沁水盆地古县区块煤系“三气”储层覆压孔渗实验对比研究

为了揭示煤系中煤层、泥页岩、致密砂岩覆压下的孔隙度和渗透率差异变化特征,采集山西沁水盆地古县区块2块煤样、2块泥页岩和4块砂岩样品,开展了覆压孔渗对比实验研究。结果表明煤系“三气”储层覆压下孔隙度与渗透率随有效应力增加呈负指数形式减少,煤储层、泥页岩储层、致密砂岩储层孔隙度压缩系数比值为1∶1∶0.58,渗透率衰减系数比值为1∶0.73∶0.78。“三气”储层孔隙度、渗透率应力损害率随有效应力增加呈两段式增加,有效应力<4MPa,“三气”储层孔隙度和渗透率损害率均随有效应力的增大呈快速增大的趋势,有效应力>4MPa,随有效应力的增大增幅逐渐平稳,煤储层、泥页岩储层、致密砂岩储层应力敏感性依次降低。研究成果对煤系“三气”的共探共采具有理论意义和实际意义。     

煤层气储层孔渗参数的应力响应特征

由于煤岩质软易碎且力学强度小,煤层气储层具有较强的应力敏感性。在开发排采过程中受孔隙流体压力减小、有效应力增大的影响,储层中的孔-裂隙发生闭合,孔隙度和渗透率降低,致密程度增强,煤岩体对应力的响应程度也随之发生改变。基于力学形变理论,通过推导建立耦合力学应变的孔渗模型,计算并分析轴向应力作用下的煤岩孔隙度和渗透率变化规律,并采用"平均孔隙压缩系数"函数代替传统火柴束模型中的孔隙压缩系数常量,形成改进火柴束模型,以此来分析孔隙压缩系数改变对孔渗参数的影响。结果表明:随轴向应力增加,煤岩的孔隙度、渗透率及孔隙压缩系数均减小;孔渗参数与轴向应力之间满足负指数型数量关系;孔隙压缩系数随轴向应力的动态变化引起孔隙度和渗透率随轴向应力降低的速率减慢。因此,煤层气储层孔渗参数与应力应变之间具有地质关联性,评判储层物性时应考虑孔渗参数的应力敏感程度。     

低渗透油藏应力敏感性实验研究

应力敏感性是指油气层的渗透率随有效应力的变化而发生改变的现象。实验是在岩心常规孔隙度、渗透率测试的基础上．对CQ油田某一区块的4块柱塞岩心分别进行了岩心应力敏感性、孔隙体积及压缩系数的测试。结果表明，随着有效应力的增高，低渗透岩心的渗透率明显降低。     

低渗透储层应力敏感系数统一模型

低渗透储层应力敏感性的研究虽已引起中外学者的关注,但目前仍未形成统一认识。为了更准确地描述低渗透储层的应力敏感性,通过保持围压不变、改变流体压力的实验方法,研究了低渗透储层渗透率随有效应力的变化规律及其影响因素。在此基础上,按照岩石压缩系数的定义方法,提出了渗透率应力敏感系数的概念,在综合考虑孔隙结构、有效压力及滞后效应等参数的基础上,结合分形理论,建立了应力敏感系数的统一模型。结果表明,渗透率随有效压力的增加呈阶梯状减小,且与孔隙结构及有效应力加压方式有关;渗透率应力敏感系数可以定量表征储层渗透率随有效应力变化的敏感程度,其值越大说明储层敏感性越强;所建模型考虑了岩石内部孔隙结构、外部有效应力变化及滞后效应等多种因素的综合影响,可以全面表征储层的应力敏感性,并预测不同孔隙结构岩石的渗透率随有效应力变化的规律。     

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。     

非均质致密砂岩应力敏感性的定量表征

基于渗透率应力敏感实验研究非均质致密砂岩渗透率应力敏感性,根据颗粒Hertz接触变形法则,建立非均质致密砂岩毛管孔隙渗透率应力敏感定量表征模型,对孔隙度、渗透率和渗透率级差随有效应力变化规律进行了量化分析,并将理论计算结果与实验结果进行对比验证,从理论上对实验结果及规律进行了解释。结果表明,非均质致密砂岩的应力敏感性主要表现为渗透率应力敏感性,不同岩石渗透率随有效应力的变化具有不同步性,岩石渗透率越低,渗透率下降速度越快,非均质岩石渗透率下降速度介于岩石高渗透层与低渗透层渗透率下降速度之间;非均质岩石渗透率级差越大,渗透率应力敏感曲线越靠近岩石低渗透层渗透率应力敏感曲线,且渗透率级差随着有效应力的增大而不断增大。     

低渗透砂岩储层孔隙度、渗透率与有效应力关系研究

随着油气藏的开采，储层的应力状态发生变化，从而引起储层孔隙度及渗透率发生相应变化。大量的实验表明，孔隙度随有效应力的变化而产生的变化范围较小，而渗透率的变化范围较大。应用Terzaghi有效应力理论得到的结论是低渗透砂岩具有很强的渗透率应力敏感性以及弱孔隙度应力敏感性。引入双重有效应力理论，对孔渗随应力的变化关系进行重新校正和评价，表明随着应力变化，低渗透砂岩储层的孔隙度变化不大，而渗透率变化较大。而用双重有效应力计算出来的结果比用Terzaghi有效应力计算结果要小得多，表明低渗透储层对有效应力并不是非常敏感的，这在于按照双重有效应力理论，在计算本体有效应力时已在孔隙压力前乘上了一个修正因子，故在开发过程中地下岩石有效应力的变化范围就减少了很多，所以渗透率的变化幅度也就相应地减小了很多。     

金页1井储层岩石应力敏感研究

低渗储层已成为当前最具研究价值的课题,由于低渗储层对应力变化十分敏感,所以对低渗储层应力敏感性研究对成功开采这类储层具有深远意义。应力变化的响应在页岩储层中尤为明显,可以明显观测到岩石渗透率随有效应力的增加而降低,呈非线性关系。实验利用应力敏感实验装置,测定其在不同围压下的渗透率,实验表明,渗透率随围压增大下降幅度先急剧增大而后趋于平缓,围压减小后渗透率未能完全恢复,裂缝发生非弹性形变。对于页岩储层来说,开采过程中应该注意储层应力场的变化,尽量降低其对储层渗透率及储层产能的影响程度。     

裂缝性储层应力敏感性实验研究

介绍了裂缝性储层应力敏感性试验的方法,对试验结果的分析表明,岩心渗透率随有效应力增大呈指数函数关系变化,在低有效应力阶段,岩心出现较强的应力敏感特征,当有效应力逐渐增大时,其应力敏感性逐渐减弱。     

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.     

页岩气储层层理方向对水力压裂裂纹扩展的影响

页岩气储层具有不同于常规储层的层理结构,使得其水力压裂规律也与常规水力压裂有所不同。为研究天然层理方向 对水力压裂过程中裂纹扩展的影响,利用三轴水力压裂实验系统进行了页岩水力压裂实验,并基于扩展有限元法开发了水力压裂起 裂判据,建立了三维页岩气储层水力压裂计算模型,研究了层理方向对页岩储层水力压裂裂纹扩展的影响。结果表明：①页岩气储 层水力压裂裂纹扩展规律由原地应力状态和层理面结构及强度共同决定,层理方向是水力压裂裂纹扩展方向的主控因素,若压裂后 层理面法向拉应力先达到层理面抗拉强度,裂纹沿层理方向扩展,反之,裂纹则垂直于最小地应力方向扩展;②裂纹沿层理面扩展 时,层理法向与最小地应力方向夹角增加,起裂和扩展压力增大,裂纹面积减小;③裂纹整体呈椭球非平面扩展,随着压裂液的注入, 裂纹面积增加,地层总滤失率增加,裂纹扩展速度减小。压裂实验与模型计算所得的压裂裂纹扩展规律相吻合,从而验证了页岩气 储层水力压裂模型的有效性。     

非线性流下变形介质油藏压裂井产能评价

针对变形介质低渗油藏特征,根据压裂后流体渗流变化规律,基于稳定渗流理论,建立了考虑启动压力梯度、应力敏感共同影响下的低渗油藏垂直裂缝井产能方程。在建立模型基础上,分析了启动压力梯度、渗透率变形系数、地层污染等对产能、采油指数的影响关系。研究表明:启动压力梯度和应力敏感效应使油井产能下降,随着启动压力梯度增大,油井产能下降的幅度随压差增大而减小,而随着渗透率变化系数增大,油井产能下降幅度随压差增大而增大;地层污染导致油井产能下降幅度随压差增大而增大;当生产压差较小时,启动压力梯度的影响显著,而生产压差较大时,应力敏感效应影响明显增强;在变形介质油藏实际开发中应考虑选择合理生产压差。     

围岩—煤储层缝网改造增透抽采瓦斯理论与技术

现行的储层改造工艺仅适用于硬煤,对软煤则无能为力,这是造成我国煤层气产业化难以取得突破的主因这一,探索一种实现各类储层强化增透的普适性技术是当务之急。为此,采用理论分析与现场试验相结合的方法,系统分析了水力压裂过程中径向引张、周缘引张和剪切裂缝等多级、多类裂缝形成的力学机制,揭示了围岩—煤储层缝网改造的增透机理。结果表明:水平井分段多簇射孔压裂、水力喷射分段压裂、四变压裂以及一些辅助措施是实现缝网改造的有效技术途径,尤其是四变压裂使得煤层气垂直井和丛式井的缝网改造成为现实。结论认为:围岩抽采层缝网改造技术以钻井施工安全、可改造性强、抗应力敏感和速敏能力强、适合于任何煤体结构煤储层为特点,因而具有显著的优势;该技术除了在围岩水敏性极强、富水性强的条件下使用尚有局限外,具有广泛的适应性。煤层气地面开采和煤矿井下抽采成功的工业性试验表明,所构建的围岩—煤储层缝网改造理论和技术体系,将作为一种广普性的增透措施在我国煤层气井地联合抽采领域发挥作用。     

高地饱压差油藏应力敏感特征及定量表征研究

高地饱压差油藏通常具有中孔中高渗及储层压力变化幅度大等特点,此类油藏开发过程中往往会出现应力敏感现象.为此,以垦利油田为例,针对高地饱压差油藏应力敏感特征,利用天然岩心覆压气测渗透率实验方法,明确了岩心在单次及多次升压降压过程中所受有效应力与渗透率的变化规律,通过定义新的应力敏感系数,形成了此类油藏的乘幂式应力敏感定量...     

冲击荷载对无烟煤微纳观孔隙结构的影响

为了研究冲击荷载对无烟煤微纳观孔隙结构的影响,自河南省焦作矿区赵固二矿矿井采煤工作面采集、制备煤样,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击加载系统模拟冲击波、应力波,通过开展冲击实验,并结合冲击前后煤样压汞及低温液氮实验的测试结果,探讨了冲击荷载对无烟煤微纳观孔隙结构的影响。研究结果表明:①冲击荷载作用后无烟煤的总孔容、孔比表面积、孔隙度及退汞效率都呈波动式增加,总体上孔隙数量增多,连通性得到较大改善;②不同方向冲击荷载对煤体孔隙的改造具有差异性,垂直层理方向上的冲击荷载主要使微孔和大孔数量增加,平行层理方向上的冲击荷载主要使微孔和小孔数量增加,而斜交层理方向上的冲击荷载则主要使中孔和大孔数量增加;③不同方向最佳冲击荷载大小不同,垂直层理方向最佳冲击荷载为42.10 MPa,平行层理方向最佳冲击荷载为20.45 MPa,斜交层理方向最佳冲击荷载为56.90 MPa。结论认为,冲击荷载对无烟煤孔隙的改造是全方位的,但由于与层理作用方向不同,不同方向冲击荷载改造孔隙的实际范围会产生差异。     

胜利油田罗家地区页岩储层可压性实验评价

页岩储层的"可压性评价",目前国内外尚无统一的评价方法.结合室内岩石力学和物性参数测试结果以及脆性指数计算方法,尝试对目标储层进行可压性评价,探索并形成较为系统的室内实验评价方法.结果显示,页岩抗张强度、单轴抗压强度、抗剪强度和断裂韧性较砂岩和碳酸盐岩低;垂直层理方向粘聚力大于平行层理方向,沉积层理面胶结脆弱;受诱导应力的作用,平行的沉积层理(天然裂缝系)与主裂缝夹角越大,越容易起裂.断裂韧性实验中,当人字形切槽与沉积层理面的夹角在45°以内时,裂缝容易沿层理面扩展;大于45°时,裂缝将穿过层理面扩展.综合分析表明,该页岩储层可压性较强.      

煤层气储层应力敏感性定量表征及影响因素研究

煤层气储层应力敏感性较强,对煤层气开发具有重要影响。采用不同区块天然煤样开展应力敏感性室内实验,应用应力敏感性系数和渗透率伤害系数2个参数评价了各煤样应力敏感性程度,并研究了煤阶、渗透率和储层气体压力等参数对煤岩应力敏感性的影响。结果表明:镜质组反射率R_o<1.7%时,煤阶越低,应力敏感性程度越大,渗透率伤害程度越高;而镜质组反射率R_o>1.7%时,煤阶越高,应力敏感性程度越大,渗透率损害程度越高;煤岩初始渗透率越高,应力敏感性系数越低,应力敏感性越弱,利用初始渗透率与其应力敏感性系数之间的经验公式可以估算煤岩应力敏感性,方便现场应用;储层气体压力越低,渗透率越高,越有利于煤层气开发,而煤岩应力敏感性系数和渗透率伤害系数也略高,需预防应力敏感性造成的渗透率伤害。      

层理性页岩地层超声波透射实验

层理发育的硬脆性页岩的声波响应特征是页岩气开发过程中测井资料应用的基础,为获得对层理性页岩储层超声波传播特性的认识,选取渝东南地区下志留统龙马溪组野外露头岩块,通过波速初步筛选出横向各向同性的大岩样,在此基础上钻取不同层理方向的小岩柱,进行室内多频率超声波透射实验,以获取不同层理下的声波传播规律。实验结果表明：①实验用岩样以黑色、灰黑色及深灰色页岩、粉砂质泥岩为主,孔隙度变化范围为1.5%~2.5%,大部分岩样的渗透率小于1 mD;②在0°~90°范围内,随层理倾角的增加,波速减小趋势明显,衰减系数增加;③波速与孔隙度呈现较好的负相关性,随孔隙度增加,衰减系数增加且增加程度随层理倾角变大而加剧;④波速与频率呈对数增加的趋势,频散现象明显,衰减系数随频率增加而增大。所得到的页岩层理与声波属性相关性的实验结果,可为页岩气开发过程中建立准确的地层岩石强度剖面及井壁稳定分析提供实验依据。