煤层渗透率影响因素综述与分析
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]。
沁水盆地煤储层渗透率影响因素研究
c σ −3 ⋅ fe
0
式中： k ——给定应力条件下的渗透率
KB0B——原始渗透率
2——2
c ——煤的孔隙压缩系数 f
όBeB——有效应力
e ——为自然对数底，约为 2.71828。
所以在某一地区范围内，可以通过地应力状态，对煤层渗透率进行估计。 根据沁水盆地内有效应力与渗透率的关系曲线，本文引入“临界应力状态”对有效应 力对渗透率的影响规律加以说明。所谓的临界应力状态是指煤在发生形变且未发生大规模断 裂的范围内所能承受的最的载荷应力。据此我们对图 1 作如下的的解释：
图 1 沁水盆地的应力示意图
造条件较为复杂，盆地内煤储层渗
透率变化较大。对盆地内煤层渗透率的研究难度较大，本文主要从影响煤储层渗透率的内、
外因素进行探讨，希望能够给以后的煤层气开发工作以借鉴性作用。
1 影响渗透率的内在因素
影响煤储层渗透性的内部因素主要表现为煤体结构以及煤体本身的割理发育情况。因 为割理的发育对煤层渗透性起着决定性作用。割理的发育取决煤岩的力学性质，煤阶、煤体 结构等对割理的发育也有一定的影响。所以对煤储层渗透性的内部影响因素的研究，主要是 对割理的研究。
从表中可见，惰质组含量高的煤层不利于割理的发育和连通，镜质组含量高的煤层，割 理发育，连通好。 1.2.2 矿物质的影响
矿物质比有机质硬度大，大多以不均匀的状态赋存于煤层中，含矿物质多的地方，煤的 光泽黯淡⑥。暗淡区的割理发育程度低于光亮区，从微观—宏观都常见到光亮煤割理宽、数 量多，而暗淡煤割理窄、数量少的现象，矿物质在一定条件下不利于割理的发育。 1.2.3 煤相对割理影响
煤储层中有三种主要流体充填煤的割理系统⑦，即：（1）煤化作用过程中产生的有机 流体：（2）岩浆热液所携带的气液挥发物；（3）含无机沉淀物的地下水。通常，含无机沉淀 物的地下水对煤层的割理系统的危害最为严重和广泛。
煤层气储层渗透性影响因素分析
煤层天然裂隙系统在某种程度上是渗透率的重 要影响因素， 一旦天然裂隙发育好， 煤层渗透率就 好， 其它因素如煤岩类型、 煤质、 煤级等均为次要作 ［4 ］ 。 用 总体来讲， 裂隙延伸方向、 裂隙宽度、 密度、 裂隙 的发育程度是影响煤储层高渗区分布的关键特征 。 裂隙延伸方向上渗透率较高， 裂隙宽度越大、 密度越 大、 连通性越好， 渗透率越高， 越利于流体的渗流， 这 对煤层气可采性评价有极其重要的指导意义 。
3
煤变质程度
煤变质作用指由褐煤转变为烟煤 、 无烟煤、 超无 烟煤的物理化学作用。煤变质的范围是从褐煤到石 压力和时间长期作用 墨的演变。煤的变质是温度、 的结果， 其中温度是煤变质的主导因素， 在煤的埋藏 过程中， 温度加速化学煤化作用， 而压力可以促进物 ， 理结构煤化作用 时间无疑是煤变质的因素之一。 煤变质作用是促使煤中显微裂隙和内生裂隙发育的 重要外部因素， 煤变质作用可使煤中孔隙产生次生 变化， 也可经过煤层中孔隙、 裂隙的发育改变煤的机 进而对其渗透性产生影响。 一般低变 械力学性质， 质和高变质程度的煤割理欠发育 ， 渗透性差； 中变质 程度的煤割理发育， 渗透性好。 Ammosov 等在研究割理密度与煤级之间的关系 割理密度从褐煤向烟煤 （ 肥煤、 焦煤 ） 方向 时发现， 增大， 而从烟煤向无烟煤方向减小， 呈正态分布， 即 低变质和高变质程度的煤割理欠发育， 中变质程度 ［8 ］ 的煤割理发育 。 但 Law 在对阿伯拉契亚盆地群 和落矶山盆地群的研究中发现， 从褐煤到无烟煤阶
gray认为由于煤层气解吸时煤基质会收缩使得裂隙扩张从而导致煤层渗透率的增大力减小时煤层气解吸煤基质体积减小且煤基质体应变与解吸的气体量呈线性关系和chen通过室内试验研究了与解吸有Байду номын сангаас的煤岩体基质体积变化后得出解吸引起的煤基质收缩变化远大于基质的压缩率juan盆地的现场实测数据验证了基质收缩理论的正确性煤层气开发过程中随着气水介质的排出煤基质发生收缩由于煤基质在侧向上受围压限制因此煤基质的收缩不可能引起煤层整体的水平应变只能沿裂隙发生局部侧向应变造成裂缝宽度增加渗透率增高
煤层气储层渗透率动态变化规律研究综述
第 ２ 期
非
常
规
油
气
Ｖｏ Ｉ ． ４ ＮＯ ． ２
Ａｐ ｒ ． ２ ０１ ７
２ ０ １ ７年 ４月
ＵＮＣ ０ＮＶＥＮＴＯＮＡＬ ０Ｉ Ｌ ＆ ＧＡＳ
煤 层 气 储 层 渗 透 率 动态 变化 规律 研 究 综 述
尹锦涛 ， 孙建博 ， 刘 刚 ， 徐 杰
（ 陕西 延 长 石 油（ 集 团） 有 限责 任 公 司研 究 院 ， 陕 西 西 安 ７ １ ０ ０ ７ ５ ）
（ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｙａ ｎ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ Ｐｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ （ Ｇｒ ｏ ｕ ｐ）Ｃ ｏ ． ，Ｌｔ ｄ ．，Ｘｉ ａ ＇ ｎ，Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ ７ １ ０ ０ ７ ５，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
征 的实 际情 况 ， 细化各种参数研 究。 关键 词 ： 煤层气 ； 渗透率 ； 动态变化 ； 模 型
中图分类号 ： Ｐ ６ １ ８ ． １ ３ 文献标识码 ： Ａ
Ｌｉ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｒｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ Ｐｅ ｒ ｍｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ｄｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｅ Ｌａ ｗ ｉ ｎ ＣＢＭ Ｒｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ Ｙｉ ｎ Ｊ ｉ ｎ ｔ ａ ｏ ，Ｓ ｕ ｎ Ｊ ｉ ａ ｎ ｂ ｏ，Ｌｉ ｕ Ｇａ ｎ ｇ，Ｘｕ Ｊ ｉ ｅ
ｄｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｔ ｈｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏｆ ｃ ｏａ ｌ ｂｅ ｄ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ａ ｓ ｔ ｈｅ ｇ ａｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｌ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏｉ ｒ，ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｒ ｅ ｓ ｕｌ ｔ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｄｅ — ｃ ｒ ｅ ａｓ ｅ ｏｆ ｐｅ ｒ ｍｅ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ，ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｐ ｈｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ｐｒ ｏｐ ｅ ｒ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｃ ｏ ａｌ ｂ ｅ ｄ ｂｅ ｃ ｏ ｍｅ ｓ ｍ ｏｒ ｅ ｃ ｏ ｍ ｐｌ ｅ ｘ ｂ ｅ ｃ ａ ｕｓ ｅ ｏ ｆ ｉ ｔ ｓ ｐ ａｒ ｔ ｉ ｃ ｕｌ ａ ｒ ｗａ ｙ ｏｆ ｄ ｒ ａ ｉ ｎｉ ｎｇ ． Ｎｏ ｗ ｔ ｈｅ ｖ ａｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌ ａ ｗ ｏｆ ｃ ｏ ａｌ ｐ ｒ ｏ ｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｄｕ ｒ ｉ ｎｇ ｔ ｈｅ ｐｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｐｒ ｏ ｄｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｓ ｔ ｉ ｌ ｌ ａ ｄｉ ｆ ｆ ｉ ｃ ｕｌ ｔ ｙ，ａ ｎｄ ｉ ｔ ｓ ｕ ｎ— ｄｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｎｄｉ ｎ ｇ ｈａ ｓ ａ ｎ ｉ ｍ ｐｏｒ ｔ ａ ｎｔ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｎ ｕｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｒ ｅｓ ｕｌ ｔ ｓ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｓ ｕｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏｆ ｄｒ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ— ｎｏ ｌ ｏ ｇｙ ａｎ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐｍ ｅ ｎ ｔ ｐｌ ａ ｎ． Ｔ ｈｅ ｄｙ ｎａ ｍｉ ｃ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｕｌ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｂｅ ｄ ｍｅ ｔ ｈａ ｎ ｅ ｐｒ ｏ ｄｕｃ ｔ ｉ ｏｎ ａ ｎｄ ｐｅ ｒ ｍｅ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｗａ ｓ Ｓ Ｌ Ｉ ｍ ｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏｎ ｔ ｈｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｏ ｆ ｆ ｏｒ ｅ ｉ ｇｎ ｓ ｃ ｈｏ ｌ ａ ｒ ｓ ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎｇ ｍ ｏｄｅ ｌ ｓ ｆ ｏ ｒ ｃ ｏ ａ ｌ ｂｅ ｄ ｐｅ ｒ ｍｅ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｗｅ ｒ ｅ ａ ｎａ — ｌ ｙｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐｅ ｒ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈａ ｔ ｔ ｈｅ ｄ ｙ ｎａ ｍｉ ｃ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｗａ ｓ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｄ ｂ ｙ ｍａ ｎ ｙ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ，ｗｈｉ ｃ ｈ ａ ｄ ｄｅ ｄ ｔ Ｏ ｉ ｔ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ ｉ ｔ ｙ ． Ｔｈ ｅ ｃ ｕｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｐｒ ｅ ｄｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄｅ ｌ ｓ ｆ ｏ ｒ ｃ ｏ ａ ｌ ｂ ｅ ｄ ｐｅ ｒ ｍｅ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｕｔ ｅ ｍｐ ｈａ ｓ ｉ ｓ ｏｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎｔ ａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｓ ａ ｎｄ ｅ ａ ｃ ｈ ｈａ ｄ ｉ ｔ ｓ ｏ ｗｎ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ａ ｎｄ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｔｈｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｂｅ ｄ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｄ ｙ ｎａ ｍｉ ｃ ｖａ ｒ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｈ ｏｕ ｌ ｄ ｂ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｂｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ Ｏ ｔ ｈｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ １ ｓ ｉ ｔ ｕａ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏａ ｌ ｂ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ：ＣＢＭ ； ｐ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｂｉ ｌ ｉ ｔ ｙ；ｄｙ ｎａ ｍｉ ｃ ｃ ｈａ ｎ ｇｅ；ｍ ｏｄ ｅ ｌ
煤层渗透性系数的研究
煤层渗透性系数的研究
煤层渗透性系数是研究煤层中水的传输特性的重要参数。
它表征着水在煤层中从高含水层到低含水层或从较低水压层到较高水压层的流动量。
近年来，随着煤层水文学理论发展的不断深化，煤层渗透性系数的研究也变得越来越重要。
煤层渗透性系数研究的目的是对煤层中的水进行可靠的评价，为岩石和煤层的水文体系开发应用提供理论依据。
首先，我们需要通过实验来确定煤层渗透性系数的基本特征。
尽管人们已经研究了一些煤层渗透性系数的基本特征，但仍然有很多问题留待解决。
其次，我们需要研究煤层渗透性系数的温度效应和水位效应。
由于煤层的温度变化范围较大，渗透性系数的变化范围也很大，因此必须充分研究温度对煤层渗透性系数的影响。
此外，水位也会影响煤层渗透性系数，因此必须确定水位对煤层渗透性系数的影响程度。
最后，我们需要对煤层渗透性系数的变化规律进行深入分析，这样就可以为建立水文体系提供有益信息。
例如，我们可以研究不同层位上煤层渗透性系数的分布特性，进而为钻井、抽水等技术提供有益指导意见。
总之，煤层渗透性系数的研究对于煤层水文体系的分析和开发具有重要意义。
因此，煤层渗透性系数研究非常重要，未来应该加大研究力度，以便更好地利用煤层水文资源。
煤层渗透率影响因素综述与分析
第 22 卷第 5 期 天 然 气 工 业
( 4) 尽管测井力关系的方 程 是 Terzaghi 有效应力 ,原理可表述为 : T σ=σ ( 1) + p 式中 : p 为多孔介质孔隙流体压力 ( 内应力 ) ,σ 为总 T 应力 ( 或外应力) ,σ 为有效应力 。 导意义 。 ( 2) 实际计算结果表明 , 岩石强度受许多因素的 影响 。主要表现在以下几个方面 : ① 埋深对岩石强 度有比较大的影响 。受围压 、 温度和岩石成岩等作 用的影响 ,随着埋深的增加 ,其强度增大 。 ② 地层的 岩性不同其强度值不同 。对于颗粒比较大的粗砂 岩 ,因其比较疏松 ,可塑性较强 ,强度较大 ; 对于钙质 胶结的较致密砂岩 ,因其具有较强的胶结作用 ,其强 度同样大 。 ③ 同类岩石 ,当其它条件相同时 ( 比如埋 深、 岩石的结构和成分等 ) , 岩石强度随孔隙度的增 加而降低 。 ( 3) 应力场的方向与测井具有紧密的联系 , 根据 地层倾角测井资料可以确定最大与最小应力方向 , 从而确定地区的应力场方向 。
从而
φ=φ 0e (σ σ ) C′ φ 0=φ 0e (σ - σ 0 ) C′ φ
T T
=φ 0e
Δ σ C′ φ
( 3′ )
综合两种情况 ,我们可以用 ( 3) 式表示割理孔隙 度与有效应力的关系 。 岩石的渗透率与岩石所处的应力状态有密切关 系 , 岩石的渗透率和孔隙度一般来讲并不存在函数 关系 ,但有一定的统计规律 ,广泛应用的 K ozeny 方程 即说明了这种关系 , K ozeny 方程为 :
煤储层渗透率影响因素
煤储层渗透率影响因素作者：刘慧盈来源：《科技创新导报》2012年第34期摘要：煤储层渗透率对研究煤层气的产出及运移规律有着重要的意义，理清其影响因素对于有效预测煤储层渗透率、寻找有利勘探区具有重要的实际价值。
该文从裂隙系统、构造应力、煤岩类型、煤变质程度、煤体结构、温度、有效应力、基质的收缩效应、层理等方面对煤储层渗透性的影响进行了分析，并得出了具有针对性的结论。
关键词：煤层气渗透率影响因素综述中图分类号：P618 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（a）-0-02煤层气是以吸附状态富集在煤储层中的一种“自生自储”式非常规天然气，我国煤层气资源丰富，储量居于世界前列，开发利用的前景广阔。
渗透率是煤层气开发中的关键因素之一，直接关系到煤层气的产出能力，同时煤层气渗透率对研究煤层气的赋存、压力分布、解吸排放及运移规律也有着重要的意义。
煤储层渗透率主要受裂隙系统的发育程度、基质显微结构等内部因素以及多种外部因素的影响，笔者在系统分析前人研究成果的基础上，总结了不同地质条件下煤储层渗透率的主控因素，这对于有效预测煤储层渗透率、寻找有利勘探区具有一定的实际意义和参考价值。
1 煤储层渗透率的控制因素1.1 裂隙系统煤储层的裂隙系统一般分为内生裂隙（割理）和外生裂隙、继承性裂隙三部分。
裂隙系统是煤层气在煤层中的渗透路径，煤层的渗透性取决于裂隙系统的发育程度和连通程度[1]，经前人研究发现，裂隙发育的煤储层与裂缝不发育的煤储层相比，渗透率相差1～2个数量级，且裂隙越发育，连通性越好，越利于流体的渗流，这对煤层气可采性评价有极其重要的指导意义。
煤储层裂缝的形成主要受构造应力、煤岩类型、煤变质程度等因素的影响。
1.1.1 构造应力由于煤的低杨氏模量，性软而脆的力学性质，所以外部条件对裂缝的产生及对渗透率的影响是通过煤储层自身形变而实现的，而应力的改变最易引起形变。
有学者认为是古构造应力是控制割理发育程度的主控因素，成煤期后的构造活动是产生煤层构造裂缝的主要因素，构造活动强度的大小对煤储层的渗透性既有建设性作用，也有破坏性作用。
煤层渗透性变化影响因素分析
２ ．中 国 矿 业 大 学 煤 炭 资 源 与 安 全 开 采 国 家重 点 实验 室 ，北 京 １ ０ ８ ） ０ ０ ３
摘 要 ： 究 了应 力 、克 林 肯 伯 格 效 应 、煤 基 质 收 缩 效 应 对 煤 层 渗 透 性 的 影 响 。研 究 表 明 ， 随 着 煤 研
煤层 渗 透 性 是 研 究 瓦 斯 在煤 层 中运 移 的 基本 参 数［ 。煤 矿开采 中 的各 种 瓦斯 动力 现象 ，如煤 １ ］ 与瓦斯 突出 、涌 出等 均 与 煤 层 的 渗 透 性 有 关 。煤
（ ． Ｓ ｈ ｏ ｆＲｅｏ ｒｅａ ｄ Ｓ ｆｔ ｎ ｉｅ ｒ ｇ １ ｃ ｏ ｌ ｓ ｕｃ ｎ ａｅｙＥ ｇｎ ｅｉ ，Ｃｈｎ ｉｅｓｔ ｆＭｉｉｇａ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ （ ｅｊ ｇ ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ ｏ ｎ ｉａＵｎｖ ｒｉ ｏ ｎｎ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｂ ｉｎ ） ｅｊ ｇ １ ０ ８ ，Ｃｈｎ ； ｙ ｉ ｉ ｉａ ２ ＳａｅＫｅ ａ ｆ ｏ ｌＲｅｏ ｒｅ ｎ ａｅＭ ｉｉｇ，Ｃ ｉａＵｎｖ ｒｉ ｆＭ ｉｉｇ ａ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ． ｔｔ ｙＬ ｂ ｏ ａ Ｃ ｓ ｕｃｓａ ｄＳ ｆ ｎｎ ｈｎ ｉｅｓ ｙｏ ｎｎ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ Ｃ ｉａ ｔ ｅｊ ｇ１ ０ ８ ， ｈｎ ） ｉ
格 效 应 的存 在 ，从 而 增 加 瓦 斯 气 体 的 流 速 ，使 得 煤 层 的 渗 透 性有 所 改 善 。对 各 影 响 因 素 的 研 究 ，对 于 防
治 矿 井 瓦 斯 灾 害 、合 理 利 用 煤 层 气 资 源 具 有重 要 意 义 。
关 键 词 ： 层 ；渗 透性 ；收 缩 效 应 ；克林 肯伯 格 效 应 ；应 力 煤 中圈 分 类 号 ：Ｔ ２ ． １ ２ Ｄ８ ３ ２ 。 。 文 献标 识码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ —４ ５ （ ０ １ ６ １ ２ ４ ０ ４ ０ １ ２ １ ）０ —０ １ 一Ｏ
煤层瓦斯渗透率影响因素分析
总量仅次于晋、蒙 、陕、新 ，居 全 国 第 5 位 。虽 然 “十 和后期外部应力产生的后生裂隙。
一五”期间煤矿事故起数和死亡人数连续“双降 ”， 煤矿安全形势逐年好转，但煤矿事故依然比较严重， 瓦斯事故起数和死亡人数分别占全省事故总数的 1 1 . 8 6 % 和 2 5 .2 5 % ，均 起 事 故 死 亡 人 数 3 .0 2 人 ，瓦
岩气开发等方面的研究工作。
54
2016年7 用
孟 絮屹：煤层瓦翁黎 透 率 影响因素分析
第25 .象第7 顧
数 ，Pa •s ; d , 为 和 流 体 方 —致的极小长度，m; dp 的结果，有时是一种因素起惠导作用6 为 在 4 长度内的压差， Pa A; 为煤层透气性系数，
m2/(M Pa • d) 0;
的 难 易 程 度 。因 此 ，研 究 煤 层 瓦 斯 渗 透 、运移规律具 有很重要现实意义。
1 瓦 斯 的 储 层 特 征 [1] 煤层瓦斯是在漫长的成煤阶段煤化形成的碳氢
变化。 在瓦斯压力不变的情况下，随 着 围 压 力 ^的 增
加 ，煤体被进一步压实，煤中孔隙、裂隙被压缩，瓦斯 运移通道变小，渗 透 率 A 开 始 快 速 下 降 ，说明地应 力对煤体瓦斯渗透率较为敏感。随着压力的增大，
改善煤层抽放率具有现实的意义。
关键词：瓦 斯 滲 透 率 ；瓦 斯 滲 流 ；有 效 应 力 ；煤层温度
中图分类号:TD712.52
文 献 标 识 码 ：B
文章编号：1005-2798 (2 0 16 )0 7-0054-03
煤层瓦斯即煤层气。煤层中的瓦斯既是一种灾 赋存瓦斯总量的8 0 % 〜9 0 % ，而附着煤体表面的吸
化 合 物 并 保 存 在 了 煤 岩 中 ，所 以 ，煤层既是瓦斯的载 体 ，又是瓦斯的源岩，它不但具有吸附容纳瓦斯的能 力 ，同时还具有从中渗透、运移通过瓦斯的能力，这 些都与煤的本身物理结构性质有关。
煤储层渗透率影响因素及排采控制研究
煤储层渗透率影响因素及排采控制研究田俊林（中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 １０００８３） 摘 要：在煤层气排采过程中，渗透率是影响气井产量的关键因素。
本文通过分析煤层气排采经验，总经了在气井排采过程中，煤储层渗透率影响因素；并且在不同的排采阶段要采取不同的排采控制措施。
关键词：煤层气；渗透率；影响因素；排采控制 中图分类号：ＴＤ８２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９８１（２０２０）０１—００１７—０３ 煤层气井获得可观产气量需要两个基本条件：煤储层要具有一定的含气量以及良好的渗透性，前者是气井产气的物质基础，后者则是气体能够有效产出的关键因素。
在气井排采过程中，如何减少对储层渗透率的伤害，扩大解吸半径，是决定气井能否高产的关键因素。
在此过程中，对储层渗透率影响最大的主要有５个因素：应力敏感性、基质收缩、煤粉堵塞、气锁伤害以及气水两相流效应。
１ 煤储层渗透率影响因素１．１ 应力敏感性煤储层是一种典型的双重孔隙介质，其孔隙结构主要是由基质孔隙和裂缝孔隙构成，其中煤储层的渗透性主要取决于煤中裂隙。
在煤层气井排采过程中，随着地下水和煤层气的排出，煤储层压力逐渐下降，导致煤储层有效应力增加，煤储层微孔隙和裂隙被压缩甚至闭合，从而使煤储层渗透率明显下降，煤储层表现出明显的应力敏感性。
煤储层的应力敏感性可以用渗透率损害系数、渗透率损害率、不可逆渗透率损害率和应力敏感系数来具体评价［１］。
前人通过大量的试验研究表明，渗透率随有效应力的增大呈指数型降低。
１．２ 煤基质收缩效应煤体在吸附或解吸的过程中产生的膨胀或收缩效应统称为吸附变形。
在产气阶段，随着煤层气的解吸，煤基质开始收缩变形，导致煤中的裂隙开度增大，煤储层渗透率开始升高［１］。
基质收缩效应与应力敏感性不同，后者会导致煤储层渗透率下降并且很难恢复，前者则会提高煤储层渗透率。
煤储层渗透率在煤层气临界解吸压力前，主要受有效应力的影响而出现下降趋势，但当煤层气排采一段时间后，随着煤层气的不断解吸，煤基质收缩效应开始逐渐增强，有效应力效应逐渐减弱，煤储层渗透率开始逐渐改善。
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( 7)
式中 : K0 为初始绝对渗透率 ; Ka 为渗透率 ; pm 为平 均气体压力 ; b 为 Klinkenberg 系数 。 由 Klinkenberg 效应所引起的渗透率增量为 : K滑移 = K0 ・b/ pm
3. 基质收缩效应
( 4)
煤层气开发过程中 , 储层压力降到临界压力以 下时 ,煤层气便开始解吸 , 随孔隙压力降低 , 气体解 吸量增加 ,基质微孔隙表面自由能增加 ,基质发生收 缩 ,产生新的裂隙或割理 , 孔隙度增大 , 从而使得渗 透率增高 : Δ Kms = α(ΔV m/ V m) ΔV m/ V m = β 而 V d , V d = VL p/ ( pL + p) Δ Kms = α β ( 8) 故有 V d = CV d 式中 : V m 为基质体积 ;ΔV m 为基质体积变化量 ; V d β 为解吸量 ; VL 、 pL 分别为 Langmuir 体积和压力 ;α、 β。 为取决于煤体性质的常数 , C = α 文献〔 5〕 室内三轴试验指出 , 在围压不变的条件 下 ,逐渐降低注入气体的压力 ,当气体压力小于煤样 的解吸压力时 ,渗透率有增加的趋势 ,由此也间接地 说明了孔隙压力降低使基质孔隙和割理孔隙增大的 现象 。 文献〔 4〕 中 ( 见图 1) 为渗透性与内压 ( 孔隙达式 。分析指出 ,当 基质收缩足够大时 ,随着孔隙压力降低 ,绝对渗透率 会出现反弹现象 ( 渗透率由原先的逐渐降低到逐渐 上升) ,反弹压力与煤体的弹性模量 , 以及基质收缩 常数有关 。 在某种程度上 ,文献〔 4〕 引入的临界瓦斯压力与 文献〔 7〕 提出的反弹孔隙压力虽有些不同之处 ,但就 本质而言 ,它们反应了同一现象 ,即基质收缩会导致 渗透率的增大 , 并且临界点的出现与否及出现位置 取决于煤体的收缩性质以及其它渗透率影响因素 。 以上关于基质收缩的研究结果都是建立在室内 煤样三轴试验的基础上的 。而煤层气排采现场的实 测结果却较少 ,文献〔 8〕 报道了美国 San J uan 盆地水 果地储层的现场绝对渗透率以及产能的最近动态 。 文章指出 , 因瓦斯解吸而引起的绝对渗透率的增长 现象已经被室内实验所证实 , 但生产现场一直没有 观察到此现象 , 但近期的测量数据显示出煤层的绝 对渗透率随着甲烷的连续采出而出现显著增长 。对 于三口煤层气井而言 , 有两方面的证据可以说明渗 透率的增长 。其一为利用生产期间试井数据估算出 的绝对渗透率数值的增长 ; 其二为在保持气体采出 率 ( 产量) 恒定的情况下井底压力的增长现象 。这显 然是与常规油气井的生产动态相背的 , 文章利用实 测数据验证了文献〔 7〕 所提出的 “基质收缩理论” 的 ( ) 正确性 见图 2 。
( 6)
( 5)
随着流体压力降低 ,有效应力增大 ,煤岩在外压
第 22 卷第 5 期 天 然 气 工 业 的关系图 。我们可以从中明显看出 , 随着内压的逐 步增加 ,煤样透气系数呈现先降低而后上升的趋势 。 文献作者在此引入了临界瓦斯压力的概念 。并认为 如果孔隙瓦斯压力小于临界瓦斯压力时 , 随瓦斯压 力增加 ,煤体的吸附瓦斯量增大 , 吸附瓦斯层加厚 , 从而减小了微孔隙的渗透截面积 , 因而透气系数减 小 ; 当孔隙瓦斯压力达到临界瓦斯压力时 ,煤的吸附 性达到饱和 ,继续增大瓦斯压力将使孔隙裂隙扩张 , 裂隙连通性增加 ,煤体的透气性增大 。
第 22 卷第 5 期 天 然 气 工 业
地质勘探
煤层渗透率影响因素综述与分析
李培超 3 孔祥言 曾清红 卢德唐
( 中国科技大学力学和机械工程系)
李培超等 . 煤层渗透率影响因素综述与分析 . 天然气工业 ,2002 ;22 (5) :45～49 摘 要 文章详细地讨论了诸因素对煤层渗透率的影响 ,指出在常规情况下 ,有效应力 、 基质收缩等在煤层绝 对渗透率诸影响因素中占据主导地位 ; 并在以上分析的基础之上 ,提出了煤层气勘探开发的施工工艺中应该尽量 避免渗透率的损失 ,或者尽量采用强化措施 ,对煤层进行改造 , 以提高渗透率 , 从而提高其开发能力 。同时也指出 了应加强对煤层孔隙度 、 渗透率的测定方法的研究以及煤层割理 、 孔隙发育机理的研究 ,为储层评价提供更为充分 的依据 。 主题词 煤层 基岩 渗透率 应力分析 效应 渗透率测定
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地质勘探
天 然 气 工 业 2002 年 9 月 的作用下 , 割理有闭合的趋势 , 从而导致孔隙度降 低 ,渗透率也随之降低 。文献〔 4〕 也指出 , 随轴压和 侧压 的 增 加 , 透 气 系 数 (λ) 呈 指 数 衰 减 , 即 λ = σ λ= a2e b2/ σ2 。随轴压和侧压的增加 ,在孔隙 a1e - b1 1 、 瓦斯压力不变的情况下 ,意味着有效应力的增加 ,所 以渗透率降低 。另外 ,一般而言 ,煤层的渗透率随着 深度增加而显著降低 。随着深度加大 , 上覆岩层压 力 ( 相当于外压) 增大 ,有效应力亦随之加大 ,引起渗 透率降低 。 2. K linkenberg 效应 当气体在多孔介质中流动时 ,由于流体的粘性 , 造成接近固体表面的层流速度近似等于零 。但有的 情况下 ,不存在这种现象 , 而是出现分子滑移现象 , 这是由 Klinkenberg 效应引起的 。在低渗透性多孔介 质中 , 由于气体分子平均自由通道程与流体场特征 尺度在同一量级上 , 气体分子就会与通道壁面相互 作用 ,从而造成气体分子沿孔隙表面滑移 ,增加了分 子流速 ,这一现象称分子滑移现象 。这种由气体分 子和固体分子间的相互作用产生的效应称 Klinken2 berg 效应 。据文献〔 4〕 它可以由下式表述 :
影响因素的总结和分析
1. 有效应力
介质压缩系数有很多种定义 : 主要有外应力保 持恒定改变内应力所引起的体积相对变化 , 以及内 应力保持恒定而改变外应力所引起的体积相对变化 两大类 。 对于岩石通常定义其孔隙压缩系数 ( C φ) 为 : 1 dφ C φ = φ dρ σ= 常数 即保持外应力 ( 围压 ) 恒定 , 改变内应力 ( 孔隙压力 ) 所引起的体积相对变化 , 实际上这与保持 p 不变而
十分重要的作用 , 但地应力计算模式仍具有一定的 探索性 ,仅仅根据测井资料计算应力 ( 包括地层的破 裂压力等) 具有较大的偏差 ,在实际应用时必须经过 实测或其它方法进行校 ( 验) 正 。 ( 5) 利用测井进行地层弹性及应力场分析 , 进一 步拓宽了测井在油气勘探开发中的应用范围 , 具有 明显的经济意义和实用价值 。
参 考 文 献
1 李志明 ,张金珠 . 地应力与油气勘探开发 . 北京 : 石油工业
出版社 ,1997
( 收稿日期 2002 - 04 - 18 编辑 韩晓渝)
3 李培超 ,1976 年生 ;1998 年毕业于中国科技大学力学和机械工程系 ,现正攻读博士学位 ,已经在核心期刊上发表论文 5 篇 ,现在主要从事强化采油数值模拟和岩土工程方面的工作 。地址 : (230027) 安徽省合肥市中国科技大学力学和机械工程系 。 电话 : (0551) 3603674 。E - mail :wiselee @mail. ustc. edu. cn
( 4) 尽管测井在岩石强度和地应力计算中具有
众所周知 , 描述多孔介质应力关系的方 程 是 Terzaghi 有效应力 ,原理可表述为 : T σ=σ ( 1) + p 式中 : p 为多孔介质孔隙流体压力 ( 内应力 ) ,σ 为总 T 应力 ( 或外应力) ,σ 为有效应力 。 导意义 。 ( 2) 实际计算结果表明 , 岩石强度受许多因素的 影响 。主要表现在以下几个方面 : ① 埋深对岩石强 度有比较大的影响 。受围压 、 温度和岩石成岩等作 用的影响 ,随着埋深的增加 ,其强度增大 。 ② 地层的 岩性不同其强度值不同 。对于颗粒比较大的粗砂 岩 ,因其比较疏松 ,可塑性较强 ,强度较大 ; 对于钙质 胶结的较致密砂岩 ,因其具有较强的胶结作用 ,其强 度同样大 。 ③ 同类岩石 ,当其它条件相同时 ( 比如埋 深、 岩石的结构和成分等 ) , 岩石强度随孔隙度的增 加而降低 。 ( 3) 应力场的方向与测井具有紧密的联系 , 根据 地层倾角测井资料可以确定最大与最小应力方向 , 从而确定地区的应力场方向 。
图1 山西沁水永红煤样透气系数与孔隙压力的关系曲线
笔者认为 ,在孔隙压力小于临界压力时 ,渗透率 随瓦斯压力增加而减小可以作如下解释 : 按照物理 吸附理论 , 随吸附作用的增强 , 吸附剂 ( 此处是煤层 基质) 的表面自由能会降低 ,而这种降低将使得基质 发生与能量级降低成比例的膨胀 ( 基质膨胀 ) , 使得 瓦斯通道缩小 , 割理孔隙度降低 , 从而渗透率 ( 透气 系数) 会随之降低 ( 对应于解吸过程就是上文所说的 基质收缩过程) 。 在临界瓦斯压力条件下 , 煤体的透气性 ( 渗透 率) 最低 。至于此点出现与否 , 影响因素较多 , 比如 煤储层的收缩率高低 , 渗透率对煤层有效应力的敏 感程度 , Klinkenberg 效应 , 还有下文提及的温度 、 电 场等影响因素 。因为对于每一种因素而言 , 渗透率 具有不同的响应 , 临界瓦斯压力点出现与否以及出 现的位置与诸多影响因素所占据的地位有关 。如果 某煤储层收缩率极低或干脆不收缩 ,那么 ,我们可以 预想 ,此临界压力点可能就是不存在的 ( 不妨假定此 煤层渗透率主导影响因素是地应力) 。文献〔 7〕 从理 论上推导出了应力和孔隙压力与渗透率的关系 ( 此 规律被文献〔 8〕 称之为 P& M 理论 ) , 并提出了反弹孔
式中 : k 0 是无量纲常数 , 取值为 2 ～ 3 ; m 是水力半 径 ;φ 是孔隙度 。 根据实验的测量结果发现 m 随应力的变化是 很小的 , 所以推测出的渗透率随应力的变化主要是 由于孔隙度的变化所引起的 。 煤储层作为岩石的一种 , 煤中气水的渗流主要 受割理孔隙度和各种裂隙控制 , 基质中的孔隙主要 是储气空间 ,其渗透率很低 ,甲烷在其中主要是通过 扩散运移到割理 、 裂隙中 。文献〔 3〕 研究指出 , 煤储 层渗透率与割理孔隙度的关系如下 : φ 3 K = φ K0 0 将 ( 3) 式代入 ( 5) 式 ,则有 : Δ σ ) K = K0exp ( - 3 C φ ・46 ・