有效应力作用下高阶煤储层渗透率规律研究

摘要

煤层气赋存于煤层中,煤层的渗透性严重影响煤层气的开发。一般采用排水降压的开采方式,随着煤层生产水的排出,储层压力降低,煤层有效应力发生变化,从而影响煤层渗透性,影响煤层气的开采。本文在前人煤储层渗透性研究的基础上,通过煤岩渗透率实验和数学分析的方法,找出了煤层渗透率随有效应力变化的规律。
　　 本文首先分析了不同煤阶煤层的特点,并总结了四种最为经典的煤层渗透率模型,同时采用沁水盆地某煤层气井的煤岩参数对四种渗透率模型进行了分析,结果表明:高煤阶煤层渗透性差,随着储层压力的降低,有效应力增加,P&M模型、S-D模型和汪-张模型的渗透率降低,且与试井渗透率比较发现,考虑基质收缩系数cm和裂隙压缩系数cf的汪-张模型渗透率更接近试井渗透率,精确性最好。
　　 此后,采用MTS815.03电液伺服岩石实验系统对鲍店3＃煤和沁水盆地15#煤进行了渗透性实验,进一步验证了煤岩类型、煤阶、应力应变条件等对煤储层渗透性的影响,结果表明:鲍店3#煤等中低煤阶煤的物性较好,呈脆性,渗透率普遍较高,渗透率随应力变化呈正相关性,变化规律简单;而沁水盆地15#煤等高阶煤的物性较差,塑性明显,渗透率普遍较低,渗透率-应力变化特征较为复杂。而且两种煤岩在全应力应变过程中,不同阶段的渗透率变化也不相同。而同种煤岩的围压越大,渗透率则越小。
　　 在实验的基础上,通过沁水盆地高煤阶煤岩的实验数据,分析了有效水平应力与渗透率的变化规律:随着储层压力的降低,有效应力增加,渗透率减小,并应用相关理论和实验数据修正了汪-张渗透率模型,同时用修正的模型分析了“五段三压法”中产水、产气量的变化,验证了修正模型的适用性。