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1、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,汇报人：高 为 导 师：桑树勋 教授 2011.4.10,一、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, 煤层中流体不断产出, 流体压力下降, 引起煤层应力的持续变化从而导致煤储层物性改变, 严重影响煤层渗透性和气/水流动, 煤层气难以解吸, 单井产量达不到理想状态。 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、提高单井产量有着重要意义。,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
2、分为3个阶段: 阶段：排采初期, 煤层主要产水, 同时伴随有 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,煤层气在开发过程中产量变化一般分为3 个阶段: 阶段：当煤层降至临界解吸压力以下时, 煤层 甲烷分子迅速解吸, 然后扩散到裂隙中, 表现为产气量逐渐增大, 产水量逐渐减 小;,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3 个阶段: 阶段：随着采出水量的增加、生产压差的进一 步增大, 煤层中含水饱和度相对降低, 变为以产气为主, 并逐渐达到产气高峰, 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，其渗透率主要受应力敏感性、
3、基质收缩和克林肯伯格效应的综合影响。 应力敏感性：排水、采气过程引起煤层孔隙内流体压力下降后,煤层骨架所承受的有效覆压增加,储层受到压缩,基质孔隙变小、天然微裂缝闭合,导致渗透率下降的现象。 基质收缩：煤层气的解吸产出造成煤基质收缩, 孔、裂隙空间扩大, 渗透率增大。 克林肯伯格效应：在渗透率较低,气体分子自由流动的平局展布与通道展布一致时,气体分子会与通道壁发生碰撞,而促进达西流动的效应。,综上可知： 在煤层气开发初期单相流阶段：随着煤层水的排出,有效应力效应导致煤储层裂隙宽度变窄,渗透率降低; 当储层压力降到临界解析压力之下：煤层气开始解吸,煤基质收缩效应逐渐加强,使得裂隙变宽,渗透率出现
4、反弹; 在开发后期,储层压力已降至较低水平：低压条件下气体克林肯伯格效应更加明显,有利于改善煤储层渗透率.,二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟,1.原地受力分析 煤层在水平方向上受水平压力的作用, 一般小于垂向压力。在煤层中任意选择一个水平面, 在平面垂向上煤层受4 个力: 向下的上覆地层压力Pz ; 向上的气体压力Pg ; 向上的煤基质承受的力Ps ; 向上的裂隙系统内水的压力Pw.,二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟,由受力分析可得： 煤基质承受的力Ps为 Ps = Pz - Pg - Pw 在排水降压初期,Pw急剧降低, Pz维持恒定, Pg可以忽略, 导致Ps增加, 即作用在煤层基质上
5、的有效压力增大; 随着排采进一步深入, 井筒内液面较稳定,Pw基本维持恒定, 解吸半径扩大, Pg明显增大, 导致Ps降低。因此, 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。,二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟,2.渗透率变化物理模拟 2.1 实验样品及实验方法 实验样品取自沁水盆地南部高煤阶3号煤层,3块干煤样孔隙度为2.90%5.05% ,煤岩原始渗透率为(0.0152.880)10-3m2。 煤芯的受力分析表明, 围压P可以直接表征煤基质的有效压力Ps, 因此,改变煤样的净围压能够模拟地层有效压力的变化。实验中, 测量渗透率随围压变化的情况并分析储层应力敏感的程度。,二、煤储
6、层渗透率动态变化的物理模拟,2.渗透率变化物理模拟 2.2 实验结果,实验结果表明: (1)储层渗透性呈不对称“ U ”型变化规律。随着围压的增加, 煤样渗透率逐渐降低, 围压恢复过程中,渗透率有所恢复。例如2号岩芯, 当有效压力增加到10MPa时, 岩样渗透率仅为初始渗透率的1.6%;,实验结果表明: (2)初始渗透率越低的样品, 渗透率的降低幅度相对越大。这说明原始渗透率越差的储层, 受到的伤害也越严重。,实验结果表明: (3)当有效压力降低以后, 煤岩样品的渗透率有所恢复, 但是不能恢复到原始水平, 渗透率降低幅度均高于50%,相对于应力敏感性最强的阶段, 渗透率增大到46倍,煤储层物性
7、得到明显改善。,二、煤储层渗透率动态变化的物理模拟,实验结果证明, 煤层气藏孔隙变形具有塑性变形的特征, 裂隙闭合后在卸压过程中不易恢复张开, 其储层应力敏感性具有明显的不可逆性, 不可逆程度高于50%。在开发过程中, 初期应力敏感性占主导地位, 储层渗透性显著降低, 随着开发进程深入, 基质收缩效应逐步增强, 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,因此, 在煤层气藏开发的初期, 单纯增大生产压差, 可能会导致渗透率的急剧降低, 影响煤层气井产量的提高; 随着排采的深入进行, 储层物性开始反弹, 到气田开发中后期物性易得到明显改善, 有较好的产气条件。这要求排采初期优化排采
8、工作制度, 使压降漏斗最大程度进行扩展。,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, 减少渗透性降低时间, 加快储层渗透性恢复速度, 以及有效提高储层渗透性恢复程度, 对于提高煤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“缓下凹、稳抬升、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,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, 进而影响气井的生产能力。 选用ECLIPSE数值模拟软件中的煤层气双重介质模块, 选用网格大小为20m20m, 描述渗透率随地层压力降低的变化规律, 再与主模型ECLIPSE100耦合进行模
9、拟计算，分析煤储层渗透率动态变化对单井产量的影响。,从模拟结果可以看出, 在相同的生产压差下, 如果考虑煤储层渗透率动态变化, 产气量明显减少，在生产压差达到5 MPa时, 气井累计产量减少20%以上。,四、结论,(1) 储层渗透性在开发过程中呈不对称“U”型变化规律, 开发初期应力敏感性占主导地位, 储层渗透性显著降低, 随着开发进程深入, 基质收缩效应逐步增强, 储层渗透性逐渐恢复。当有效压力从2MPa 增加到10MPa, 其气相渗透率降低到不足原始渗透率10%。有效应力降低以后, 煤岩渗透率有所恢复, 但均不能恢复到原始水平。 (2) 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, 尽可能使得渗透率变化曲线“缓下凹、稳抬升、抬升快、扬起高”,使压降漏斗最大程度扩展开, 而不能快速降低井底压力。,谢 谢 大 家 欢 迎 指 点,