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.     

利用NMRI技术测定煤储层渗透率

将先进的无损检测技术NMRI(nuclear magnetic resonance imaging)引入测定煤储层渗透率研究，阐述了利用NMRI成像技术测定煤储层渗透率机理，利用毛管渗流定律和BT弛豫理论给出了煤储层核磁渗透率的计算公式，指出T2分布谱与宏观的煤储层渗透率和微观的煤孔隙结构均具有较好的对应关系，建立了核磁参数与煤储层渗透率间的关系表达式．以不同地域煤矿为例(阜新五龙矿、孙家湾矿，北京大台井，鸡西滴道矿)，选取5个煤样试件．利用Bracket47/40型核磁共振成像仪分别在TX，CZ和SZ剖面得到了水分布状态云图，分析了不同煤储层孔隙一裂隙结构特点及分布规律，并据此计算了煤储层渗透率．核磁实验结果表明，鸡西滴道矿煤层渗透率最大为9．36％，大台井煤层渗透率最小为2．34％．     

煤储层渗透性研究现状及展望

煤储层渗透率是控制煤层气开采的主要储层参数之一,对研究煤层气的产出及运移规律有着重要意义,总结其影响因素对于有效预测煤储层渗透率、寻找有利勘探区块具有重要的实际价值。在系统整理国内外有关研究资料的基础上,对储层物理模型、煤层气渗流模型、煤储层渗透性影响因素等方面的研究进展进行了梳理总结。对今后的煤储层渗透性研究工作提出了作者的一些看法。     

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.     

煤储层应力敏感性及影响因素的试验分析

采用鄂尔多斯盆地东南缘高煤级煤储层样品,通过煤样的应力敏感性试验,分析了煤储层应力敏感性及有效围压、煤中裂隙和含水情况等对煤储层应力敏感性的影响。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,当有效应力从2.5 MPa增加到10 MPa时,煤样无因次渗透率为0.10～0.28,平均低于0.15,渗透率损害率为71.92%～90.14%,平均为84.59%。在有效应力小于5 MPa时,煤储层渗透率随有效应力增加快速下降,应力敏感性最强;有效应力在5~10 MPa时,渗透率随有效应力增加而较快下降,应力敏感性较强;而当有效应力大于10 MPa后,渗透率随有效应力的增加下降速度减缓,应力敏感性减弱。含裂隙煤样初始渗透率较高,且应力敏感性相对较小;但在升压过程中产生不可恢复的塑性变形大,导致降压后不可逆损害率相对较高。同样,含水煤样的渗透率随有效应力的增加而快速下降,含水条件下的应力敏感性也更明显。     

求取煤储层渗透率的试井方法比较

煤储层渗透率可以通过不同的方法获得，而用试井方法求取煤储层渗透率是目前国内外广泛应用于煤层气勘探过程中行之有效的方法。本文详细地介绍了目前煤层气勘探阶段所采用的4种试井方法以及这些方法的设计、工艺和施工程序，并指出了这些方法的适用范围和优、缺点。     

PEEK材料在LNMR法测煤储层渗透率中的应用

煤储层渗透率的研究一直是煤层气等相关领域研究的热点,低场核磁共振技术(LNMR)又是研究煤储层较新的方法,由于LNMR法测煤储层渗透率对制作岩心加持器材料的要求较高,为了满足此法对仪器的要求,通过实验室现有的2种PEEK材料,分3种情况进行测试,对比分析得出,黑色材料无论和纯水一起测量还是加热后测量,信号波动都较小,是比较理想的选择。     

沁水盆地煤储层渗透性影响因素研究

渗透率是评价煤储层渗透性的重要参数,通过对沁水盆地煤储层渗透性影响因素的研究,认为渗透率取决于煤层裂隙特别是煤层割理的发育情况,同时煤级控制了煤层割理的发育,后期方解石等地下流体的充填作用对煤储层割理渗透性产生严重的负面影响,而煤岩成分、煤相、矿物质等因素对割理渗透性的作用有限;有效应力、煤层埋深与渗透率呈负指数关系;随着煤层气的开采煤基质的收缩作用增大了煤层渗透性。     

用试井方法获取煤储层的渗透率

用试井方法获取储层的渗透率，是目前国内外广泛应用于油气及煤层气勘探评价中的有效方法。本文介绍了表皮效应、井筒储集效应、无限作用径向流、储层的边界响应、调查半径和多孔行为等几个有关试井的基本概念，阐述了试井分析模型的建立条件，利用实例说明了根据储层模型响应及实测的储层响应进行参数分析的原理及步骤。     

不同煤阶煤储层应力敏感性差异及其对煤层气产出的影响

通过开展鄂尔多斯盆地东缘高中低煤阶不同含水饱和度煤储层应力敏感性实验,研究了煤储层渗透率动态变化规律及其对煤层气产出的影响。实验结果证实:不同煤阶煤储层渗透率随有效应力的增加均呈现负指数函数降低的规律。在有效应力小于5 MPa时,煤储层渗透率随有效应力增加快速下降73%~95%,平均87%,煤储层应力敏感性最强;有效应力在5~10 MPa时,渗透率随有效应力增加而较快下降5%~18%,平均10.4%,煤储层应力敏感性较强;而当有效应力大于10 MPa后,渗透率随有效应力的增加下降速度减缓,应力敏感性减弱。实验结果表明中高煤阶煤储层应力敏感性随有效应力增加要弱于低煤阶。随着煤样含水饱和度的增加,煤储层应力敏感性也逐渐增强。根据煤储层渗透率动态变化规律提出了煤层气井排采过程中应遵循缓慢—保压—持续的排采工作制度,才能获得煤层气最大产出量。     

浅析煤灰熔融性测定的影响因素

分析了影响煤灰熔融性测定结果的多种影响因素,提出了提高测定结果的准确性应注意的事项。     

含水率对含瓦斯煤的渗流特性影响试验研究

利用自主研发的三轴煤岩瓦斯渗流试验系统,测定煤样在含水率、围压和瓦斯压力的不同组合情况下的渗流量,得到含水率与含瓦斯煤渗透特性之间的关系表达式,揭示了受水分影响的含瓦斯煤渗透特性的一些新的认识：① 不同含水率煤样,固定瓦斯压力条件下,含瓦斯煤渗透率随围压的增大而减小,且呈指数函数关系;② 不同含水率条件下的含瓦斯煤,随着瓦斯压力的增大,含瓦斯煤渗透率的先减小后增大,呈现出“V”字型变化趋势,具有明显的Klinkenberg效应;③ 瓦斯压力对含瓦斯煤渗透性的影响大于围压的影响;④ 恒定温度环境条件下,含水率对含瓦斯煤的渗透性有很明显的影响,随着煤样中含水率的增加,含瓦斯煤的渗透率逐渐减小,整体呈负指数关系。     

含瓦斯煤渗透率动态演化模型

瓦斯排采过程中煤层渗透率会随着瓦斯压力的变化而动态变化,渗透率的动态演化主要是由有效应力改变及煤体基质收缩两种因素共同作用的结果。基于裂隙平板模型,理论推导了瓦斯解吸、扩散及渗流过程中煤体渗透率的变化关系。利用表面化学与有效应力理论,构建了该过程中基质收缩和有效应力增大等因素影响下的渗透率动态演化模型。根据矿井煤层实测参数,对模型进行了求解。计算结果显示:渗透率与瓦斯压力的关系呈现一种非对称"U"字型变化规律。最后通过渗透率计算结果与实验室实测结果的对比分析,两者吻合度较高,进而验证了理论模型的正确性。     

含瓦斯煤渗透率各向异性研究

为研究含瓦斯煤各向异性渗流特征,以原煤煤样为研究对象,以含瓦斯煤三轴渗流实验系统为实验平台,开展了含瓦斯煤的各向异性渗流规律的研究,确定了含瓦斯煤各向异性渗透率主值及其方位的计算方法,定义了含瓦斯煤渗透率各向异性率,重点分析了含瓦斯煤渗透率各向异性动态变化规律和瓦斯优势流动方向的转变现象。研究结果表明:煤体瓦斯流动具有非常明显的各向异性特征,本文所提出的含瓦斯煤各向异性渗透率计算方法简单有效;含瓦斯煤具有较强的应力敏感性,其渗透率与有效应力之间符合负指数函数变化规律;含瓦斯煤渗透率的各向异性随有效应力的变化表现出了明显的动态变化发展规律,优势流动方向存在转变现象。     

低压低渗煤层气多分支水平井开发关键技术研究——以沁水盆地郑庄区块15号煤层为例

沁水盆地太原组15号煤层总体低压低渗低饱和,煤储层相对较薄,地质条件复杂,煤层气井产量普遍偏低。以沁水盆地郑庄区块为研究对象,依据本区15号煤层LDP-22H多分支水平井的成功开发经验,全面论述低压低渗煤储层煤层气钻完井工艺、标志层判定、井眼轨迹控制等关键技术。结果表明：采用钻井-录井-测井一体化地质导向技术可以有效卡准目的煤层,同时实时修正钻头轨迹,煤层平均钻遇率在97%以上,极大地提升了煤层有效进尺。865 d的排采实践表明,LDP-22H多分支水平井日产气量突破15万m3,日产气量稳定在8万m3左右,全程累计产气量为2091.5469.3 万m3,实现了超高产和稳产,标志着多分支水平井在低压低渗煤储层煤层气高效开发上有较好的适用性。另一方面,多分支水平井要优化井位,加强水平井底部位排采能力,稳定压降速率,减小对煤储层渗透率敏感性伤害,提高排采的连续性,减少停泵和检修作业频次,保证产能的延续性。     

铁法长焰煤储层煤层气三级渗流数值模拟

基于煤矿井下宏观裂隙观察、显微裂隙电镜测量、孔隙压汞实验,构建了铁法盆地大兴煤矿7号煤层的三元孔、裂隙结构系统;分析了长焰煤储层宏观裂隙、显微裂隙和煤基质块（孔隙）三级压力降和三级渗流/扩散特征,建立了煤层气三级渗流/扩散场物理模型;通过等温吸附、渗透率和扩散系数实验,数值模拟了铁法盆地DT3井上煤组在排水降压开发煤层气的第3阶段的三级渗流/扩散能力分别为2 126,2 951,149 398 m³/d,指出长焰煤储层煤层气产能受制于宏观裂隙渗流场.     

沿空掘巷窄煤柱稳定性影响因素及工程应用研究

统计了中国东西部6个煤矿典型案例,总结分析了影响窄煤柱变形破坏的关键因素。利用FLAC数值计算研究了不同煤层强度和厚度、煤层埋深、基本顶强度、掘进和采动以及支护强度等因素影响下窄煤柱变形破坏特征,确定了这些因素的影响效果;在基本顶能沿采空区边缘切断的前提下,坚硬的基本顶有利于窄煤柱的稳定;沿空掘巷窄煤柱的宽高比对围岩变形的影响最大,过小的宽高比容易造成煤柱本身整体失稳;锚杆对窄煤柱浅部围岩强度进行强化,提供一定的侧向约束力,控制煤柱表面向巷道内移动。最终提出不同影响因素下保障窄煤柱稳定的控制对策。     

上保护层开采下煤岩强扰动力学行为与渗透特性

保护层开采在低渗透高瓦斯近距离煤层中得到广泛应用,研究保护层开采扰动下的煤岩强扰动力学行为与渗透特性为进一步更加高效安全的开采被保护层煤层提供了理论支持。选取平煤集团十二矿上保护层己14煤层工作面己14-31010和被保护层己15煤层工作面己15-31030为研究对象,进行相似模拟试验和保护层开采过后被保护煤层受力分析。通过相似材料模拟试验获取保护层开采方式下被保护层的受力情况,上保护层开采过程中,煤层压力先增大后减小,采空区重新压实稳定后,应力状态近似恢复到原岩应力状态。通过对保护层开采后的被保护煤层受力分析获取煤层变形后的应力状态,上保护层开采过后,被保护层煤层产生变形,煤层上部分膨胀变形,应力小于原岩应力;下部分煤层压缩,应力大于原岩应力。结合二者的结果获取保护层开采方式下室内试验中被保护层煤层应力加载路径。依据被保护层煤层应力加载路径,设计进行采动耦合应力路径下的煤样渗流试验。试验结果表明:上保护层煤层开采过程中,同等试验条件下,被保护层煤层可承受的上保护层开采扰动应力越大,被保护层煤层开采过程中的煤体破坏应力峰值越大,体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样和N组煤样应力应变曲线与常规保护层卸荷三轴试验相比,扩容点出现位置明显提前;同等应力状态下,水压越大,煤样的体积应变越大;被保护层煤层开采过程中,M组煤样初始围压为35 MPa,围压对渗透率的影响大于轴压的影响,N组煤样初始围压为20 MPa,围压、轴压交替对渗透率产生主要影响,渗透率曲线呈现"W"型。两组试验中,扰动应力最大的试样破坏前的渗透率普遍大于其他试样的渗透率。     

加卸载条件下煤岩变形特性与渗透特征的试验研究

以原煤为研究对象,利用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验系统,采用加轴压、卸围压的应力控制方式开展煤岩加卸载试验,分析加卸载条件下煤岩变形特性和渗透特征的演化规律。研究结果表明：① 加卸载试验峰值强度明显低于常规三轴压缩试验峰值强度,在加卸载过程中,主应力差有一个明显增加趋势,卸载第2阶段速率越大,其曲线斜率也越大,但峰值强度越小,对应的径向应变ε3 、体积应变εV增加速率也越快,而到峰值后破坏阶段,均呈下降趋势。② 加卸载过程中,煤岩渗透率、应力差与应变关系可以分为3个阶段,初始压密和屈服阶段、屈服后阶段、破坏失稳阶段。试件达到峰值后瓦斯渗透率出现突然小幅度上升,持续一段时间后,渗透率出现急剧陡增趋势。③ 煤岩渗透率的变化与煤岩的变形损伤演化过程密切相关,渗透率随变形的增大均呈二次多项式函数递增。