模拟煤层气储层条件下煤岩渗透性实验研究
模拟煤层气储层条件下煤岩渗透性实验研究
１ 实验设 计
选 取 山西 沁水 盆地 ３ 煤作 为 实 验 岩 心 ， 煤 岩 ＃ 沿 面 割理 方 向钻取 直径 为 ２ ｍ、８ｍｌ的煤 心 ， ５ｍ ３ ｉ ｌ 采用
无 吸附 现 象 的 氦 气 （ 度 ９ ． ９ ％ ） 甲 烷 （ 度 纯 ９９６ 及 纯
从 图 １ 以看 出 ， 可 当采用 甲烷作 为 实验介 质时 ， 在孔 隙压 力 相 同 的条 件 下 ， 围压 越 大 ， 层 煤 岩 的 储 渗透 率越 低 。分 析 其 原 因 主要 是 随着 围压 的增 大 ， 储层煤 岩 被 压 实 ， 缝 张 开 度 变 小 ， 透 率 减 小 。 裂 渗 在任 意 围压 条 件 下 ， 随着 孔 隙 压 力 的 降低 ， 层 煤 储 岩渗 透 率 呈 现 先 减 小 后 变 大 的 趋 势 ， 析 其 原 因 分 是， 在孔 隙压 力下 降 的初期 ， 隙 压力 减 小 ， 效 应 孔 有 力增 大 ， 裂缝 张开 度 变 小 ， 现 为 渗透 率 减 小 ， 表 当压 力 下 降至 临界解 吸压 力 时 ， 层 煤 岩基 质 中 吸附 的 储
摘
要
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。 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｝ 岩的裂缝体积压缩系数范 围。研究表明 ， ｝ 煤 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 。
图 ３ 裂 缝 体 积压 缩 系数 与 孔 隙压 力 关 系 曲线 （ 甲烷 ）
时， 在孔 隙压力 相 同的条 件 下 ， 围压 越 大 ， 储层 煤 岩 的渗透 率越低 ， 透 率 随 着 围压 的增 大 而减 小 。 因 渗 为氦气 不具 有被 吸 附性 ， 涉 及 降 压过 程 中储 层煤 不
两种不同实验条件下煤的吸附性能研究'
两种不同实验条件下煤的吸附性能研究摘要煤具有较大的比表面和较强的吸附甲烷气体的能力，而等温吸附曲线是描述在一定条件下煤对气体的吸附(解吸)的能力、进行煤层地质评价、试采措施及储量评估的重要资料。
文章结合目前国内各位学者对煤层气吸附机理研究的各种资料，从实验角度，研究两种不同实验条件下煤的吸附性能，并对煤岩等温吸附测试的实际操作方法做了进一步的探讨。
关键词煤层气平衡水空干基等温吸附煤层气作为一种新兴的清洁能源，它不同于常规天然气，具有自生自储的特点，煤既是煤层气生成的源岩，也是煤层气储存的场所。
煤具有较大的比表面和较强的吸附气体的能力，煤岩在演变过程中生成的甲烷气体除一部分逸散到其它地方外，在压力作用下也会有一部分被煤岩本身所吸附[1]。
这种吸附是通过范德华力实现并遵守Langmuir定律，是可逆的。
即在一定条件下，被吸附的气体可以从煤表面解吸进入游离状态，煤对气体吸附的可逆性使得煤层气的开发成为可能。
利用等温吸附曲线可以确定吸附气的临界解吸压力、估计煤岩最大吸附量、预测气体采收率等，是煤储层评价中非常重要的参数曲线[2]。
一、实验理论依据根据Langmuir方程，气体在每克固体表面的吸附量取决于气体的性质、固体表面的性质、吸附平衡的温度以及吸附质的平衡压力，当给定了吸附剂、吸附质和平衡温度后，吸附量就只是吸附质的平衡压力的函数，由吸附量对压力作图得到的曲线称为等温吸附线。
煤的等温吸附曲线反映了不同煤岩对甲烷气体的吸附(解吸)特征和能力。
V L——为兰氏体积，代表最大吸附能力，其物理意义是：在给定的温度下，煤吸附甲烷达到饱和时的吸附量；P L——为兰氏压力，为解吸速度常数与吸附速度常数的比值，反映煤的内表面对气体的吸附能力。
Langmuir方程形式简单，使用方便，易于应用，而且两个常数V L和P L物理意义比较明确，是计算吸附量的基础。
煤岩在演变过程中生成煤层气主要以吸附态和自由态存在于煤层基质孔隙中，对于欠饱和煤层，基质孔隙中只有吸附气；而对于饱和煤层，基质孔隙中不仅有吸附气，还有自由气。
煤层气储层特征研究分解
欠饱和的
饱和煤层（A）含有最大的气含量， 这在理论上是可能的，如由实验室确定 的等温吸附曲线所定义的。在开始脱水 和压力下降时，气生产立即开始。
欠饱和煤层（B）含有比煤层可能吸 附量要少的甲烷，由于先前发生过脱气事 件。为了使气产气甚至需要几年的时间进 行脱水和降压，而最终的储力
超压——煤层气井喷
三、储层的空隙压力与原地应力
2、煤层气瓦斯压力
煤层气（瓦斯） 压力是指在煤田勘探钻孔或煤矿矿井中测得的煤 层孔隙中的气体压力。煤储层试井测得储层压力是水压，二者的测试 条件和测试方法明显不同。煤储层压力是水压和气压的总和，在封闭 体系中，储层压力中水压等于气压；在开发体系中，储层压力等于水 压与气压之和。
同一煤样吸附不同气体：CO2>CH4>N2
CH4 CO2 N2
8
10
CH4 CO2 N2
8
10
四、煤储层的吸附性
2、煤层气吸附／解吸过程的差异与解吸作用类型划分
地质条件下的煤层气吸附过程与开采条件下的煤层气解吸过程的差异对比
煤层气物理吸附
煤层气物理解吸
作用过程
吸附偶于煤的热演化生烃、排烃 人为的排水-降压-解吸过程（是一 过程之中（是一种“自发过程”） 种“被动过程”）
一、煤层气的概念
1、煤层气
煤层气是以甲烷为主要成分的矿产，是在煤化作用过程中形成、储集 在煤层及其临近岩层中的非常规天然气。
2、煤层气储层
煤层作为煤层气的源岩和储层，具有2方面的特征：一是在压力作用 下具有容纳气体的能力； 二是具有允许气体流动的能力。
二、煤储层的渗透性
1、概念
储集层的渗透性是指在一定压力差下，允许流体通过其连通孔隙的 性质，也就是说，渗透性是指岩石传导流体的能力，渗透性优劣用渗透 率表示。
《2024年煤层气定向羽状水平井开采数值模拟方法研究》范文
《煤层气定向羽状水平井开采数值模拟方法研究》篇一一、引言随着能源需求的增长和传统能源资源的日益枯竭，煤层气作为一种清洁、高效的能源资源，其开采技术及开采效率成为了国内外学者研究的热点。
煤层气定向羽状水平井技术作为一项新兴的开采技术，以其高效、低成本等优点受到了广泛的关注。
然而，煤层气赋存条件的复杂性以及地质环境的多样性使得其开采过程存在诸多不确定性。
因此，对煤层气定向羽状水平井开采进行数值模拟方法的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、煤层气概述煤层气是一种主要存在于煤层中的天然气资源，其成分以甲烷为主。
煤层气的开采对于提高煤炭采出率、减少矿井瓦斯事故、保护环境等方面具有重要意义。
然而，煤层气的赋存条件复杂，且常伴随着煤层渗透性差、储层压力低等问题，使得其开采难度较大。
三、定向羽状水平井技术定向羽状水平井技术是一种新型的煤层气开采技术，其通过在煤层中钻设多条水平分支井眼，形成羽状井网，以提高煤层气的采收率。
该技术具有以下优点：一是能够适应煤层非均质性的特点，提高采收率；二是可以降低开采成本，提高经济效益；三是能够减少对环境的影响。
四、数值模拟方法研究针对煤层气定向羽状水平井开采过程，本文提出了一种基于有限元方法的数值模拟方法。
该方法通过建立煤层气的流动模型、储层模型以及生产模型，对煤层气的流动规律、储层特性以及生产过程进行模拟。
具体步骤如下：1. 建立煤层气的流动模型。
根据煤层气的赋存条件、流动机理以及储层的非均质性等特点，建立煤层气的流动方程。
2. 建立储层模型。
根据地质资料和现场试验数据，确定储层的物理参数（如孔隙度、渗透率等），并建立储层的数值模型。
3. 建立生产模型。
根据定向羽状水平井的生产过程，建立生产模型，包括井眼轨迹、产量预测等。
4. 数值模拟。
利用有限元方法对建立的流动模型、储层模型以及生产模型进行数值模拟，得到煤层气开采过程中的压力分布、流量变化等数据。
5. 结果分析。
根据数值模拟结果，分析煤层气开采过程中的问题及优化措施，为实际开采提供指导。
煤层气储层渗透率影响因素研究
煤层气储层渗透率影响因素研究王臣君;杜敬国;梁英华【摘要】煤层气储层渗透率是煤层气开发生产的关键参数之一.在深入分析煤层气的解吸过程和煤储层孔隙特征的最新研究成果基础上,对与煤层气储层渗透率相关的主要影响因素进行了系统分析,发现:大量水排出后会形成大量与裂隙相连的孔隙,对煤层气的渗透率造成重要的影响;煤层的成熟度不仅对煤层气储层的孔隙结构造成影响,同时对孔隙表面的粗糙度也有一定的影响;克林伯格效应对煤层气储层的渗透率影响可以不在研究范围内;甲烷的溶解度随无机质离子的含量增大呈现一种先增大后减小的趋势.%The permeability of coalbed methane reservoirs is one of the key parameters of coalbed methane exploitation and production. Based on the deep analysis of the latest research results of the desorption process of coalbed methane and the pore characteristics of coal reservoirs, systematical analysis was made in this paper on the main influence factors related to the permeability of coalbed methane reservoirs, it was found that the discharge of a large amount of water would form a large number of pores connected with fractures, which would have an important influence on the permeability of coalbed methane;the maturity of coal seam not only affected the pore structure of coalbed methane reservoirs, but also the pore surface roughness; the influence of Klinkenberg effect on the permeability of coalbed methane reservoirs could be neglected; the solubility of methane showed a trend of first increase and then decrease with the increase of the inorganic ion content.【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2017(044)006【总页数】6页(P83-87,91)【关键词】煤层气;储层;渗透率;复合解吸;溶解度【作者】王臣君;杜敬国;梁英华【作者单位】华北理工大学化学工程学院,河北唐山063009;唐山中浩化工有限公司,河北唐山063611;华北理工大学化学工程学院,河北唐山063009;华北理工大学化学工程学院,河北唐山063009【正文语种】中文【中图分类】TD712面对国家能源结构调整和社会对环境保护的需求，国家相关部门对煤层气提出了更大的指导规划和更积极的财政补贴政策，使得我国煤层气勘探开发又进入一次新的发展时期。
煤储层渗透率影响因素
煤层气储层渗透率影响因素摘要：煤层气作为一种新型能源，而且我国煤层气储量丰富，因此其开采利用可以很大程度上缓解我国常规天然气需求的压力。
煤储层的渗透率是煤岩渗透流体能力大小的度量，它的大小直接制约着煤层气的勘探选区及煤层气的开采等问题。
因此掌握煤储层渗透率的研究方法及影响因素，对于指导煤层气开采具有重要的指导意义。
本文主要在前人的基础上，从裂隙系统、煤变质程度、应力及当前其他领域的技术对渗透率的研究的理论、认识及存在的问题等进行总结，对煤储层渗透率的预测有一定的理论指导意义。
Abstract: Our country is rich in the CBM which is a new resource. So the development of CBM can lighten our pressure for the requirement of conventional gas.The permeability of the coal reservoir is a measure of fluid 's osmosis permeability, restricting the exploration area and mining of CBM. Therefore, controlling the method of mining and the effect factoring has an important guiding significance for mining .This article is summarized from fracture system,the degree of coal metamorphism, stress for the theory, matters and so on of permeability 's study which is based on the achievement of others ，having a great guiding significance for the permeabilityprediction. 关键词：煤层气；渗透率；影响因素1、引言煤层气是指赋存在煤层中常常以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中或溶解在煤层水中的烃类气体[1]。
高阶煤煤层气储层裂缝发育程度及渗透性定量评价
高阶煤煤层气储层裂缝发育程度及渗透性定量评价DU Jingguo;JIANG Jianxun;HUO Zhengguang;SHEN Yunbo【摘要】Through SEM indoor experiments of coal-rock, this paper quantitatively describes the parameters of fractures such as length, width, height, density of fractures, establishes quantitative evaluation parameter for fracture permeability, and its influencing factors are studied. The results show that the advantage fracture direction is NE, while the EW direction or NW direction fractures develop in local structural complex area. And the fracture groups are mainly parallel with each other and lie in NW direction, occasional oblique in NW direction. And cross or winding fractures develop in local areas and some fractures are filled with clay mineral and calcite. The length and height of main and secondary fractures of coal rock are similar, and the width and density of secondary fractures are obviously lower than that of main fractures. The fracture permeability index proposed in this paper can effectively characterize the permeability of fractures, and the permeability increases with the increase of the fracture permeability index. When the fracture permeability index is greater than 150, it is a favorable area for CBM development. When the fracture permeability index is less than 100, it is necessary to adopt horizontal well fracturing technology to improve the development effect.%通过煤岩样品扫描电镜室内实验,描述了研究区域煤岩裂缝发育形态并定量描述了裂缝长度、宽度、高度、密度等参数,建立了裂缝渗透性定量评价指标并研究了其影响因素.结果表明,该区优势裂缝方向为NE向,但局部构造复杂区发育NW向或近EW向裂缝,裂缝组以NE向平行裂缝为主,偶见NW向斜交裂缝,局部发育交叉裂缝和曲折裂缝,裂缝局部被黏土矿物或方解石填充;煤岩主、次裂缝长度和高度基本相似,次裂缝宽度和密度值明显低于主裂缝;提出的裂缝渗透指数能够有效表征裂缝渗透性,渗透率随裂缝渗透指数增加而增加.当裂缝渗透指数大于150时,为煤层气开发有利区;当裂缝渗透指数小于100时,需要采用水平井分段压裂工艺改善开发效果.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2019(050)006【总页数】4页(P181-184)【关键词】煤层气;裂缝;裂缝渗透指数;定量评价;扫描电镜【作者】DU Jingguo;JIANG Jianxun;HUO Zhengguang;SHEN Yunbo【作者单位】College of Mining Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan 063210, China;College of Oil and Natural Gas Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China;College of Oil and Natural Gas Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China;CNPC Changqing Oil field Company No. 2 Oil Production Plant, Qingyang 745199, China;Gas Field Development Department, Petro China Changqing Oil Field Company, Xi’an 710018, China【正文语种】中文【中图分类】TD713煤储层基质渗透率极低[1]，但割理、裂缝发育，非均质性强，对煤层气井压裂、排采均有重要的影响。
高煤阶煤层气储层动态渗透率特征及其对煤层气产量的影响
ｉｓｅ ｆ ｃ ｎ ｔ ｅ ｃ ａ ｂｅ ｅ ｈａ ｕ ｐｕ ｔ ｆ ｅ ｔｏ ｈ ｏ ｌ ｄ ｍ ｔ ｎｅ ｏ ｔ ｔ
ＣＨＥＮ ｈ ｎ ｏ ｇ ＣＨ ＥＮ ｎ ｅ ｇ ＹＡＮＧ ｉｏ ｈ ｎ ＤＥ Ｚ ｅｈ ｎ Ｙａ ｐ ｎ Ｊａ ｓ ｅ ｇ ＮＧ ｅ ＺＨＡＯ ｈ ｎ Ｗ ＡＮＧ Ｙｉ ｉ ｇ Ｚ Ｙｕ ｏ ｇ ｂｎ
＿＿ ＿ ＿
＿ 一
口同Βιβλιοθήκη 煤 阶煤 层 气 储 层 动 态 渗 透 率 特 征 及 其对 煤 层 气 产 量 的 影 响
陈 振 宏 陈 艳 鹏 杨 焦 生 邓 泽 赵 玉 红 王 一 兵
（ 国石 油 勘探 开发 研 究 院 廊 坊分 院 中 河北廊坊 ０５０） ６ ０ ７
摘 要 ：通 过 开展 干样 煤 储 层 地 质 效 应 实 验 ， 合 数 值 模 拟 方 法 ， 究 了煤 储 层 渗 透 率 动 态 变 化 特 征 及 其对 煤 层 气 井 产 能 的 影 响 结 研
ｗａｓｄｏ ｉ ｎ ｔｔ ｅ ｂ ｇｉｎｉ ｎｄｔ ｅ ｍ ａ ｒｘ ｓ ｉ ｋａ ｅ ｅ ｆｃ ｎ ｒ ａｓ ｄ ｇｒ ｄｕ ｌｙ ａ ｈｅｄｅ ｅｏ ｍ ｎａ ｔａ ｈ ｅ ｎ ｎｇ ａ ｈ ｔ ｉ ｈｒｎ ｇ ｆｅ ｔｉｃ ｅ ｅ ａ ａ ｌ ｓｔ ｖ ｌｐｍ ｅ ｏｃ ｅ ｅ ｎｔｐｒ ｅ ｄ ｄ Ｔｈｅｇ ｓ ｐ ｒ ｅ ｂｉ — ａ ｅｍ ａ ｌ ｉ
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1 2
， 是一个与其内部裂缝孔隙空间
相关联的函数， 为了精确的预测煤层气生产过程中 必须先知道储层煤岩的初始渗透率值 产能的变化， — —即 和煤层气生产过程中裂缝体积的变化状态 — 裂缝体积压缩系数。 结合 seiddle，1992 年推导煤岩渗透率理论公 式
［6 ］
， 分析实验得到的煤岩渗透率， 可以反推得到
第 12 卷 第 11 期 2012 年 4 月 1671 — 1815 （ 2012 ） 11-2543-03
科
学
技
术
与
工
程
Science Technology and Engineering
Vol. 12 No. 11 Apr． 2012 2012 Sci. Tech. Engrg.
矿冶技术
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Shi Jiquan，Durucan S. A model for changes in coalbed permeability
Experiment Study of Coal Permeability under Simulating insitu Coalbed Methane Reservoir
从图 1 可以看出， 当采用甲烷作为实验介质时， 在孔隙压力相同的条件下， 围压越大， 储层煤岩的 渗透率越低。分析其原因主要是随着围压的增大， 储层煤岩 被 压 实， 裂 缝 张 开 度 变 小， 渗 透 率 减 小。 在任意围压条件下， 随着孔隙压力的降低， 储层煤 岩渗透率 呈 现 先 减 小 后 变 大 的 趋 势， 分析其原因 是， 在孔隙压力下降的初期， 孔隙压力减小， 有效应 力增大， 裂缝张开度变小， 表现为渗透率减小， 当压 力下降至临界解吸压力时， 储层煤岩基质中吸附的 甲烷气开始大量解吸出来， 表现为基质收缩， 储层
从图 2 可以看出， 当采用氦气作为实验介质 在孔隙压力相同的条件下， 围压越大， 储层煤岩 时， 的渗透率越低， 渗透率随着围压的增大而减小。 因 为氦气不具有被吸附性， 不涉及降压过程中储层煤 岩基质内甲烷气的解吸而引起的基质收缩问题 ， 在 孔隙压力降低过程中渗透率不存在先减小后增大 的现象。 2. 2 煤岩裂缝体积压缩系数范围的确定 储层煤岩为双孔介质结构， 基质中的孔隙空间 对整个煤岩的气体流通性贡献不大， 煤岩中气体的 因此对煤岩渗 流动通道主要为裂缝系统孔隙空间， 透率敏感性起主要作用的孔隙体积压缩系数需要 用裂缝体积压缩系数来表示。 一般采用以下公式 来描述储层煤岩的裂缝体积压缩系数 ： Cf = 1 V p 。 V p p
［ Abstract］ Unique coal cleat system make the permeability of the coalbed methane reservoir different with the conventional sandstone reservoirs，using #3 coal of Qinshui as an experimental core，experimental study coal permeability under the confining pressure and pore pressure，obtain the range of fracture system pore volume compressibility. The results show that the variation tendency of coal permeability is different with the pore pressure reduced if the experimental fluid medium is different； fracture system pore volume compressibility of coalbed methane reservoir is not a constant value in the whole production process. ［ Key words］ coal permeability porous medium fracture system pore volume compressibility 檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸 （ 上接第 2527 页）
［ Abstract］ The double porous medium that is a medium between pore and fracture is selected as an object of study. The inductive stress model of thermal field is built，as well as the mathematical model of porosity and rock matrix strain. Based on the Terzaghi effective stress principle，the stress distribution model is built which is the relationship of temperature，liquid and rock skeleton during period of waterflood exploitation. The processes are considered，which are deformation，nucleation and growing of pore and fracture that are induced by stress of injection pressure and injection temperature field stress. The damage variable is defined by strain porosity. The constitutional equation of double pore medium saturated liquidsolid is set up where the Gurson Tvergaard Needleman cylindric representative volume element （ RVE ） is taken as plastic yielding function. Take some well in one oil field，the result is concluded form numerical simulation of finite element software，which are induced stresses of thermal field and waterflood pressure and rock stress distribution rule，together with evolving regulations of stress and damage variable and strain porosity. The new model provides new research method and theoretical base for reservoir pore and fracture change in period of waterflood exploration. ［ Key words］ damage fluidsolid coupling pore pressure injectionproduction relationship Gurson representative volume element double pore medium
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 。 关键词 煤岩渗透率 TD841. 2 ； 双重介质 裂缝体积压缩系数 文献标志码 A 中图法分类号
渗透率作为衡量多孔介质允许流体通过能力 直接影响煤层气井钻完井方式及增产 的一项指标， 激励措施的选择和设计
［1 ］
2
2. 1
实验研究
不同围压下煤岩渗透率测定实验
。 对煤层气井的排水降
压起着控制作用， 是控制煤层气井产量动态变化、 影响煤层气产出量高低的主要因素， 其在确定煤层 气井最优井距和优化储层动态管理方面也十分重 要。由于煤储层自身特有的割理系统及基质、 孔隙 所构成的双重孔隙结构
Study on Thermal Deterioration Model of Liquid and Solid in Double Porous Medium Rock Matrix with Unsaturated Twophase Flow
2 WEI Changlin1 ，QI Yue1，
（ The University of Northeast Petroleum1 ，Daqing 163318 ， P． R． China； Drilling Engineering Technology Research Insititute Daqing Drilling and Exploration P． R． China） Engineering Company2 ，Daqing 163413 ，
考
文
献
山西沁水盆地 3 # 煤层的裂缝体积压缩系数的范围 值。渗透率模型表示如下： k / k0 = exp［－ 3 C f （ σ － σ0 ） ］ 。
Ramaswamy S. Selection of best drilling，completion and stimulation methods for coalbed methane reservoirs. Texas A＆M University， 2007 宋 岩， 张新民 . 煤层气成藏机制及经济开采理论基础 . 北京：