煤层气藏单相气体渗流特征实验研究

本文利用低速渗流实验装置,研究了煤层气藏的应力敏感性和滑脱效应,比较了煤层气藏岩心和砂岩试样结果的差异.研究结果表明:裂缝发育的煤岩属于强应力敏感性介质,随着有效应力的增大,岩心渗透率下降,当围压增加到10MPa时,岩心无因次渗透率低于10%;煤层气藏单相气体渗流具有滑脱效应,并且确定了滑脱系数与渗透率关系式,但在渗透率相差不大的情况下,其滑脱效应弱于低渗透砂岩气藏.     

支撑剂在人工裂缝储层中的应用研究

针对人工裂缝储层中填充支撑剂的运用探索,分别设立了2种不同的填充方式和4种填充程度,采用应力敏感性实验和导流能力测试实验,观察各岩心间的应力敏感性和导流能力差异,探究支撑剂在人工裂缝储层中的应用研究。结果表明:2种铺砂方式均存在当充填层中支撑剂含量较少时,随有效应力或闭合压力的增大,支撑剂难以支撑储层表面,渗透率和导流能力迅速下降;80%铺砂浓度充填层岩心的临界压力为16.08 MPa,80%铺砂空间充填层岩心的临界压力为17.13 MPa,2块岩心均是前半段体现储层裂缝渗透率的应力敏感性,后半段体现基质渗透率的应力敏感性;导流能力测试实验结果表明,当闭合压力在10~70 MPa时,80%铺砂空间充填层的导流能力明显高于80%铺砂浓度充填层的导流能力,证明支撑剂的排列方式对储层导流能力有着积极影响,并在油气田开发应用中提出了新的见解思路。     

滇东黔西地区煤岩裂缝渗透率应力敏感性试验研究

滇东黔西地区煤岩渗透率普遍较低但地应力较高,煤层有效应力的变化会显著地影响储层渗透率,为了研究滇东黔西地区煤岩裂缝渗透率的应力敏感机制,针对该地区煤样开展了渗透率应力敏感性试验,并结合扫描电镜(SEM)技术分析了煤样裂缝结构特征。试验结果表明:煤岩裂缝渗透率与有效应力呈现负指数关系。当有效应力小于10 MPa时,随着有效应力增大,煤层裂缝渗透率急剧下降,渗透率损害主要发生在此阶段;当有效应力大于10 MPa时,裂缝越来越难被压缩,裂缝渗透率下降趋势减缓。煤岩天然和人工裂缝均具有很强的应力敏感性。扫描图片显示,天然裂缝表面粗糙度较小,缝内存在填充物可用来支撑裂缝闭合,人工裂缝的应力敏感程度强于天然裂缝。在煤层气开发过程中需要合理控制生产压差,以减轻应力对渗透率的伤害,确保煤层气井的高效生产。     

沁水盆地南部煤层气井排采储层应力敏感研究

为分析煤层气排采不同阶段煤储层应力敏感性及渗透率变化的影响因素,采集沁水盆地南部煤样,开展了不同实验条件的应力敏感实验。结果表明:有效应力从0增加到10 MPa时,煤样渗透率减少了50%~70%;有效应力从10 MPa增加到20 MPa时,损失量仅约占初始渗透率的10%;有效应力低于2.5 MPa时,应力敏感性较强;有效应力增加到3.5 MPa的过程中,渗透率损害系数急剧上升,渗透率损耗为20%~30%;有效应力从2.5 MPa增加到9 MPa时,应力敏感性最强,有效应力从3.5 MPa上升至9 MPa时,渗透率损害系数快速下降,渗透率损耗约60%;有效应力自9MPa之后,渗透率损害系数缓慢下降,渗透率损耗约10%;渗透率损害率介于30%~65%,临界应力为7~11 MPa。有效应力较低且不变时,煤样渗透率随孔隙压力增加而增加。围压不变时,随有效应力下降和孔隙压力增加,煤样渗透率下降,这与有效应力和孔隙压力变化引起的煤储层渗透率变化量有关。     

考虑应力敏感的煤层气产能模型研究

取6块沁水盆地太原组煤岩岩心,利用"SCMS-B2型高温高压岩心多参数测量仪"进行应力敏感实验研究,优选幂律模型预测应力敏感条件下的渗透率,建立一种新的考虑应力敏感的产能模型。     

原位应力下裂缝性致密砂岩各向异性地震波速及其渗透率关联特征

超深层裂缝性非常规天然气藏的开发在能源领域所占比重越来越大,但目前关于该类型储层在原位应力下各向异性地震波速及渗透率的基础研究仍鲜有报道,一定程度上制约了其高效开发策略的制定进程。以塔里木油田克深2号裂缝性致密砂岩天然气储层为工程背景,利用先进的地球物理成像真三轴测试系统,开展了储层衰竭期间原位应力下完整砂岩与不同倾角裂缝岩样的各向异性地震波速以及各向异性渗透率演化规律实验研究,探讨了压缩波、剪切波、纵横波速比、3个主应力方向渗透率各向异性特性与内在机制,研究了地震波速与渗透率的内在关联特征。研究结果表明：首先,裂缝引起的结构非均质性以及三向不等应力作用下岩石各主应力方向微观结构的变形差异导致了地震波速的各向异性;储层衰竭期间地震波速度均随有效应力的增大近似线性增加,压缩波速度明显大于剪切波速度;纵横波速比随有效应力增大而单调减小,表明剪切波对外部荷载敏感性更强;通过压缩波速和纵横波波速比数据对比,发现剪切波S2速度对裂缝倾角更为敏感。其次,原位应力下各主方向渗透率均表现出显著的应力敏感性和结构（裂缝）敏感性,早期应力大小对储层衰竭中后期渗透率变化具有重要影响,渗透率各向异性随裂缝倾角...     

煤岩渗透特性实验研究

中低阶煤层气资源丰富,占全国煤层气预测资源量的26%。煤储层中含有诸多微裂隙,在储层的应力状态发生变化时,储层内部结构发生改变,储层的物性参数随之改变,煤层表现出明显的应力敏感性。为了研究煤岩渗透特性,选取山西晋城裂缝发育良好的煤岩,采用岩石力学三轴实验系统,通过施加不同驱动压力、不同有效应力,探究了不同驱动压力、不同有效应力下储层渗透率变化规律。结果表明,驱动压力不变的条件下,随着有效应力的增加,煤岩岩芯的渗透率降低,当有效应力由0.5 MPa增大到2.0 MPa时,渗透率降低60%以上;在有效应力不变的条件下,随着驱动压力的增加,煤岩岩芯的渗透率呈指数形式降低。     

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。     

高阶煤渗透率温度应力敏感性试验研究

煤储层渗透率对温度和应力的敏感性响应,是深部煤储层物性评价的基础参数之一。以山西晋城无烟煤样为研究对象,利用高温覆压孔渗测定仪测定了煤样的孔隙率和渗透率,分析了其对温度和压力的敏感性。结果表明:高阶煤的孔隙率、渗透率与压力呈幂函数式负相关关系,在低压阶段随着压力升高迅速降低,在高压阶段趋于稳定。高阶煤渗透率对温度不敏感,当压力低于2MPa时随着温度的升高而降低,压力高于2 MPa则与温度之间关系不显著。压力是影响高阶煤孔隙率和渗透率的主要因素,而温度对孔隙率和渗透率影响较小。基于曲率分析方法对成庄高阶煤渗透率应力敏感性进行了分析,并与郑庄高阶煤和韩城高阶煤对比显示,成庄矿高阶煤的应力敏感性在低应力位置较强。因此,成庄矿进行煤层气开发时,需制定合理的排采制度,避免渗透率应力敏感性导致的负产能效应。     

温度对原煤与型煤渗流特性的影响分析

利用自主研发的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,在有效应力保持恒定的情况下,分别测定了不同温度条件下型煤及原煤的渗透率,并比较了温度对2种煤样渗透率的影响规律。由于不同煤样的渗透率存在显著差异,为了消除个体差异,定义了温度敏感性系数,该系数可以反映煤样渗透率对温度的敏感性。通过温度敏感性系数的定义,进一步研究了2种煤样的渗透率对温度的敏感性的差异。研究结果表明,当有效应力一定时,2种煤样的渗透率均随着温度的升高逐渐降低,变化规律近似服从负指数函数关系;在相同试验条件下,型煤的渗透率远大于原煤;当有效应力一定时,2种煤样的渗透率对温度的敏感性均随着温度的升高逐渐降低,原煤的渗透率对温度的敏感性高于型煤。     

黔西土城向斜煤储层覆压孔渗试验研究

为研究土城向斜中阶煤煤储层孔隙度、渗透率、应力敏感性特征及对煤层气开采的影响，采集土城向斜1号、3号、5号、15号、17号、291号、292号煤层煤心煤样，以覆压孔渗试验为手段，对比各煤储层孔隙度和渗透率随有效应力的变化规律，利用孔隙度应力损害率、渗透率应力损害率及渗透率曲率等参数，分析了各煤储层有效应力敏感性。结果表明：煤储层随有效应力的增大，孔隙度及气体渗透率均呈负指数降低；试验煤储层应力敏感性系数为0.035～0.073 MPa-1,3号煤层应力敏感性回归系数最大;孔隙度应力损害率随有效应力的增加而增加，埋深较浅的3号煤层的应力损害率相对较大；渗透率应力损害率随有效应力的增加而呈指数增加，3号煤层的渗透率损害率明显大于其余煤样；煤储层渗透率曲率随着有效应力的增加，应力敏感性呈指数减弱；在相同有效应力下，3号煤层应力敏感性大于5号、15号、29号煤层，1号、17号煤层应力敏感性最弱。     

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。     

煤岩基质-裂隙相互作用下渗透特性研究

为研究煤层气开采过程中温度、气体压力对煤岩吸附和渗流特性的影响,利用等温吸附试验装置与含瓦斯煤三轴渗流试验装置,分别进行等温吸附试验及不同温度条件下变气体压力的三轴渗流试验。考虑应力作用下毛细管分形特征,建立了裂隙体积应力敏感性模型,并在此基础上建立考虑煤基质内部膨胀变形、温度及气体压力变化的煤岩渗透率模型。结果表明：(1)在相同温度下,随着气体压力升高,煤岩瓦斯吸附量逐渐增大,但吸附速率呈相反趋势。在相同气体压力下,随着温度升高,瓦斯吸附量呈下降趋势。当有效应力恒定时,煤岩吸附变形量随着气体压力增大而增大,并且随着温度增大而减少。(2)在外部应力作用下,煤岩内部毛细管侧面发生收缩并产生径向延展。新建裂隙体积应力敏感性模型计算得到的裂隙压缩系数与实验室所得值在同一数量级,并随有效应力升高呈下降趋势。(3)新建渗透率模型能较好反映不同温度、气体压力下渗透率演化规律。在相同温度下,随着气体压力升高,煤岩渗透率先急剧下降后趋于平缓,孔裂隙周围基质膨胀变形对于渗透率的影响逐渐降低。     

含瓦斯煤渗透率影响因素敏感性试验研究

利用三轴瓦斯渗流试验装置对不同含水率的含瓦斯煤进行渗流试验,揭示了受多因素影响的含瓦斯煤渗透率的一些新的认识:不同条件下含瓦斯煤的渗透率均随着轴压的增加而呈现出先减小后增加的趋势,同时发现,含水率越低的煤样,其渗透率随轴压变化的敏感性越强;温度对含瓦斯煤渗透率的影响与外围约束应力(围压)有关,外围约束应力较小时,温度所产生的热应力占主导地位,煤体外膨胀,其渗透率随温度的升高而增加;反之,外围约束应力占主导地位,煤体向内挤压密实,其渗透率随温度的升高而减小。并且发现在外围约束应力较小时,含水率越高的煤样,其渗透率随温度变化的敏感性越强。     

低煤阶应力敏感性机理及其对产气的影响——以二连盆地为例

为研究低煤阶应力敏感性机理,建立双重孔隙介质应力敏感性模型和产气预测模型,基于应力敏感性实验和数值模拟,讨论了应力敏感性对高、低煤阶的产气影响。研究表明:应力敏感性与煤岩微观结构、力学参数、压缩性质有关,弹性模量越小、裂缝压缩系数越大,应力敏感性越强;含裂缝煤岩应力敏感性强于无裂缝煤岩,多次升降压会造成渗透率的不可逆降低;非连续排水会产生地层压力波动,产气量比连续排水时要低,而且应力敏感性越强,非连续排水对产气影响越大;应力敏感性对霍林河地区产气影响大于樊庄地区,针对巨厚煤层、强应力敏感性的特点,可试验直井"分段间接"压裂、顶板"L"型水平井分段压裂以降低应力敏感性、改善渗透性,提高单井产量。     

覆压下煤的孔渗性实验及其应力敏感性研究

采用沁水盆地南部煤样,通过覆压下煤的孔隙度和渗透率实验分析,建立了高煤级煤样孔隙度、渗透性与有效应力之间的相关关系和模型;采用渗透率损害率和应力敏感系数分析了高煤级煤储层的应力敏感性。研究结果表明:煤样孔隙度和渗透率随着有效应力的增加按负指数函数规律降低。在有效应力小于5或6 MPa,煤储层应力敏感系数变化较大,且煤储层应力敏感系数随有效应力增加而快速下降;渗透率损害率随有效应力的增加而快速增大,应力敏感性强;而在有效应力大于5或6 MPa时,煤储层应力敏感系数随有效应力的增加下降速度整体减缓,且存在一定波动变化,应力敏感性减弱,同时渗透率损害率随有效应力的增大而增加较为缓慢。     

煤层注水时有效围压对煤体渗透性的影响

针对煤层注水渗流过程中,煤体所受的有效围压对煤体渗透性影响很大的问题,通过自行研制的煤岩样渗透率测试系统,对有效围压与煤样渗透率之间作用规律进行了试验测试分析,得到了试验煤样渗透率与有效围压之间相互影响的拟合方程,以及煤样渗透率对有效围压的敏感性系数。结果表明,随着有效围压的增加,不同煤样的渗透率均规律下降,且满足一元二次多项式的变化规律,不同煤样渗透率对有效围压变化的敏感性相似。     

煤岩渗透率与有效应力耦合关系及控制机理

以沁水盆地南部寺河矿3#煤为研究对象,通过煤样的有效应力敏感性实验,分析了煤岩渗透率与应力的相关关系,并对煤储层渗透率与应力的耦合计算模型进行验证。研究结果表明:煤岩渗透率与有效应力具有明显相关性,随着有效应力的增加,煤岩渗透率呈负指数衰减;裂隙是影响煤储层渗透率对有效应力敏感性的重要原因,且在有效应力大于9.45 MPa以后裂隙基本闭合,导致渗透率对应力不敏感。煤岩储层应力的变化会对煤岩及其孔裂隙结构产生塑性(破坏性)变形,致使煤储层渗透率发生不可逆下降,不可逆程度多高于50%。孔裂隙塑性变形主要发生在应力敏感区和过渡区,且由应力敏感区向过渡区过渡时,衰减无因次渗透率值会出现1个"波谷";由应力过渡区向不敏感区过渡时,衰减无因次渗透率值会出现1个"波峰"。     

基于脉冲衰减法的煤岩渗透率应力敏感性研究

为了弄清不同应力加载条件下的煤岩渗透率应力敏感性关系规律,采用脉冲衰减方法通过分别改变围压和孔压条件下观察煤岩渗透率随应力的变化,并对应力敏感的产生机理从孔隙结构角度进行分析。研究结果表明:脉冲衰减法较适合于较低渗透率煤岩渗透率应力敏感性试验;煤岩随着不同应力变化都表现出强的应力敏感性,整体呈指数衰减,煤岩对围压变化比孔压变化的应力敏感性更强。在围压先升再降过程中,升压过程较降压过程表现更强敏感性。煤岩渗透率应力敏感产生机理主要是由于应力的变化引起煤岩割理与孔隙吼道的变化;相对渗透率大样品主要以割理和大孔隙为主,渗透率小样品主要为小孔和吼道发育;当所受应力变大时,后者更易孔隙压缩、通道受阻、渗透率急剧变小、敏感性更强。     

沁水盆地高阶煤应力敏感性渗透率变化特征研究

对应力敏感性实验卸载后的寺河煤矿高阶煤进行105℃加热12h消除内应力之后,重复进行应力敏感性实验。结果发现:原始渗透率小于1mD的煤样,内应力消除后,渗透率得以恢复,应力敏感性曲线与初次测试基本重合;原始渗透率大于1mD的煤样,反复压实至渗透率接近1mD时,渗透率恢复度同样达到90%。表明该区煤样在很大应力范围内(8MPa)发生的应力形变为弹性形变,而非以往认为的弹塑性形变。