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。     

差异成因无烟煤储层煤层气解吸实验研究

对深成变质作用与岩浆变质作用无烟煤物质构成、孔隙发育、比表面积、吸附/解吸对比实验,分析认为,孔隙比例(小孔及以下占96%)是深成变质与岩浆热变质成因的判定标志之一;煤层气解吸率取决于解吸热与吸附热的差值,储层温度在298.15K时,排水降压适合于深成变质无烟煤煤层气解吸的能耗,解吸率高达66%,排水—降压—解吸的排采模式适应于晋城寺河地区煤层气的开发;温度增加5 K,宁夏汝箕沟地区煤层气解吸率提高9%,温度增加10 K,冷水江塘冲地区煤层气解吸率提高12%.温度增加过多,对煤层气解吸率的影响不显著。升温解吸在煤层气开发中作用应受到重视。     

低渗透煤层注入超临界二氧化碳渗透性试验研究

为了提高低渗透煤层中煤层气的采收率,利用煤岩体典型的双重介质结构特征和超临界CO2具有表面张力为零、粘度低、扩散度和溶解能力强的特性,对超临界CO2注入低渗透煤层煤样的渗透性规律进行试验研究。结果表明：在超临界状态下,煤样渗透率和渗透系数均随有效体积应力的增大呈负指数递减;渗透率随孔隙压力的增大呈指数变化规律,趋势受粘度和孔隙压力之间关系的影响;渗透系数随孔隙压力的增加呈正指数递增规律;渗透率和渗透系数均随温度的升高呈负指数降低规律。此外,在注入超临界二氧化碳后,煤样的宏观和微观上均发现大量网状裂隙带和孔隙带,对提高低渗透煤层渗透性具有良好的效果。     

河北省煤储层物性特征分析

根据煤田地质勘探实测资料,结合汞孔径测试、扫描电镜显微裂隙观测、煤层气试井分析成果及等温吸附曲线,分析河北省煤储层物性特征。结果显示：煤层饱和吸附量受煤级控制,煤级增加,吸附能力增大;随煤层埋深增加,煤层含气量和甲烷体积分数均呈增大趋势;中孔在褐煤中比较发育,而在其他煤级中例外;储层中宏观裂隙与宏观煤岩类型关系密切;显微裂隙发育程度镜煤好于亮煤,低煤级煤好于高煤级煤;峰峰、万全、大城矿区试井渗透率较高,开平煤田不同地区煤储层渗透性变化较大。该研究为河北省煤层气的合理开发提供了依据。     

郑庄区块煤储层渗透性特征及地质控制因素分析

基于煤田地质资料、试井数据及相关实验成果,采用野外调查、井下观测、统计分析等方法,对沁水盆地郑庄区块3#煤储层渗透性特征进行研究;并深入分析研究区煤储层渗透性的控制因素及其控制作用。研究表明:研究区3#煤储层渗透性整体较差,渗透率介于0.011~0.430 mD之间,平均为0.091 mD,属于低渗透性储层~较低渗透性储层,渗透性在靠近向斜核部及断层带附近区域较好。分析表明研究区煤储层渗透率主要受控于煤体结构、裂隙发育特征、构造应力及地层应力状态、煤层埋深等因素,煤级、矿物充填作用等其他因素对其也有不同程度的影响。在研究区煤层气勘探开发过程中,应考虑上述因素对煤储层渗透性的影响,采取相应措施改善煤储层渗透率,提高煤层气抽采效率。     

基于温度与压力双重作用的致密储层渗透率定量评价模型

为了建立油气开采过程中,储层渗透率随温度、孔隙压力变化而改变的定量评价模型,假定岩石仅产生弹性变形,根据多孔介质弹性力学理论,推导出岩石孔隙体积和尺寸的应力-应变关系;再应用管流模拟渗流,根据Kozeny-Carman方程得到渗透率随温度、孔隙压力变化的定量计算模型.针对常规渗透率测试存在的问题,改进实验方法,模拟真实储层温度压力条件,开展了岩心力学和渗透率同步实验.研究结果表明,模型计算的渗透率损失与实验测试结果吻和良好.模型适用于裂缝不发育的致密岩石在弹性变形范围内的渗透率定量计算.随着油气采出,孔隙压力下降,导致渗透率减小,而地层温度降低,导致渗透率增大,这两方面对渗透率的影响具有相互抵消的作用.因此,由于温度、孔隙压力变化引起的储层岩石渗透率总体变化很小,一般不超过±2％.     

考虑温度和滑脱效应的煤渗流应力耦合模型

温度变化、滑脱效应、有效应力等对煤层变形和瓦斯流动耦合机制的影响规律是煤层瓦斯突出灾害防治、煤层气抽放设计等工程中的关键。从吉林华兴矿取原煤,粉碎后制备型煤试样,利用自行研制的三轴渗流应力温度耦合实验装置开展了三轴气渗流试验,研究了孔压、有效应力及温度对型煤渗透率的影响规律,结果表明:1)低孔压条件下,随着孔压增加煤样渗透率减小,当减小至某一临界值后,渗透率再随孔压增加而缓慢增长,即表现为所谓的滑脱效应。2)有效围压对煤的渗透率有很大影响,围压增加,煤样所受有效应力增大,煤样内的孔隙和裂隙空间被压缩,瓦斯的渗流通道变窄,渗透率降低。3)温度变化对煤的渗透率有显著影响,温度升高,煤的渗透率降低。这主要是由于温度升高使得煤样体积膨胀,由于周围的约束使得煤样内部出现温度压应力,煤的孔隙和裂隙空间被压缩,试样的渗透率降低。同时,温度升高使得甲烷气体黏性增强,加剧了煤的渗透率降低的趋势。温度变化对煤渗透率的影响近似服从线性关系。4)建立了考虑温度变化、有效应力及滑脱效应影响的煤渗透率演化方程。将煤视作弹性介质,结合有效应力原理和本文的煤渗透率演化方程,建立了考虑温度变化、滑脱效应影响的煤变形和瓦斯流动耦合数学模型,在Matlab软件下开发了相应的有限元程序。通过数值算例研究了温度变化和滑脱效应对煤变形和瓦斯流动的影响规律,结果表明:1)若不考虑温度变化和滑脱效应的影响,将偏于低估瓦斯流动能力,在煤变形和瓦斯流动耦合分析中应考虑温度变化和滑脱效应的影响。2)本文建立的模型能较好地考虑温度变化、滑脱效应和有效应力对煤层瓦斯流动的影响,从而为煤层瓦斯运移预测提供了一个新的思路。     

考虑吸附和扩散的页岩视渗透率及其与温度、压力之关系

页岩纳米级孔隙中气体渗流存在吸附、扩散和滑脱效应,为了表征其渗流能力,并分析温度和压力对它的影响,利用Polanyi吸附理论和Langmuir等温吸附方程并结合纳米孔中气体扩散和渗流方程得到了考虑吸附、扩散和滑脱效应的页岩视渗透率的计算模型.计算发现:甲烷吸附层厚度随压力的降低而减小,随温度的降低而增加,并且压力越低温度的影响越大;考虑吸附、扩散和滑脱的页岩视渗透率虽然同仅考虑扩散和滑脱的视渗透率一样都随温度的下降而减小,但整体要低于后者,且下降幅度更大;考虑吸附、扩散和滑脱的页岩视渗透率与仅考虑扩散和滑脱时的视渗透率之间的差异随着压力的降低而逐渐减小;考虑吸附、扩散和滑脱的视渗透率与达西渗透率的比值随压力的降低先减小后增加,最终趋近于仅考虑扩散和滑脱时的情况.     

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。     

基于煤演化程度的煤储层渗透率发育机理初探

探讨渗透率的发育机理,将为煤层气的勘探选区提供重要的理论基础。本文以煤岩力学性质为切入点,分析了地应力和煤储层渗透性的相关关系,探讨了不同煤阶演化阶段岩石力学参数（弹性模量、泊松比、体积模量）,提出了煤阶与地应力联合作用下的煤储层渗透率的发育特征。研究表明：地应力控制煤储层天然裂隙开启程度和方向,改变储层的孔隙结构;而煤岩热演化可以改变岩石力学性质。二者共同控制煤储层裂隙的大小,进而影响煤储层渗透率的发育。     

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。     

不同应力和孔隙压力作用下致密煤岩渗透率演化规律

针对煤岩渗透特性非常复杂且存在显著的应力敏感性这一问题,利用自主研发的恒温超低渗透率测量系统,采用压力脉冲法对贵州龙凤井田的致密煤岩开展了气体渗透试验,系统研究了渗透率的演化规律及影响因素。结果表明:静水压力不变时,煤岩渗透率受有效应力和孔隙压力的共同影响呈现先降低、后升高的趋势,有效应力与孔隙压力之间存在明显的耦合效应;煤岩渗透率随有效应力增加或者孔隙压力升高均呈现幂函数形式降低,下降速率逐渐减小,呈现较高的应力敏感性,但有效应力和孔隙压力的作用机理有所区别;煤层气抽采过程中可通过适当降低储层有效应力的方法增大储层渗透率,提高煤层气抽采效率。     

低渗致密气藏滑脱效应压力界限研究

为了明确低渗致密气藏发生滑脱效应的压力界限,测试了低渗致密岩样的视渗透率在不同孔隙压力下的变化规律。测试前采用平移法求得了岩样的有效应力系数。测试实验表明,当孔隙压力从地层压力下降到临界压力时,气体流动开始发生滑脱效应,发生滑脱效应的临界压力随着渗透率的增加而降低。得出了定量表征滑脱效应压力界限的公式。当地层压力大于临界压力时,不存在滑脱效应,实验室得出的克氏渗透率小于储层的真实渗透率;当地层压力小于临界压力时,实验室进行气体测量渗透率时应该采用回压阀,此时用回压测得的克氏渗透率值以及求得的滑脱因子更加准确。     

高温蒸汽作用油页岩孔隙-裂隙结构演化规律实验研究

油页岩孔隙裂隙演化规律是影响对流加热方式原位流态化开采油页岩的关键影响因素。选取新疆巴里坤油页岩试样，首先利用自主研制的高温蒸汽作用实验系统对试样进行加热，然后采用显微CT和扫描电镜对不同温度作用后的油页岩的孔隙裂隙特征进行测试，并利用Avizo软件，对油页岩孔裂隙结构、内部渗流场特征以及表面微观特征随温度的演化规律进行了详细地研究，结果表明：1)原始状态下油页岩内部裂隙以微裂隙(100～500μm)为主，随着水蒸汽作用温度不断提高，微裂隙数量呈指数形式增长，同时孔径较小的小孔逐步转变为孔径较大的中大孔。2)随着水蒸汽作用温度增加，油页岩孔隙度显著增加，由常温状态下的2.7%增加到555℃时的16.2%,是常温下的6倍。3)随着热解温度的升高，油页岩内部连通的孔隙也不断增多，为高温水蒸汽以及热解产物的运移提供了良好通道，总体上平行层理方向的渗透率总是大于垂直层理方向的渗透率。4)油页岩渗透性存在明显的各向异性特征，当热解温度为314℃时，油页岩在平行层理方向与垂直层理方向的渗透率差异性最大，渗透率各向异性系数量级可达103.研究结论对调控水蒸汽对流加热原位开采油页岩油气的工艺参数具有重...     

深部煤层气储层微观结构及储渗机理

采用扫描电镜观察了北京大安山煤矿和阜新五龙矿煤层气储层样本的微观结构,分析了煤层孔隙和裂隙的类型、大小、连通等结构特征及结构与煤层气储集和渗流间的关系,运用图像处理技术,基于扫描图片提取并分析了煤层孔隙度.结果表明:北京大安山煤矿煤层气储层样本是典型的低孔隙度、低渗透性储层,以微孔隙、极微孔隙、微裂隙、极微裂隙为主;阜新五龙矿煤层气储层样本是典型的高孔隙度、高渗透性储层,孔隙类型多样,存在大孔、大裂隙,孔隙之间和孔、裂隙间连通性好,十分利于煤层气的渗流和产出;煤层中孔隙较多、孔径适中的结构有利于煤层气的吸附储集,煤层中大孔和裂隙有利于煤层气的游离储集,煤层中裂隙延伸长而宽,孔隙间连通,孔、裂隙相沟通的结构有利于煤层气的渗流和运移.     

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。     

鄂尔多斯盆地煤储层孔隙分形特征研究

在分析鄂尔多斯盆地煤储层压汞孔隙分布的基础上,定量计算了各煤样的分维数,并分析了煤的孔容分维数特征。研究结果表明,煤储层孔容分维数在3.0741-3.4371之间。随着分维数的增加,煤变程度和压汞效率减小。而储层孔隙率的增加,储层渗透率变大。提出孔隙分维数可作为煤层气储层渗透性评价的指标之一。     

热力耦合作用下含瓦斯煤层渗透特性试验研究

为深入研究含瓦斯煤层渗透率与温度和应力的关系,利用自制三轴渗透仪,进行了不同轴压、围压、孔隙压、温度条件下的渗透率测定试验和煤层微观结构扫描试验,并对试验结果进行了分析.研究结果表明:在热和应力耦合作用下,煤层渗透率主要受煤基质膨胀、煤基质压缩、孔裂隙扩张、孔裂隙闭合、气体吸附、气体解吸等6个因素共同影响;孔隙压力不变,渗透率随有效应力的升高单调递减;轴围压不变,渗透率随孔隙压力的升高呈先减小后平缓再增大的近"U"型变化规律;温度升高,煤基质膨胀致使孔裂隙闭合,煤内气体膨胀致使孔裂隙扩张,两相共同作用,渗透率变化取决于哪一相占优.     

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.     

考虑吸附和多流动形式共存的页岩气藏纳米级孔隙基质视渗透率计算方法

为计算页岩气储层纳米级孔隙(d100 nm)基质视渗透率,得到考虑吸附层厚度的气体有效流通孔道直径,利用Knudsen方程推导划分气体流动形式的临界孔道直径,依据质量通量表达式得到多流动形式共存时的视渗透率计算公式。算例分析表明:页岩气储层中温度对流动形式的影响可以忽略;随着储层压力增加,以20 MPa为临界,较低压力时气体视渗透率迅速降低,较高压力时降低趋势平缓;气体流动形式对视渗透率影响很大,储层温度下滑脱渗流与过渡扩散视渗透率计算结果在不同压力下存在7~10倍的差距;储层条件下吸附气体使得视渗透率减小约13%,高压下吸附对气体视渗透率影响更明显。