煤储层渗透率动态变化模型与模拟研究

为深入认识开发过程中煤储层渗透率的动态变化特征,修正前人基于有效应力与煤基质收缩耦合影响的煤储层孔隙度和渗透率动态变化理论模型,应用沁水盆地南部生产区块煤层气排采数据及煤储层相关参数,模拟研究区煤层气开发过程中煤储层孔隙度和渗透率动态变化特征,并进行了储层参数敏感性分析。研究表明:煤储层孔隙度和渗透率动态变化具有明显的阶段性,需要建立分阶段预测模型;排采制度合理的情况下,煤储层孔隙度和渗透率会经历先降低后升高的阶段,且随着储层压力的降低,克林肯伯格效应作用明显,气相渗透率增加,煤储层渗透率改善效果明显好于孔隙度改善效果;煤储层渗透率动态变化明显,受控于孔隙压缩系数、弹性模量和朗格缪尔体积,以弹性模量的影响最为显著。     

组合煤岩渗透规律试验研究

为探究煤岩中CH_4的渗透规律,以试验研究为主要手段,结合敏感性分析,利用自主研发的试验系统,对煤、砂岩以及不同煤岩比的组合煤岩体试件,开展了考虑体积应力和孔隙压力影响的渗透规律试验研究.研究结果表明:当孔隙压力恒定时,随着体积应力的递增,无论是煤、砂岩还是组合煤岩,渗透率都会呈现出递减的趋势;通过进行敏感性分析发现试件的渗透率变化率和孔隙压力敏感系数均与煤岩比有关.在低体积应力条件下,试件煤含量越高,孔隙压力对渗透率影响越明显,并且对孔隙压力变化越敏感;煤岩比对组合煤岩中CH_4的渗透率有较大影响,对含煤量高的煤岩试件增加孔隙压力可有效提高CH_4渗透率.     

声震法提高煤储层渗透率的实验与机理

为了提高低渗透煤层的渗透率,采用自制的可控声震法煤层气渗流实验系统,实验研究了不加声场和加声场作用下煤样的渗透特性。实验研究得出:当轴向应力和孔隙压力一定时,随围压的增大煤样的渗透率减小;当围压和孔隙压力一定时,在煤样应力应变曲线的初始压密和弹性阶段,渗透率随轴向应力增大而减小。在应变硬化阶段,因试件体积膨胀渗透率随轴向应力增大而增大;在相同轴向应力、围压、孔隙压力条件下,声场作用能提高煤样的渗透率,且渗透率随作用时间的增长而增加。研究结果表明:渗透率与平均有效应力呈负指数关系,声震法提高煤储层渗透率的机理主要源于声波的机械振动和热效应,研究成果为低渗透煤层提高煤层气抽采率探索出一条新的技术和方法。     

考虑有效应力和煤基质收缩效应的渗透率模型

针对煤层气的生产过程中所存在的两个相反的效应：（1） 储层压力下降,有效应力增加,煤层裂隙压缩闭合,渗透率降低;（2） 煤层气解吸,煤基质收缩,煤层气流动路径张开,渗透率升高;建立了包含煤基质收缩效应的煤层孔隙度和渗透率理论模型,模型与已有的一些研究结果反映的规律一致。根据模型得出在体积应力恒定条件下,渗透率随孔隙压力变化存在一临界压力,孔隙压力小于临界压力时,渗透系数随孔隙压力的增加而减少,孔隙压力大于临界压力时,渗透系数随孔隙压力的增加而增大,给出了该临界压力的计算式。对不同情形下渗透率对孔隙压力的变化响应进行了讨论,结果表明,临界压力的存在与否与影响渗透率的多种因素有关,应对影响煤层渗透性的众多因素进行动态耦合研究。     

考虑吸附-解吸效应的气固耦合模型

在研究煤层气单井抽采模型时,首先根据有效应力和渗透率建立相关联系的方法,确立了煤层气固耦合理论方程,然后根据理论分析、数值模拟与常规理论实践规律相结合的方法,考虑了地应力对煤层气解吸、煤层渗透率和孔隙度的相互影响,建立了煤层气运移的数值模型,并观测抽采产量的变化.另外通过理论公式及数值模拟讨论吸附-解吸效应和Langmuir常量对气体压力、渗透率和抽采产量的影响,从而提高抽采产量和生产效率.研究结果表明:(1)煤层气开采过程中,有效应力和吸附-解吸效应都影响着孔隙通道直径的变化,两者存在竞争关系,导致煤层基质产生膨胀或收缩,进而影响渗透率的变化;(2)吸附-解吸效应能够显著提高抽采效率和产量.     

煤岩裂缝渗流能力实验评价及近井地层等效渗透率分析

煤岩裂缝的渗流能力是影响煤层气产能的重要因素.采用API导流仪及岩心驱替装置,模拟煤层气排采过程中煤层有效应力的连续变化,评价裂缝闭合压力逐渐升高、地层压力连续下降以及频繁开关井(间歇性排采)等工况条件下煤岩压裂裂缝的动态导流能力和含天然裂缝煤心的渗透率变化.实验结果表明,提高裂缝闭合压力、降低孔隙流体压力以及频繁开关井等都会降低煤岩裂缝的渗流能力,尤其对压裂裂缝的导流能力影响更为显著.基于此,利用实验数据分别回归了煤岩压裂裂缝导流能力和含天然裂缝煤岩渗透率与有效应力的经验关系式,建立近井煤层等效渗透率计算模型.利用该模型可以根据现场测算的等效渗透率,初步判断煤层压裂裂缝的有效导流能力或缝长,可以为煤层气压裂效果评价、分析排采过程中煤岩裂缝参数的动态变化提供一种新方法.     

初应力作用下孔隙介质升温时渗透率变化规律

为研究不同地应力作用下的油气储层热采过程中渗透率的变化规律,利用自主研制的热流固三场耦合渗流试验系统,选用难被孔隙介质吸附的氦气作为渗流气体,并考虑氦气黏度随温度和压强的变化,消除孔隙介质对渗流气体的吸附和气体黏度变化对渗透试验的影响,开展不同初始应力条件下煤岩试件升温渗透试验。结果表明:孔隙介质渗透率随温度升高先增大后减小,呈非单调非线性变化规律,并存在与初始有效应力有关的拐点温度,这是由于在拐点温度之前,温度应力小于初始有效应力,固体骨架向外膨胀,孔隙空间增大,渗透率增大,超过拐点温度后,温度应力大于初始有效应力,固体骨架向孔隙内膨胀挤占孔隙空间,渗透率降低;渗透率变化拐点温度随初始体积应力的增大而减小,温度应力升高速率随初始体积应力增加而增大。     

煤层应力对裂隙渗透率的影响

从各向同性线弹性材料应力应变关系出发,考虑气体解吸引起的基质收缩效应和孔隙压力对储层应力的影响,建立了包含基质压缩系数、裂隙体积压缩系数和流体压力项的渗透率动态变化方程,分析了储层力学参数对渗透率变化的影响.结果表明:排水降压初期,有效应力处于主导地位,裂隙发生压缩变形,渗透率降低;气体解吸后基质收缩占主导地位,裂隙张开幅度增大,渗透率升高;弹性模量、泊松比越大,基质变形程度越大,渗透率呈先降低后升高的回归趋势越明显,弹性模量较泊松比对回归趋势的影响更大;当孔隙压力较高时,低孔低渗煤层渗透率随孔隙压力降低变化的幅度不大;裂隙体积压缩系数变化的起始压力点可以根据不同起变压力下渗透率与储层压力的关系确定.     

低渗透储层原位条件下应力敏感性评价

为探讨围压和孔隙压力对岩石渗透率的影响及岩石渗透率敏感性评价的新方法, 选取松辽盆地3块低渗透储层岩样, 采用岩石伺服三轴实验系统, 分别做常规条件和原位条件下的应力敏感性评价, 得到三方面结果。1) 3块样品的渗透率随围压增大而降低, 随着孔隙压力的增大而增大。2) 原位条件下, 物性越差的样品储层应力敏感性越强。借助扫描电子显微镜和恒速压汞实验, 解释了低渗透储层敏感性差异存在的机理。储层岩石喉道的大小和形态、黏土含量和类型、矿物胶结程度是决定渗透率敏感性差异的原因。3) 塑性矿物含量和类型是决定渗透率敏感性差异的主要因素, 即云母、黏土等塑性矿物含量越高, 致密岩石储层渗透率应力敏感性越强。在实际工作中, 评价岩石渗透率敏感性时一般只考虑围压单因素的影响, 会对评价结果带来较大的人为误差, 而岩样地层所处的孔隙压力等条件对渗透率影响不容忽视。为准确地认识低渗透储层的应力敏感特征, 制定更合理的生产压差, 建议进行岩样渗透率敏感性评价时, 恢复地下原位条件。     

含瓦斯煤体机械振动增透的应力机制初探

基于我国大部分煤层渗透率低、煤层瓦斯抽采效率低的现状,对增加煤体渗透能力的多种技术进行了应力机制分析;分析表明,采用的多种技术的共同特点是降低煤体的有效应力,从而提高煤体的孔隙和裂隙发育程度,提高煤体的渗透能力。在理论分析和实验研究的基础上提出了声频振动波增透煤体的新思路,对防治煤矿瓦斯灾害和提高煤层气抽采率具有重要的参考价值。     

低渗透储层应力敏感性研究

虽然目前国内外对于低渗透储层应力敏感性的研究很多,但争论较大,未形成一致的看法。本文从室内实验和理论研究两方面出发,深入研究了低渗透储层的应力敏感性及其变化规律。在此基础上,利用渗透率应力敏感系数,结合分形理论,建立了考虑岩石内部结构、外部有效应力变化等多种因素影响下的渗透率变化规律的公式。研究表明,由于孔隙结构的特殊性,有效应力变化对储层渗透率影响较大,而对孔隙度影响很小。渗透率随有效应力的增加而不断减小,但其程度不断减弱,且存在永久伤害;渗透率越小,应力敏感性越强;同时快速的加压方式比慢速的加压方式对岩石的伤害更大。应力敏感系数可以定量表征岩石应力敏感性的强弱;考虑多种因素影响的预测公式,可以准确反映岩石的应力敏感情况,具有广泛的适用性。     

流固耦合作用下注气开采煤层气增产规律研究

提高低渗透煤层气产量是我国煤层气开采中急需解决的关键问题,加速煤层甲烷解吸过程的注气增产方法是提高低渗透煤层气产量的有效途径。由于排采降压在孔隙流体压力变化的范围内会引起储层孔隙介质的应力和应变的变化,造成有效渗透率和孔隙度的降低,同时也影响注气和产气的动态参数。研究这些规律,首先建立了注气开采煤层气多组分流体扩散渗流的流固耦合模型,利用数值方法研究了注气开采煤层气的增产机理。研究表明,注入二氧化碳气体不但减少了煤层甲烷的分压．加速了煤层甲烷的解吸;而且二氧化碳气体比甲烷气体更易吸附,竞争吸附置换煤层甲烷分子,从而提高了煤层气产量,同时必须重视耦合作用对注气增产造成的不利影响。     

中煤阶煤层气井排采阶段划分及渗透率变化

煤层渗透率动态变化规律是煤层气开发所面临的重点问题之一。根据无因次产气率划分煤层气井排采阶段,结合等温吸附实验下煤层气的解吸过程确定排采阶段分界点位置。通过物质能量动态平衡理论建立中煤阶煤储层渗透率评价模型,从渗透率变化趋势、主导机制、产能动态等方面,阐释了中煤阶煤层气井不同排采阶段煤储层渗透率动态变化特征与控制机理。结果表明,排采过程中,煤储层绝对渗透率发生“先降低-后回返-再上升”的动态变化。排水阶段水相有效渗透率迅速下降,气相有效渗透率为0。储层压力降低至临界解吸压力后进入产气阶段,气相有效渗透率迅速增加,水相有效渗透率缓慢降低。产气量衰减阶段绝对渗透率开始下降,在滑脱效应影响下,气相有效渗透率仍然保持缓慢上升,水相有效渗透率降低。     

基于响应面法的煤体有效抽采半径多因素交互作用

钻孔有效抽采半径是煤层瓦斯抽采参数设计的重要指标。为探究煤体基础物性因素(含水率、渗透率、瓦斯压力)对钻孔有效抽采半径的影响特性,首先基于煤的基质-裂隙双重孔隙理论,考虑水分对裂隙开度及基质瓦斯吸附性能的弱化影响,构建了考虑水分影响的煤体渗透率模型与固-气多场耦合模型;其次利用多物理场数值模拟方法并结合响应面分析法研究了不同因素对钻孔有效抽采半径的交互作用。研究发现有效抽采半径与初始渗透率呈正相关,而与初始瓦斯压力、含水率均为负相关;建立了瓦斯抽采半径与三个因素的二次多元响应面模型,并分析发现含水率、初始瓦斯压力、渗透率对有效抽采半径的影响显著性逐次降低,并且在一定程度上,煤体初始瓦斯压力的增加会弱化煤岩初始渗透率和含水率对钻孔有效抽采半径的影响,煤体初始渗透率和含水率也会显著改变初始瓦斯压力对有效抽采半径的影响,然而煤体初始渗透率几乎未改变含水率对有效抽采半径的影响。     

考虑压力拱效应的应力敏感实验

 低渗储层一般具有较强的应力敏感性,目前进行应力敏感实验研究时,均假设上覆压力不变。事实上,油气开采时,上覆岩层中会产生压力拱效应,作用于储层的上覆压力减少,从而影响应力敏感实验结果。以压力拱理论为基础,计算了苏里格气田不同形状储层的压力拱比,确立了苏里格气田气藏开采时的上覆压力和有效应力表达式,首次将该理论应用于应力敏感实验。得到了苏里格气田不同形状储层以及不同渗透率级别条件下的应力敏感特征。结果表明,苏里格近椭圆柱体储层和近饼形储层的压力拱比分别为0.12和0.28,与常规应力敏感实验相比,考虑压力拱效应时,测试渗透率高于常规实验渗透率,应力敏感程度降低。流体压力降低25MPa,初始渗透率≤0.1mD的低渗致密储层,压力拱比分别为0.12和0.28时,对应的渗透率分别为常规应力敏感实验渗透率的1.2和1.5倍;初始渗透率在10~50mD,压力拱比分别为0.12和0.28时,对应的渗透率分别为常规实验渗透率的1.01和1.02倍。低渗透储层受压力拱的影响程度大于高渗储层。     

模拟煤层气储层条件下煤岩渗透性实验研究

储层煤岩特有的割理结构使其渗透性与常规砂岩储层不尽相同,本文以山西沁水盆地3#煤作为实验煤心,实验研究了围压、孔隙压力对煤岩渗透率的综合影响规律,并得到3#煤岩的裂缝体积压缩系数范围。研究表明,流体介质不同,储层煤岩渗透率在压降过程中变化趋势不同;储层煤岩裂缝体积压缩系数在整个煤层气开采过程中并非一恒定值。     

煤储层渗透率影响因素

煤储层渗透率对研究煤层气的产出及运移规律有着重要的意义,理清其影响因素对于有效预测煤储层渗透率、寻找有利勘探区具有重要的实际价值。该文从裂隙系统、构造应力、煤岩类型、煤变质程度、煤体结构、温度、有效应力、基质的收缩效应、层理等方面对煤储层渗透性的影响进行了分析,并得出了具有针对性的结论。     

鄂尔多斯东缘煤储层渗透性主控因素分析与高渗区预测

在煤层气储层渗透性影响因素的分析基础上,通过煤层地应力、热演化程度、埋藏深度与渗透率的相关性分析,探讨渗透率的发育机理,认为煤储层渗透率是煤阶与地应力联合作用的结果,地应力控制煤储层割理开启程度和方向,改变储层的孔隙结构;煤岩热演化通过改变岩石力学性质来控制割理发育,二者共同控制煤储层割理的大小,进而影响煤储层渗透率的发育,而埋藏深度与渗透率相关性不强.选取煤层渗透率主控因素进行研究,以鄂尔多斯盆地东缘二叠系煤层气储层为例,利用多元回归分析的方法建立了“煤阶与地应力”渗透性二元预测模型,对研究区渗透率的发育情况进行了预测.研究表明,地应力控制了渗透率的分布,而煤岩热演化程度对渗透率分布起到一定的调节作用,煤层气储层高渗区主要分布在研究区斜坡带地应力松弛部位,而在应力相对集中深部煤储层为低渗区.     

煤体渗透率随温度和应力变化的实验研究

针对温度、应力共同影响下的煤体甲烷渗透率变化规律仍然存在矛盾认识这一问题,采用实验和理论分析的方法,进行了不同温度、不同应力条件下的煤体甲烷渗流实验,分析了二者不同组合条件下的煤体渗透率变化机理。实验结果表明,渗透率随温度的升高呈现两种不同的变化规律,即在高应力条件下,渗透率随温度的升高而降低;在低应力条件下,煤体渗透率随温度的升高而升高。研究认为,温度与应力对渗透率有不同的影响机制,外围应力仅对煤孔隙有压缩效应,而在不同外围应力条件下,温度对煤基质具有外膨胀和内膨胀两种影响效应,进而使渗透率呈现不同的变化规律。这一发现对预测煤层气高渗区具有理论指导意义和应用价值。     

葡南油田低渗透储层应力敏感性研究

通过实验模拟地层在不同上覆压力下,孔隙度、渗透率的变化,研究低渗透储层的应力敏感性。其在增压过程中孔隙度和渗透率随着压力的增加而明显降低;在压力降低或撤除后,由于造成了岩石应力敏感性损害,孔隙度和渗透率不能恢复到原始的状态。低渗透储层应力敏感性的影响因素包括上覆压力的大小、加压次数、岩石覆压时间长短和流体饱和度的影响,在开发低渗透油田时应注意保持合理的生产压差、开采速度和降压方式。该研究为低渗透油藏的开发提供了理论依据。