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。     

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。     

有效应力对不同阶煤渗透率影响的差异性分析

 通过不同阶煤储层渗透率应力敏感性实验,对比分析了有效应力对不同阶煤渗透率影响的差异。结果显示,在相同有效应力变化范围内,低阶煤渗透率下降幅度大于中、高阶煤;低、高阶煤渗透率变化较中阶煤更符合指数函数变化规律;低有效应力阶段,低阶煤渗透率损害系数、应力敏感系数大于中、高阶煤;相同有效应力下,低阶煤割理压缩系数大于中、高阶煤;不同煤阶割理压缩系数随有效应力增加呈现下降趋势,不应将其视为常数。应力敏感性评价参数拟合结果显示,中、低阶煤渗透率损害系数、割理压缩系数符合指数函数变化规律,高阶煤渗透损害系数、割理压缩系数符合线性函数变化规律;不同阶煤渗透率应力敏感系数均符合指数变化规律。     

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.     

煤层气解吸扩散渗流模型研究进展

对煤储层基质孔隙分类、煤储层中气水变化特征、基质孔隙中甲烷的动力学行为、煤层气解吸模型、扩散模型、渗流模型和产气模型进行了综述和评论．认为煤层气生产过程吸附气变为解吸气．少量的解吸气溶解并在储层孔隙水中扩散．大量的解吸气聚集成泡和成柱并在煤基质孔隙中的非达西渗流、自由气从煤基质孔隙至割理．裂隙系统的窜流、自由气从煤基质孔隙至井筒的非达西渗流（仅限低煤阶）、及自由气从割理．裂隙系统至井筒的达西渗流过程．可为煤层气开发提供理论依据,为煤层气数值模拟提供理论基础,对煤层气产气规律的认识具有指导意义．     

沁水盆地南部煤储层渗透性与地应力之间关系和控制机理

通过对沁水盆地南部43口煤层气井渗透率和地应力统计分析,建立了煤储层渗透性与现今地应力之间的相关关系和模型．从煤储层的孔隙结构分析入手,建立了煤储层割理面压缩变形与裂隙渗流模型,分析地应力对煤储层渗透性影响的机理．研究结果表明,煤储层试井渗透率随着地应力的增加呈指数函数关系降低;随着煤层埋藏深度增大,其渗透率降低,煤储层渗透率随深度变化趋势的实质是应力的函数．在650m以浅煤储层地应力处于伸张带,最小水平主应力小于12MPa,煤储层渗透率平均大于1．0×10^-3μm^2;在650-1000m煤储层地应力由伸张带转化为压缩带的过渡带,最小水平主应力为12—20MPa,煤储层渗透率平均大于0．1×10^-3μm^2;在1000-1500m煤储层地应力转化为压缩带,最小水平主应力大于20MPa,煤储层渗透率平均大于0．01×10^-3μm^2．当割理面法向力σn为压应力时,割理产生法向压缩（压密）变形,开始先为点或线接触,经过挤压,局部破碎或劈裂,接触面增加,割理面压缩量呈指数曲线特征．煤储层渗透率随着割理面正应力的增加呈指数函数关系降低,其理论模型与试井渗透率统计模型完全一致．     

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。     

沁水盆地煤储层渗透率实验和模拟研究

作为中国煤储层开发的一个关键参数,割理的可压缩性一直没有得到充分的研究。在本次研究中,从山西省沁水盆地选取了一些有代表性的煤样,并对这些煤样进行了包括He,N2,CH4和CO2四种气体在不同有效应力和温度下的实验研究。在实验数据的基础上,计算了兰氏常数并绘制出了兰氏曲线,并且也分别绘制了吸附和渗透率的曲线。实验结果表明:有效应力对煤储层的渗透率有重要的影响。在恒温35℃下,对于同一孔隙压力下的四种不同气体,随着有效应力的增加,渗透率是降低的。在实验结果的基础上,通过拟合数据计算出了割理的压缩系数。计算结果显示:对于四种测试气体,在恒温35℃下,随着孔隙压力的增加,割理的压缩系数呈现降低的趋势。此外,随着温度的增加,割理的压缩系数仅仅略微地增长。通过对实验结果的分析和资料研究,有效应力被认为是影响割理压缩性的重要参数。     

煤储层渗透率影响因素探讨

煤储层渗透性是影响煤层气开发选区和产量最重要的因素,运用资料查阅、文献综合研究等方法,分析了煤层变质、煤层厚度、煤体结构、构造曲率等因素与煤储层渗透率之间的耦合关系,结果表明,煤储层具有双重孔隙结构,割理裂隙的发育程度直接影响煤层渗透率的大小,天然裂隙的发育密度与煤岩类型条带或分层厚度呈负相关。     

基于煤岩割理正交各向异性性质的低渗透煤层压力数值模拟研究

考虑煤岩面割理和端割理两个方向不同渗流性质,建立了低渗透性煤层气水固三相流固耦合模型,利用该模型分析了沁水盆地煤层气井在开采过程中压力及解吸半径变化规律,并对影响煤层压力的割理参数进行分析.计算结果表明:非耦合模型比耦合模型的解吸面积要大;随着煤岩割理渗透率正交各向异性系数的增大,煤层面割理方向解吸半径逐渐增大,而煤层端割理方向解吸半径逐渐减小;面割理方向,随着割理渗透率正交各向异性系数和割理宽度的增大,煤层压力先增加后降低;端割理方向,煤层压力随着渗透率正交各向异性系数、割理密度和割理宽度的增大而增大.     

超声波干扰提高煤层气抽放率的机理

为了对超声波干扰提高煤储层渗透率和煤层气解吸率的作用机理进行研究,分析了空化效应对煤储层渗透率的影响.分析了超声波诱发的热效应,会引起煤-煤层气系统温度升高,煤分子和煤层气分子的热运动加剧,动能增大,促进煤层气分子脱附,提高煤层气解吸率.分析了超声波穿过煤储层时的机械作用.因此利用超声波的空化作用、热效应和机械作用等能有效提高煤储层的渗透率,提高煤层气的解吸率,这为煤层气抽放提供了一种新的思路.     

沁东北15号煤显微组分对微裂隙的控制作用

煤层显微组分与微裂隙二元关系研究对煤层气开采具有潜在价值.通过对沁东北太原组15号煤宏观、电镜、物性等方面资料进行综合分析,对煤储层显微组分和微裂隙之间二元机理进行阐述,结果表明,基质有机显微组分可以产生张性裂隙和压性裂隙,而镜质组中的张性裂隙对煤层气扩散作用较大,惰质组中内生裂隙不太发育.该区渗透率呈现低渗——特低渗的原因主要是割理被脉状方解石填充以及粘土矿物的充填.     

物质平衡及线性流原理下的煤层气储层生产数据分析

针对煤层气开发过程中煤储层自身物理、化学、力学及渗流等方面性质的问题,利用物质平衡及线性流原理对某煤层气储层生产数据进行分析,探讨了水侵、解吸、地层及流体压缩性对原始含气量估算的影响及滑脱效应对半缝长xf的影响.结果表明:由于该煤储层产水量较低及地层负压,水侵、地层及流体压缩性对原始含气量G的影响程度较小;但该煤储层含气饱和度或游离气含量低,气体主要以吸附形式存在,解吸对原始含气量的影响程度最大;当利用线性流原理预测储层时,若忽略滑脱效应,预测结果偏低,同时也表明煤储层滑脱效应研究或合理定义渗透率比对压裂、渗流及模拟等方面的重要性.利用半缝长与渗透率比的关系也可以对煤储层表观渗透率进行预测.     

煤层气单井开采数值模拟的研究

对煤层气的流动机理进行了分析。结果表明 ,煤层中的甲烷气主要以吸附的方式储集在煤基质中 ,煤层割理系统提供渗流通道。煤层气在煤基质中的吸附遵循朗格缪尔等温方程 ;煤层气由煤基质向割理系统的扩散遵循Fick第一定律 ;煤层气在割理系统的流动遵循达西定律。借鉴美国现有模型 ,结合我国现场实际情况 ,建立了二维煤层气垂直井的非平衡拟稳态井底渗流数学模型。现场实例模拟计算表明 ,该模型能够用于煤层气单井数值模拟。     

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.     

煤化作用与煤层气生成、储藏和产出的关系

本文依据煤的变质作用过程中产出的煤层气数量,将煤的变质作用过程分为三个阶段,指出第二、三阶段对煤层气的生成影响最大。低煤阶煤储层中煤层气运移产出的通道为裂隙和基质孔隙,中煤阶煤为割理和构造裂隙,高煤阶煤则以构造裂隙为主。随着煤化作用的进行,煤层气储藏和产出的条件逐渐变好,直到中煤阶煤;之后进入高煤阶煤条件开始变差。结合煤化程度对煤层气生成的影响,中煤阶煤层是煤层气开发的较理想的煤层。     

沁水盆地南部煤层气井生产历史拟合与井网优化研究

以煤储层地质特征和煤层气井生产数据为依据,以沁水盆地南部3口典型压裂直井为例,利用COMET3数值模拟软件对3口煤层气井排采数据进行了反演,确定了煤层气储层的渗透率与含气量等重要的储层参数和工程参数,探讨了煤层气井产能影响因素的敏感性,提供了研究区单井低产能部位煤层气井网部署及优化方案。研究表明：绝对渗透率变化对煤层气单井产能的影响最为显著,相对渗透率曲线形态、含气饱和度与Langumir常数对单井产能的影响依次减弱;井网井距的合理布置可以有效形成区域压降、提高单井产能;研究区低产井周围宜采用煤储层裂隙发     

煤层气单井开采数值模拟的研究

对煤层气的流动机理进行了分析。结果表明,煤层中的甲烷气主要以吸附的方式储集在煤基质中,煤层割理系统提供渗流通道。煤层气在煤基质中的中吸附遵循朗格缪尔等温方程;煤层气由煤基质向割理系统的扩散遵循ＦＩｃｋ第一定律;煤层气在割理系统的流动循环达西定律。借鉴美国现有模型,结合我国现场实际情况,建立了二维煤层气垂直井的非平衡拟稳态井底渗流数学模型。现场实例模拟计算表明,该模型用于煤层单井数值模拟。     

利用核磁共振成像技术研究煤层气渗流规律

在介绍核磁共振成像技术原理及其在测定煤层气储层渗透率机理的基础上,基于达西定律和毛管渗流定律,给出了煤储层渗透率计算公式,指出煤储层渗透率是反映煤层气渗流规律的关键特征参数,且它与通过核磁共振成像实验得到的核磁渗透率具有良好的相关性;基于BT弛豫理论给出了利用核磁共振成像技术求解煤储层核磁渗透率的计算方法,建立了核磁渗透率和煤储层渗透率的关系表达式,指出核磁T2分布谱与煤孔隙结构具有较好的对应关系,且MAP渗透率公式由于在一定程度上考虑了孔隙分布对渗透率的影响,因此更为准确.使用自制的非磁性聚碳酸酯三轴应力渗透仪进行煤层气储层渗透率核磁共振实验,得到的实验结果比较理想.     

不同变质变形煤特征对煤层气富集渗流的制约

煤岩是煤层气的主要储集层,其变质变形作用对煤层气的赋存、运移和开发都具有重要意义。本文以华北地区典型含煤区为研究区,基于现场资料分析、煤岩显微观测,孔渗测试及压汞实验分析,探讨了不同变质变形煤储层孔渗特征,并从裂隙、孔隙不同尺度探讨了不同变质变形煤储层特征及其孔、裂隙结构特征对煤层气富集渗流所起的作用。结果表明,首先,煤层气产出过程与煤储层变质变形特征密切相关;实验室测定的渗透率与试井渗透率具有可比性,一般碎斑煤大于碎裂煤;高变质弱变形煤储层和中变质弱变形煤储层煤层气的富气能力与渗流能力比较强,是煤层气富集高渗的有利储层。