煤层气渗流特征研究——以韩城地区3号、5号煤层为例

摘要

煤层气在成藏、赋存、渗流方面都不同于常规油气，开采方式与常规油气也有明显不同。由于技术所限，煤层气开发在我国还处于起步阶段，国内对这方面的研究还较少，对煤层气开采的许多关键技术还需要进一步进行研究。特别是对煤层中煤层气的赋存、渗流机理等方面的认识仍然不足，这些都制约了对煤层气经济、有效地开发。所以，探讨煤层气开采过程中渗流问题的规律和特征，对煤层气开采技术的发展有着重大的理论和现实意义。
　　本文通过收集研究区已有的煤层基本数据，包括岩性特征、地质特征、孔隙结构特征、裂缝割理特征等的资料收集，对该区进行了全面系统的分析和认识；通过大量实验研究了在不同条件下对煤层气储层渗透率的影响规律以及不同气体通过煤层气储层的渗透率对比分析；并通过实验得到了煤层气、水两相渗流曲线特征。通过研究得到了以下主要认识：
　　（1）韩城地区3＃煤与5＃煤主要粘土矿物类型为高岭石，3＃煤全部为高岭石，5＃煤还含有少量伊利石，平均为12.67％。高岭石含量平均为87.33％。
　　（2）韩城地区3＃、5＃煤层深度小于500m，煤层厚度小于10m，3＃煤储层压力2.80MPa，5＃煤储层压力2.39MPa，压力梯度6-9kPa/m(<9.30kPa/m)，压力系数0.6～0.8，具有欠压储层特点。渗透率为0.1～10mD，为低渗储层。储层温度25℃左右，破裂压力7～9MPa，闭合压力5～8MPa。总的来看，该区煤层的渗透性比较好，有利于气体的渗流。
　　（3）在煤层气渗流实验中，不同的气体在煤层试样中的渗流能力有所不同，再考虑到煤层试样对不同气体的吸附能力也不相同，通过实验测得的氮气渗透率最高，二氧化碳最小，而甲烷气体居于中间。
　　（4）在煤层气渗流实验中，气体在定压力条件下，考虑到煤层试样对不同气体的吸附能力不同，则不同气体气测渗透率所需要稳定的时间也不相同，在较低的气体压力下（0.1MPa），3＃煤层试样氮气测稳定所需要的时间最短平均为15min左右，二氧化碳测稳定所需要的时间最长平均为45min左右，甲烷需要的平均时间为25min左右；5＃煤层试样，氮气测稳定所需要的时间最短为5min以内，二氧化碳测稳定所需要的时间最长为50min左右，甲烷需要的平均时间为20min左右。
　　（5）在煤层气渗流实验中，不同的温度条件下也会对气测渗透率的值有影响，温度越高，渗透率值越高；温度从5℃上升到15℃，最终测得的渗透率提高了37.7％。
　　（6）在模拟原始煤层气开采过程的实验中得到：煤层中水的存在会对煤层气的开采造成严重的影响，不同的气体在同一饱和压力下，收集到气量与吸附能力有关，吸附能力最强的二氧化碳气体排出的气量最多，氮气最少。
　　（7）在煤层气、水两相渗流实验中，同一块煤岩心，注入甲烷气体时，在不同的注入压力下得到的气水两相相对渗透率曲线变化趋势大致相同，随着气体注入压力的增加，气相相对对渗透率变化速度较快；当注入压力增大到一定程度时，破坏了束缚的堵塞，某些小孔隙中的地层水也可以参与流动，表现为两相流区域相应的增大。当驱替压力从0.2MPa提升到0.6MPa时，3＃煤层的1-12号岩样气水两相区增加了14.9％，5＃煤层的2-16号岩样气水两相区增加了11.4％。
　　本文的研究结果为该区煤层气的开发提供了理论基础。

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第一章 绪论

1.1 研究的目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容及技术路线

1.4 主要研究成果及创新点

第二章 煤层气储层基本特征

2.1 研究区煤层气勘探开发现状

2.2 研究区煤层的地质特征

2.3 煤储层流体性质

2.4 煤层气储层润湿性

2.5 煤层气储层吸附特征

2.6 煤层气储层含气性

2.7 煤层气储层压力与温度

第三章 煤层气渗流理论及其研究进展

3.1 基本渗流理论

3.2 渗流理论研究进展

3.3 本章小结

第四章 煤层气单相渗流特征实验研究

4.1 实验准备及实验装置

4.2 基本渗流规律实验研究

4.3 本章小结

第五章 煤层气、水两相渗流特征实验研究

5.1 实验的原理及理论依据

5.2 实验准备

5.3 实验方法

5.4 实验煤层试样参数

5.5 实验结果分析

5.6 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文