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1、高煤阶煤层气储层渗透率动态变高煤阶煤层气储层渗透率动态变化特征及对单井产量的影响化特征及对单井产量的影响 一、煤储层渗透率动态变化的影响因素分析 二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟 三、煤储层渗透率动态变化对单井产量的影响 四、结论汇报提纲 煤层气井排采过程中煤层气井排采过程中,煤层中流体不断产出煤层中流体不断产出,流体压力下降流体压力下降,引起煤层应力的持续变化从而导引起煤层应力的持续变化从而导致煤储层物性改变致煤储层物性改变,严重影响煤层渗透性和气严重影响煤层渗透性和气/水水流动流动,煤层气难以解吸煤层气难以解吸,单井产量达不到理想状单井产量达不到理想状态。态。加强开发过程中渗透率动态变化
2、特征研究将加强开发过程中渗透率动态变化特征研究将对优化煤层气井排采工作制度、提高单井产量有对优化煤层气井排采工作制度、提高单井产量有着重要意义。着重要意义。一、煤储层渗透率动态变化的影响因素分析一、煤储层渗透率动态变化的影响因素分析 煤层气在开发过程中产量变化一般分为煤层气在开发过程中产量变化一般分为3 3个阶段个阶段:阶段：排采初期阶段：排采初期,煤层主要产水煤层主要产水,同时伴随有同时伴随有 少量游离气、溶解气产出少量游离气、溶解气产出;一、煤储层渗透率动态变化的影响因素分析一、煤储层渗透率动态变化的影响因素分析煤层气在开发过程中产量变化一般分为煤层气在开发过程中产量变化一般分为3 3 个
3、阶段个阶段:阶段：当煤层降至临界解吸压力以下时阶段：当煤层降至临界解吸压力以下时,煤层煤层 甲烷分子迅速解吸甲烷分子迅速解吸,然后扩散到裂隙中然后扩散到裂隙中,表现为产气量逐渐增大表现为产气量逐渐增大,产水量逐渐减产水量逐渐减 小小;一、煤储层渗透率动态变化的影响因素分析一、煤储层渗透率动态变化的影响因素分析煤层气在开发过程中产量变化一般分为煤层气在开发过程中产量变化一般分为3 3 个阶段个阶段:阶段：随着采出水量的增加、生产压差的进一阶段：随着采出水量的增加、生产压差的进一 步增大步增大,煤层中含水饱和度相对降低煤层中含水饱和度相对降低,变为以产气为主变为以产气为主,并逐渐达到产气高峰并逐渐
4、达到产气高峰,产水量则相对稳定在一个较低的水平上。产水量则相对稳定在一个较低的水平上。煤储层是一种双孔隙介质，其渗透率主要受煤储层是一种双孔隙介质，其渗透率主要受应力敏感性、基质收缩和克林肯伯格效应的综合应力敏感性、基质收缩和克林肯伯格效应的综合影响。影响。应力敏感性：应力敏感性：排水、采气过程引起煤层孔隙内流体排水、采气过程引起煤层孔隙内流体压力下降后压力下降后,煤层骨架所承受的有效覆压增加煤层骨架所承受的有效覆压增加,储储层受到压缩层受到压缩,基质孔隙变小、天然微裂缝闭合基质孔隙变小、天然微裂缝闭合,导导致渗透率下降的现象。致渗透率下降的现象。基质收缩：基质收缩：煤层气的解吸产出造成煤基质
5、收缩煤层气的解吸产出造成煤基质收缩,孔、孔、裂隙空间扩大裂隙空间扩大,渗透率增大。渗透率增大。克林肯伯格效应：克林肯伯格效应：在渗透率较低在渗透率较低,气体分子自由流动气体分子自由流动的平局展布与通道展布一致时的平局展布与通道展布一致时,气体分子会与通气体分子会与通道壁发生碰撞道壁发生碰撞,而促进达西流动的效应。而促进达西流动的效应。综上可知：综上可知：在煤层气开发初期单相流阶段：在煤层气开发初期单相流阶段：随着煤层水随着煤层水的排出的排出,有效应力效应导致煤储层裂隙宽度变窄有效应力效应导致煤储层裂隙宽度变窄,渗透率降低渗透率降低;当储层压力降到临界解析压力之下：当储层压力降到临界解析压力之下
6、：煤层气煤层气开始解吸开始解吸,煤基质收缩效应逐渐加强煤基质收缩效应逐渐加强,使得裂隙变使得裂隙变宽宽,渗透率出现反弹渗透率出现反弹;在开发后期在开发后期,储层压力已降至较低水平：储层压力已降至较低水平：低低压条件下气体克林肯伯格效应更加明显压条件下气体克林肯伯格效应更加明显,有利于有利于改善煤储层渗透率改善煤储层渗透率.二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟1.1.原地受力分析原地受力分析 煤层在水平方向上受水平压力的作用煤层在水平方向上受水平压力的作用,一般小于垂一般小于垂向压力。在煤层中任意选择一个水平面向压力。在煤层中任意选择一个水平面,在平面垂向上在平面
7、垂向上煤层受煤层受4 4 个力个力:向下的上覆地层压力向下的上覆地层压力Pz;Pz;向上的气体向上的气体压力压力Pg;Pg;向上的煤基质承受的力向上的煤基质承受的力Ps;Ps;向上的裂隙系统向上的裂隙系统内水的压力内水的压力Pw.Pw.二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟由受力分析可得：由受力分析可得：煤基质承受的力煤基质承受的力PsPs为为 Ps=Pz-Pg-PwPs=Pz-Pg-Pw 在排水降压初期在排水降压初期,Pw,Pw急剧降低急剧降低,Pz,Pz维持恒定维持恒定,PgPg可以忽略可以忽略,导致导致PsPs增加增加,即作用在煤层基质上即作用在煤层基质上的
8、有效压力增大的有效压力增大;随着排采进一步深入随着排采进一步深入,井筒内井筒内液面较稳定液面较稳定,Pw,Pw基本维持恒定基本维持恒定,解吸半径扩大解吸半径扩大,PgPg明显增大明显增大,导致导致PsPs降低。降低。因此因此,采用先增加、采用先增加、后降低有效压力的方式模拟煤层气开发的过程。后降低有效压力的方式模拟煤层气开发的过程。二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟2.2.渗透率变化物理模拟渗透率变化物理模拟 2.1 2.1 实验样品及实验方法实验样品及实验方法 实验样品取自沁水盆地南部高煤阶实验样品取自沁水盆地南部高煤阶3 3号煤号煤层层,3,3块干煤样孔隙
9、度为块干煤样孔隙度为2.90%2.90%5.05%,5.05%,煤岩原始煤岩原始渗透率为渗透率为(0.015(0.0152.880)102.880)10-3-3mm2 2。煤芯的受力分析表明煤芯的受力分析表明,围压围压P P可以直接表征可以直接表征煤基质的有效压力煤基质的有效压力Ps,Ps,因此因此,改变煤样的净围压改变煤样的净围压能够模拟地层有效压力的变化。实验中能够模拟地层有效压力的变化。实验中,测量测量渗透率随围压变化的情况并分析储层应力敏感渗透率随围压变化的情况并分析储层应力敏感的程度。的程度。二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟2.2.渗透率变化物理模
10、拟渗透率变化物理模拟 2.2 2.2 实验结果实验结果 实验结果表明实验结果表明:(1)(1)储层渗透性呈不对称储层渗透性呈不对称“U”U”型变化规律。随型变化规律。随着围压的增加着围压的增加,煤样渗透率逐渐降低煤样渗透率逐渐降低,围压恢围压恢复过程中复过程中,渗透率有所恢复。例如渗透率有所恢复。例如2 2号岩芯号岩芯,当当有效压力增加到有效压力增加到10MPa10MPa时时,岩样渗透率仅为初始岩样渗透率仅为初始渗透率的渗透率的1.6%;1.6%;实验结果表明实验结果表明:(2)(2)初始渗透率越低的样品初始渗透率越低的样品,渗透率的降低幅度相渗透率的降低幅度相对越大。这说明原始渗透率越差的储
11、层对越大。这说明原始渗透率越差的储层,受到受到的伤害也越严重。的伤害也越严重。实验结果表明实验结果表明:(3)(3)当有效压力降低以后当有效压力降低以后,煤岩样品的渗透率有所煤岩样品的渗透率有所恢复恢复,但是不能恢复到原始水平但是不能恢复到原始水平,渗透率降低渗透率降低幅度均高于幅度均高于50%,50%,相对于应力敏感性最强的阶段相对于应力敏感性最强的阶段,渗透率增大到渗透率增大到4 46 6倍倍,煤储层物性得到明显改善。煤储层物性得到明显改善。二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟 实验结果证明实验结果证明,煤层气藏孔隙变形具有塑煤层气藏孔隙变形具有塑性变形的特
12、征性变形的特征,裂隙闭合后在卸压过程中不易裂隙闭合后在卸压过程中不易恢复张开恢复张开,其储层应力敏感性具有明显的不可其储层应力敏感性具有明显的不可逆性逆性,不可逆程度高于不可逆程度高于50%50%。在开发过程中。在开发过程中,初初期应力敏感性占主导地位期应力敏感性占主导地位,储层渗透性显著降储层渗透性显著降低低,随着开发进程深入随着开发进程深入,基质收缩效应逐步增基质收缩效应逐步增强强,储层渗透性逐渐恢复。储层渗透性逐渐恢复。二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟 因此因此,在煤层气藏开发的初期在煤层气藏开发的初期,单纯增大单纯增大生产压差生产压差,可能会导致渗透
13、率的急剧降低可能会导致渗透率的急剧降低,影影响煤层气井产量的提高响煤层气井产量的提高;随着排采的深入进行随着排采的深入进行,储层物性开始反弹储层物性开始反弹,到气田开发中后期物性易到气田开发中后期物性易得到明显改善得到明显改善,有较好的产气条件。这要求排有较好的产气条件。这要求排采初期优化排采工作制度采初期优化排采工作制度,使压降漏斗最大程使压降漏斗最大程度进行扩展。度进行扩展。二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟 减少储层渗透性的最大降低幅度减少储层渗透性的最大降低幅度,减少渗减少渗透性降低时间透性降低时间,加快储层渗透性恢复速度加快储层渗透性恢复速度,以以及
14、有效提高储层渗透性恢复程度及有效提高储层渗透性恢复程度,对于提高煤对于提高煤层气单井产量至关重要。煤层气排采过程中层气单井产量至关重要。煤层气排采过程中,尽可能使得渗透率变化曲线尽可能使得渗透率变化曲线“缓下凹、稳抬升、缓下凹、稳抬升、抬升快、扬起高抬升快、扬起高”。三、煤储层渗透率动态变化对单井产量的影响三、煤储层渗透率动态变化对单井产量的影响 煤储层渗透率动态变化必然会导致煤层气煤储层渗透率动态变化必然会导致煤层气渗流规律及渗流量的变化渗流规律及渗流量的变化,进而影响气井的生进而影响气井的生产能力。产能力。选用选用ECLIPSEECLIPSE数值模拟软件中的煤层气双重数值模拟软件中的煤层气
15、双重介质模块介质模块,选用网格大小为选用网格大小为20m20m,20m20m,描述渗描述渗透率随地层压力降低的变化规律透率随地层压力降低的变化规律,再与主模型再与主模型ECLIPSE100ECLIPSE100耦合进行模拟计算，分析煤储层渗耦合进行模拟计算，分析煤储层渗透率动态变化对单井产量的影响。透率动态变化对单井产量的影响。从模拟结果可以看出从模拟结果可以看出,在相同的生产压差在相同的生产压差下下,如果考虑煤储层渗透率动态变化如果考虑煤储层渗透率动态变化,产气量产气量明显减少，在生产压差达到明显减少，在生产压差达到5 MPa5 MPa时时,气井累计气井累计产量减少产量减少20%20%以上。以
16、上。四、结论四、结论 (1)(1)储层渗透性在开发过程中呈不对称储层渗透性在开发过程中呈不对称“U”U”型变化规律型变化规律,开发初期应力敏感性占主导地位开发初期应力敏感性占主导地位,储层渗透性显著降低储层渗透性显著降低,随着开发进程深入随着开发进程深入,基质基质收缩效应逐步增强收缩效应逐步增强,储层渗透性逐渐恢复。当有储层渗透性逐渐恢复。当有效压力从效压力从2MPa 2MPa 增加到增加到10MPa,10MPa,其气相渗透率降低其气相渗透率降低到不足原始渗透率到不足原始渗透率10%10%。有效应力降低以后。有效应力降低以后,煤煤岩渗透率有所恢复岩渗透率有所恢复,但均不能恢复到原始水平。但均不能恢复到原始水平。(2)(2)煤储层渗透性动态变化对煤层气井产能煤储层渗透性动态变化对煤层气井产能产生明显的不利影响。在排采过程中产生明显的不利影响。在排采过程中,尽可能使尽可能使得渗透率变化曲线得渗透率变化曲线“缓下凹、稳抬升、抬升快、缓下凹、稳抬升、抬升快、扬起高扬起高”,使压降漏斗最大程度扩展开使压降漏斗最大程度扩展开,而不能而不能快速降低井底压力。快速降低井底压力。
