中、高阶煤样甲烷吸附应变及渗透性实验分析

煤中气体吸附膨胀和解吸收缩应变是影响煤层气井排采中煤储层渗透率动态变化的重要因素。通过选取沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘二叠系山西组中、高阶煤样,通过煤的吸附变形-渗流模拟实验,测得了中、高阶煤样中甲烷吸附应变值,提出了采用12～24 h的吸附应变数据点拟合计算吸附应变的方法,分析了高、中阶煤中甲烷吸附应变及其渗透性的差异性,揭示了中、高阶煤吸附应变规律及其对渗透性的影响及控制机理。结果表明,中、高阶煤样甲烷吸附应变与吸附平衡压力之间的关系符合Langmuir等温吸附模型;中阶煤中吸附甲烷气体的Langmuir径向应变、轴向应变和体积应变分别为0.18×10~(-2),0.09×10~(-2)和0.44×10~(-2),其对应的Langmuir压力分别为5.26,6.93和5.42 MPa;而高阶煤吸附甲烷气体的Langmuir径向应变、轴向应变和体积应变分别为1.91×10~(-2),0.22×10~(-2)和3.99×10~(-2),其对应的Langmuir压力分别为7.87,4.57和7.49 MPa。在有效应力一定的条件下,随着煤中甲烷吸附平衡压力增高,煤样吸附应变增大,且高阶煤吸附应变明显要强于中阶煤样,煤中甲烷吸附应变主要受控于煤中甲烷吸附量。在有效应力一定的条件下,中煤阶煤样的渗透率要大于高煤阶煤样的渗透率,煤中甲烷吸附应变过程中,中、高阶煤样随着煤中甲烷吸附平衡压力增高,煤样渗透率均按负指数函数规律降低,且高阶煤样中甲烷吸附应变对煤样渗透率的影响要强于中阶煤样,因此在煤层气井排采过程中,在临界解吸压力后,高煤阶煤层气井产量提升效果要好于中煤阶煤层气井。