化的数学方程。研究结果表明：水相的存在使得岩心的应力敏感性更强,并且这一规律可以用指数函数关系来描述。为煤层气有效合理地开发提供了理论依据。     

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。     

An experimental study on electrical effect on asphaltene deposition

Asphaltene generally existed in colloidal form in cruds and will precipitate in non-equilibrium conditions. Asphaltene instability may take place in the reservoir leading to permeability damage and contributing to flow restriction issues. It may also occur in production strings and surface facilities causing pipe blockage. Any change in oil composition or pressure and temperature at any stage of production will destabilize crude oil producing asphaltene precipitation. In this paper, the stability of target crude oil under the influence of a direct current and contacting with polar fluid, water, is investigated. The amount of the asphaltene deposit and its electrical charge at various operating conditions are investigated. The fact that deposits form on the anode surface proves that asphaltene particles possess a positive charge. The amounts of asphaltenes precipitation were increased considerably by increasing water as polar component.     

改善煤岩储层渗流能力的氧化液处理实验研究

煤岩储层物理增产难,利用强氧化剂的氧化作用改造煤岩储层可以提高煤层气采收率,但目前基于煤层气领域的氧化研究却相对较少,系统评价氧化作用对煤岩储层渗流能力影响的实验研究则更为鲜见。为此,选取新疆托克逊黑山矿区侏罗系西山窑组煤样,分别开展了柱状煤样和粉状煤样与过氧化氢作用实验,测试了柱状煤样渗透率、粉状煤样溶蚀率和浸泡液性能参数等,并借助X射线衍射、扫描电镜、红外光谱及润湿角测量等手段,分析煤岩与过氧化氢的反应机制和改善煤岩渗流能力的机理,进而对比氧化作用与酸化作用的改造效果。研究结果表明:(1)煤岩氧化后渗透率明显提高,为初始渗透率的1.4~3.2倍;(2)氧化后煤岩产生大量微裂隙和溶蚀孔,可显著改善孔隙连通性,煤岩表面缔合态羟基和羧基增多,表面水湿性变弱;(3)有机质、黄铁矿等组分易被氧化消耗,同时产生的H+、小分子脂肪酸等又进一步溶蚀无机矿物组分;(4)氧化作用兼具酸化作用溶解无机矿物的优势,产生煤粉程度较弱、可控。结论认为,强氧化剂作用于煤岩储层具有成为一种新的煤岩储层增产改造技术的潜力。     

煤发酵制生物氢和甲烷的模拟实验

为查明煤发酵制生物氢和甲烷,以及连续发酵产氢产甲烷的最佳产气条件,以河南省鹤壁四矿的瘦煤为发酵底物,分别利用自主研发的产氢培养基和产甲烷培养基富集地层水中的混合菌群,并以其为接种物,分析了在不同条件下生物氢气和生物甲烷的生成量,并利用发酵产氢后的废料为基底,使用不同方法进行处理,研究了生物甲烷的生成量。实验结果表明:①发酵产氢最适宜的初始pH值在6.0左右;②金属离子络合剂EDTA二钠可显著提高氢气产率,当EDTA二钠浓度为2.0g/L时,氢气产率达到最大值;③产甲烷发酵时,将白腐菌液和富集培养后的地层水菌液同时作为接种物时的甲烷产率最高;④向产氢后的废料中补加碱液以及新鲜地层水,均可实现废料再生甲烷,且直接补碱液时的甲烷产率更高;⑤相比于单独发酵产甲烷工艺,连续产氢产甲烷工艺可获得更高的甲烷浓度和甲烷产率。该成果为微生物采煤技术提供了实验依据。     

Parametric analysis of the effect of operation parameters on asphaltene deposition: An experimental study

Changing pressure, temperature, and composition cause instability in crude oil and create a problematic issue which is called asphaltene deposition. Asphaltene deposition causes problems in wettability alteration and flow assurance in different parts of petroleum industry so asphaltene deposition becomes a challenging issue in petroleum engineering. Hence, it is necessary to predict asphaltene deposition and investigate parameters which effect on asphaltene deposition. In this contribution, because of similarity between pore throat of reservoir rock and capillary tube, to investigate parameters such as asphaltene content, precipitant ratio, flow rate, and temperature effect on asphaltene deposition, a capillary setup was constructed and a model was developed to relate pressure drop along capillary tube to permeability reduction.     

晚期注水开发实验研究

目前晚期注水实验研究主要以注水时机评价为主,在注采方式上研究较少,且传统方法开展驱油效率实验过程中,出口端的计量存在气液分离和人为读数产生误差等问题。以国外某油田为研究对象,从晚期注水原油常规相态变化和驱油效率2个方面入手,开展注水时机和不同注采方式对晚期注水效果的影响研究;在常规相态变化研究的基础上,评价注水增压开发对原油相态的影响;在驱油效率实验方法上,利用在线核磁技术实时评价驱替过程中岩心含油饱和度,提高了结果的准确性。研究结果表明:在衰竭开发至饱和压力的34%时,水驱采收率为16.5%;综合考虑采油速度、开发成本等因素,注水时机宜在80%泡点压力附近;对于长期衰竭开发严重脱气的区块,可采取注水增压方式开发,注水增压至80%泡点压力附近水驱效果最好。     

连续管在内压和循环弯曲作用下的试验研究

连续管在稳定内压和循环弯曲的复合载荷作用下会出现直径增长和壁厚减薄。阐述了连续管直径增长、壁厚减薄的机理,并在不同内压下对外径38.1mm的QT-80连续管进行了变形试验研究。研究结果表明,内压为0时,直径不增长,有内压时,直径出现增长;内压越高,连续管直径增长速率越大;有内压时,随着循环次数的增加,椭圆度逐渐变大、壁厚减薄、直径增长。在40 MPa内压下,最大的直径增长率高达8%,壁厚减薄率高达19%,椭圆度超过8%。     

多氢酸体系酸化效果的室内试验研究

针对渤海辽东湾某区域油井采用常规酸液体系进行酸化处理效果不佳的现状,开展了多氢酸氢离子浓度测定以及多氢酸体系的溶蚀率、润湿性、流动效果等室内试验研究。结果表明:多氢酸原液的氢离子浓度较高,可以保证酸液体系中具有充足的氢离子与氟盐反应生成氢氟酸;多氢酸体系对石英的溶蚀率大大高于土酸和氟硼酸体系,而且对粘土矿物具有抑制反应速度的作用;多氢酸体系可以保持地层的水湿性质,不会对储层的油气渗流产生不利影响;多氢酸体系对砂岩储层的酸化效果要好于土酸和氟硼酸等常规酸液体系,应用多氢酸体系进行酸化处理后的岩心渗透率比可达3.0。采用本次试验研制的新型多氢酸体系对渤海辽东湾3口油井进行酸化处理,单井增油效果明显。     

An experimental investigation on the effect of grain size on oil-well sand production

Sand production in oil wells is closely related to the mechanical behavior and petrographical properties of sandstones reservoir. Grain size is one of the main parameters controlling the phenomenon, which is studied in this paper. Large-scale hollow cylindrical synthetic samples with the same rock strength but different grain sizes were tested by an experimental setup in the laboratory. Different external stresses and fluid flow rates were applied to the samples and produced sand was measured continuously. Results show two different trends between sanding stress level and grain size. For the samples with finer grain size (D50<0.3 mm), the required confining stress for different sanding levels decreased with an increase in the grain size and for the samples with the coarser grains (D50>0.3 mm) the required confining stress for different sanding levels dramatically increased with an increase in the grain size. Those two different trends were discussed and explained. The first one was production of individual grains and the second was bigger chunks in the slab form. In samples with large grains, plastic zones around hole were changed to a completely loose zone including interlocked individual grains or cluster of grains. In these samples after breakage of these interlocked zones sand was produced in the form of individual grains and clusters. Contrary to this, for samples with smaller grain size, shear bands were formed around the plastified hole and sand was produced in the form of big chunks or slabs.