典型煤系叠合型气藏生产模拟研究——以黔西地区龙潭组为例

【目的】煤系叠合型储层开发过程中储层组合影响了煤系气井的产气效果。煤系叠合型储层层间岩石力学性质和物性差异大，导致流体运移规律相对于单一储层更加复杂。因此，开展数值模拟研究是一种有效的解决方案。【方法】以黔西地区龙潭组典型煤层—砂岩—泥页岩互层型储层为研究对象，考虑叠合型储层的基质收缩效应、有效应力作用及层间流体流动对储层流体运移规律以及渗透率等储层物性参数的影响，建立煤系叠合型气藏流固耦合数学模型，开展煤系气生产数值模拟，分析不同储层组合排采下储层孔隙压力、基质含气量、渗透率等叠合型储层特征参数的演化规律以及层间流动差异对产气效果的影响。【结果】与单层排采相比，（煤+泥页岩）排采、（煤+砂岩）排采、全层段排采下，累计产气量分别提高了1.26倍、1.42倍、1.62倍；四种储层组合排采下均存在层间能量与物质传递；煤、砂岩和泥页岩储层在不同储层组合排采下，储层孔隙压力与传导方向、基质含气量以及渗透率比例均存在明显差异。【结论】全层段的储层组合排采下产气效果最好，砂岩层中游离态甲烷更易产出，有效减弱储层间垂向孔隙压差的影响，更有利于叠合型储层孔隙压力径向传导，促进煤与泥页岩基质中甲烷解吸，...     

欠饱和煤储层渗透率动态变化模型及实例分析

开发过程中因受应力压实效应和基质解吸收缩效应的共同影响,导致煤储层渗透率发生复杂的变化。目前,已有诸多学者建立一系列的煤储层渗透率动态模型。然而,对欠饱和煤层气藏开发过程中的不同生产阶段,何种效应对煤储层渗透率起主导作用仍未达成共识。本研究在总结已有的渗透率变化模型的基础上,分析欠饱和煤层气藏开发过程中的降压解吸特征、有效应力效应、基质收缩效应和克林肯伯格效应,并对现有的渗透率模型进行改进与对比分析,以达到定量分析欠饱和煤层气藏储层渗透率变化规律的目的,最后通过鄂尔多斯东南缘韩城煤层气田实例分析煤储层渗透率动态变化特征及其主控因素。结果表明欠饱和煤层气藏开发过程中渗透率动态变化特征可以临界解吸压力划分为两个阶段,前一阶段仅为有效应力效应作用阶段,后一阶段则受有效应力效应、基质收缩效应和克林肯伯格效应影响,且后两种效应随着储层压力的降低而进一步显现。对比分析显示SD改进模型在描述欠饱和煤层气藏渗透率动态变化上优于PM改进模型。因此,借助SD改进模型对韩城煤层气井进行实例计算,分析结果显示煤储层渗透率改善效果依次为3#>11#>5#,区内煤储层渗透率改善效果取决于含气饱和度,而渗透率应力伤害受控于地解压差。     

煤样渗透率有效应力与基质收缩双重耦合效应及其与煤阶关系

为研究煤层气在排采过程中不同煤阶煤储层渗透率动态变化规律,利用煤岩三轴应力应变（基质收缩膨胀）测试系统,对褐煤、气煤和无烟煤样开展了有效应力与基质收缩双重效应物理模拟实验。固定轴压和围压不变,改变气体平衡压力,模拟开发过程中储层压力变化特征,测试其动态渗透率。利用实验结果,分析了不同煤阶煤岩在排采过程中动态渗透率反弹特征,并对比分析煤岩动态渗透率改善效果的差异性。研究表明：气体平衡压力从5 MPa降至1 MPa过程中,在有效应力和基质收缩双重效应作用下,褐煤样的归一化渗透率依次为1.00、0.60、0.57、0.57、0.52,气煤样依次为1.00、0. 64、0.50、0.54和0.55,无烟煤样依次为1.00、0.74、0.58、0.50和0.56。随气体平衡压力下降,中阶及高阶煤样动态渗透率先下降后上升,整体呈不对称“V”型变化规律,但拐点略有不同;低阶煤样动态渗透率呈先下降后基本稳定的趋势,整体呈斜“L”型变化规律。在有效应力和基质收缩双重效应影响下,中阶及高阶煤样动态渗透率改善效果优于低阶煤样。     

高煤阶煤层气藏储层应力敏感性研究

水相存在使煤储层应力敏感性更加复杂,是煤层气开发需要特别关注的问题。通过开展煤储层干样与湿样的应力敏感性实验,分析了煤储层应力敏感性特征。应用数值模拟方法,研究了煤储层应力敏感性对煤层气井产能的影响。研究结果显示,煤储层具有强应力敏感性并且明显不可逆性。有效压力从2 MPa增加到10 MPa,气相渗透率降低90%;初始渗透率越低,应力敏感性越强,有效应力降低以后,煤岩渗透率不能恢复到原始水平。水相存在使得煤层气藏应力敏感性更强,有效压力从2 MPa增大到3 MPa,3块煤岩湿样渗透率分别降低了66.0%、50.4%和58.5%,而干岩芯渗透率降低幅度均低于50%。同时随含水饱和度增高,表现出应力敏感性愈强的趋势。煤储层应力敏感性极大地影响煤层气井产能,储集层原始渗透性越差,应力敏感对产量的影响越大。因此,煤层气生产过程中,特别是煤层气排采初期,地层压力较高,一味地增大生产压差可能不会增加煤层气井产量。     

煤样渗透率有效应力与基质收缩双重耦合效应及其与煤阶关系

为研究煤层气在排采过程中不同煤阶煤储层渗透率动态变化规律,利用煤岩三轴应力应变（基质收缩膨胀）测试系统,对褐煤、气煤和无烟煤样开展了有效应力与基质收缩双重效应物理模拟实验。固定轴压和围压不变,改变气体平衡压力,模拟开发过程中储层压力变化特征,测试其动态渗透率。利用实验结果,分析了不同煤阶煤岩在排采过程中动态渗透率反弹特征,并对比分析煤岩动态渗透率改善效果的差异性。研究表明：气体平衡压力从5 MPa降至1 MPa过程中,在有效应力和基质收缩双重效应作用下,褐煤样的归一化渗透率依次为1. 00、0. 60、0. 57、0. 57、0. 52,气煤样依次为1.00、0. 64、0. 50、0. 54和0. 55,无烟煤样依次为1.00、0. 74、0. 58、0. 50和0. 56。随气体平衡压力下降,中阶及高阶煤样动态渗透率先下降后上升,整体呈不对称“V”型变化规律,但拐点略有不同;低阶煤样动态渗透率呈先下降后基本稳定的趋势,整体呈斜“L”型变化规律。在有效应力和基质收缩双重效应影响下,中阶及高阶煤样动态渗透率改善效果优于低阶煤样。     

沿抽采井筒的煤储层渗透率模型研究

渗透率是表征瓦斯流动的重要参数,为保证煤矿瓦斯安全高效抽采,有必要探究距抽采井筒不同位置处煤层瓦斯渗流演化特征。然而,瓦斯抽采过程中伴随有效应力、煤基质对瓦斯的吸附/解吸能力以及煤储层温度的不断变化,甚至出现抽采损伤,使得煤层瓦斯运移行为异常复杂。为探究抽采过程的煤层瓦斯渗流特性,在圆柱坐标系下,考虑压力场与温度场变化对煤储层渗透率的影响,构建温度影响的孔隙压力时空演化函数,据此建立应力与温度作用下的煤储层渗透率模型。结果表明:建立的模型能合理描述沿抽采井筒孔隙压力的演化规律以及瓦斯的运移特性,即在恒定外应力的条件下,随抽采时间增加,不同位置处孔隙压力先降低后变化平缓,煤储层渗透率先降低后升高;此外,同一煤储层位置处,考虑温度比不考虑温度的渗透率计算值更低;通过讨论发现,随抽采时间增加,根据裂隙压缩与基质收缩对渗透率演化的不同效应,设置合理的负压抽采方式可提高瓦斯抽采量。      

低煤阶煤层气井排采初期压降幅度研究

排采制度是影响煤层气井产能的关键因素,尤其对于含气量较低的低煤阶煤层气井。为了确定低煤阶煤层气井排采初期的压降幅度,通过分析影响黄陇煤田煤储层渗透率变化的基质自调节作用和速敏效应,认为速敏效应是造成该区低煤阶煤储层在排采过程中渗透率变小的主要原因,提出以实验室煤岩心速敏实验数据和实验井生产统计数据为依据确定低煤阶煤层气井排采初期的压降幅度,得出了研究区煤层气井排采初期的临界压降幅度。     

低渗致密砂岩渗透率应力敏感性试验研究

储层岩石中孔隙流体压力的变化会引起有效应力发生变化,进而导致渗透率的改变,引发储层岩石渗透率应力敏感现象。以试验研究了不同围压下渗透率随孔隙流体压力的变化规律,试验包含了老化处理和升降内压4个回路,每个回路是在围压不变降低和增加孔隙流体压力下实现的,采用稳态法采集每个测试点的数据。试验结果表明,渗透率随着孔隙流体压力的降低而减小,随着孔隙流体压力的增加而增加;在低围压下渗透率的变化幅度较大,在高围压下,则变化幅度较小;在不同围压回路下,净应力相等的点对应的渗透率不相等;渗透率在随孔隙流体压力的变化中呈现出“台阶式”变化。根据Bernabe的模型计算了渗透率有效应力系数,结合Bernabe的观点分析计算结果发现渗透率呈“台阶式”变化是微裂缝随应力的变化而发生变形的表现。对试验岩样进行了储层岩石应力敏感性评价,结果表明,该低渗致密砂岩储层表现为中等应力敏感。     

沁水盆地南部煤层气直井合层排采产气效果数值模拟

随着煤层气勘探开发的深入,多煤层合层排采受到广泛关注。合层排采管控工艺是确保煤层气合采井高产稳产的关键,而多煤层组合条件下复杂的地质条件增加了合层排采管控的难度。数值模拟技术是研究煤层气井合层排采管控工艺的有效手段,科学、可靠的模拟结果可为合采井排采管控提供依据。考虑温度效应、煤基质收缩效应、有效应力作用对煤层流体运移规律以及渗透率等煤层物性参数的影响,建立煤层气直井合层排采生产动态过程多物理场耦合数学模型,并进行有限元法的多物理场耦合求解。通过对沁水盆地南部郑庄区块煤层气合采井组的模拟,探讨不同排采速率下煤层气直井合层排采产气效果及渗透率等煤层物性参数动态演化特征,提出煤层气直井合层排采工程建议。模拟结果显示,郑庄区块3号、15号煤层整体含气量较高,煤层气合采井组具有较大增产潜力,提高排采速率对提高煤层气采收率的效果不显著;排采过程中,煤基质收缩效应对渗透率的影响强于有效应力作用,是提高煤层气井排采速率的保障,在确保排采速率不超过煤层渗流能力上限的基础上,适当提高排采速率可实现煤层气井增产。基于模拟结果,建议排采速率的调整以控制动液面或液柱压力为主;以3号、15号煤层气合采井增产为目标,产水阶段和憋压阶段,郑庄区块煤层气直井合层排采速率以液柱压力降幅0.12~0.20 MPa/d或动液面降幅12~20 m/d为宜,既可实现煤层气增产,又可避免储层伤害。      

煤矿采动条件下煤层气储层模型及应用

煤矿区煤层气开发受煤矿采动影响,为实现煤矿采动条件下煤层气井产能数值模拟,抽象概化了采动条件下煤层气开发的地质模型,构建了采动条件下煤层气储层的数学模型,并通过对CBM-SIM软件二次开发,实现了采动条件下煤层气储层的数值模拟。在建模和数值解算软件开发中,基于采动离层量变化曲线公式构建了采动条件下储层渗透率变化曲线公式,利用采动井水位变化规律构建了储层漏失水量变化公式,利用时间卡机制解决了煤储层渗透率及漏失水量的动态求解和循环迭代过程中作为系数和边界条件的调用赋值,实现了渗透率随采动影响的动态变化、储层水漏失降压和储层产气的耦合解算。应用开发的软件对淮南矿区某矿采动条件下煤层气抽采井生产数据进行历史拟合和产量模拟应用,预测煤层气产量曲线与实际生产曲线基本一致,判定系数达到0.92。      

基于角点网格的煤层三维建模与可视化研究

在煤层气排采分析及数值模拟研究中,煤储层结构的三维建模是数值模拟和结果分析的起点,具有关键作用。三维长方体等传统网格,难以表达地层的起伏变化,角点网格具有表达起伏变化地层的优势。从煤层气动态可视化的角度出发,基于角点网格建立了煤储层三维地质模型。研究了角点网格模型的数据特点及生成角点网格的方法,采用C#编程语言并结合OpenGL图形接口,开发了煤储层三维可视化软件模型,利用该模型表达了山西省沁水盆地潘庄区块的煤储层地质构造。结果表明,角点网格适用于煤储层三维模型的构建,能较好的表达煤层的结构特征。      

黔西地区煤层埋深与地应力对其渗透性控制机制

基于黔西六盘水煤田和织纳煤田16口井36层次的试井资料, 采用地质统计分析等方法, 探讨了黔西地区煤储层渗透性的展布规律与地应力特征, 论证了煤层埋深与地应力对其渗透性的控制机制.研究表明, 研究区煤储层以特低渗-低渗透率储层(＜0.1×10-9m2)为主, 中渗透率储层(0.1×10-9~1.0×10-9m2)也占有相当大比例; 应力场类型在浅部表现为大地动力场型, 一定深度可能转化为准静水压力状态.煤储层渗透率及其埋深的负幂指数关系较为离散, 但在不同深度渗透率转折点与地应力场类型转变一致; 单井煤储层试井渗透率差异较大, 随地应力增大和埋深增加而降低, 平面展布受地应力强度控制由SW-NE具"低-高-低"发育规律.埋深对渗透率的控制实质是地应力的控制, 区域构造位置及其所处高应力场作用下的煤体形变与破碎致使孔裂隙压缩或闭合是该区渗透性差异的主要控制机制.      

缝洞型底水气藏水平井水侵动态数学模型与影响因素研究

在含有底水的气藏开发过程中,随着气体的采出,气井井底压力逐渐降低,底水会发生向上锥进的现象,严重影响产气。因此若能预先求得气井水侵动态,这对于开发底水气藏具有重要的意义。同时,与常规底水气藏不同,缝洞型底水气藏呈现出三重介质的特性,溶洞和天然裂缝较发育,其非均质性较强,气体渗流的过程更为复杂。通过采用渗透率变异处理储层中裂缝、溶洞的发育,考虑到裂缝和溶洞的存在仅改变了储集层的渗透率,同时在均质底水气藏水平井水锥动态计算方法的基础上,利用渗透率变异理论建立了缝洞型底水气藏临界产量和水锥突破时间公式,并对其影响因素进行了分析。根据所得公式可以近似求解缝洞型底水气藏中水平井的临界产量、见水时间以及见水位置,可用来指导实际缝洞型储层水平井的合理开发,延缓开发过程中底水锥进,延长见水时间,同时还可以确定见水位置为后续压锥及堵水调剖的实施提供依据。通过建立的数值模拟模型以及实际生产数据,验证了本方法研究的可靠性,数值模拟结果从直观上展示了缝洞型底水气藏水平井水锥研究的正确性。     

基于煤储层水力压裂动态渗透率变化的压裂效果评价方法及其应用

压裂施工曲线是反映压裂效果的重要依据,而压裂阶段储层渗透率的动态变化能够更直观地反映造缝效果。借鉴试井渗透率测试原理,建立一种压裂阶段储层动态渗透率定量评价方法,并将该方法应用到准南某区块2口煤层气井水力压裂效果评价中,获得压裂阶段储层动态渗透率曲线;同时采用G函数对压裂效果进一步评价。结果表明:动态渗透率曲线所反映压裂效果与G函数分析和基于排量、井底流压关系的评价结果吻合较好,能够反映储层内裂缝开启、延伸效果;其中,CMG-01井通过实施煤储层与围岩大规模缝网改造,压裂阶段储层渗透率最高达到2.5 μm2,造缝效果良好;而CBM-02井实施煤储层常规水力压裂,储层渗透率保持在1.8 μm2之下,显示出煤储层常规水力压裂与煤储层?围岩大规模缝网改造的差异性。动态渗透率定量评价方法弥补前期压裂改造效果缺乏量化评价的不足,为煤层气/煤系气储层水力压裂工艺的优化提供依据。      

Relative permeability of CBM reservoirs: Controls on curve shape

Relative permeability to gas and water for 2-phase flow coalbed methane (CBM) reservoirs has long been known to exhibit a strong control on (gas and water) production profile characteristics. Despite its important control on both primary and enhanced recovery of CBM for coal seams that have not been fully dewatered, relative permeability in coal has received little attention in the literature in the past decade. There are few published laboratory-derived curves; these studies and their resulting data represent a small subset of the commercial CBM reservoirs and do not allow for a systematic investigation of the physical controls on relative permeability curve shape. Other methods for estimation of relative permeability curves include derivation from simulation history-matching, and production data analysis. Both of these methods will yield pseudo-relative permeability curves whose shapes could be affected by several dynamic CBM reservoir and operating characteristics.The purpose of the current work is to perform a systematic investigation of the controls on CBM relative permeability curve shape, including non-static fracture permeability and porosity, multi-layer effects and transient flow. To derive the relative permeability curves, effective permeability to gas and water are obtained from flow equations, flow rates and pressure data. Simulated cases are analyzed so that derived and input curves may be compared allowing for investigation of CBM reservoir properties on curve shape. One set of relative permeability curves that were input into the simulator were obtained from pore-scale modeling. Field cases from two basins are also examined and controls on derived relative permeability curve shape inferred. The results of this work should be useful for future CBM development and greenhouse gas sequestration studies, and it is hoped that it will spark additional research of this critical CBM flow property.     

山西沁水盆地中-南部煤储层渗透率物理模拟与数值模拟

通过对山西沁水盆地中南部上主煤层宏观裂隙观测,力学参数测量和应力渗透率实验,分别建立了裂隙面密度、裂隙产状、裂隙宽度与煤储层渗透率之间的预测数学模型;利用FLAC—3D软件,模拟了该区上主煤层内现代地应力状态,结合煤层气试井渗透率资料,构建了应力与渗透率之间关系预测的数学模型,并对该区上主煤层渗透率进行了全面预测。通过吸附膨胀实验,揭示了各煤类煤基质的收缩特征,构建了有效应力、煤基质收缩与渗透率之间的耦合数学模型,并对煤层气开发过程中渗透率动态变化进行了数值模拟。     

不同煤阶煤层气运移通道的差异性研究

不同煤阶运移通道的差异性研究可对煤层气开发工艺的选择和参数的确定具有重要的理论意义和指导生产的实际意义。利用达西渗流理论,判定了煤层气流态和渗透率之间的关系,进而借助实验室方法测定了不同煤阶煤储层的渗透率,最终利用煤层气流态建立了煤储层渗透率与运移通道的关系,总结出了不同煤阶煤层气运移通道的差异性：①低煤阶：煤储层运移通道是基质孔隙起主导作用;②中煤阶：煤储层运移通道是割理、裂隙并重;③高煤阶：煤储层运移通道是裂隙起主导作用。     

高煤级煤储层煤层气产能“瓶颈”问题研究

基于山西沁水盆地高煤级煤储层宏观裂隙、显微裂隙的连续观测,孔隙的系统测量,结合应力渗透率、气-水相对渗透率、吸附膨胀等实验成果,分析了高煤级煤储层三级渗流特征,探讨了有效应力和煤基质收缩对高煤级煤储层渗透率的耦合作用,系统揭示了在地面排水降压开发煤层气的过程中,高煤级煤储层初期产气量高,数月后急剧衰减之“瓶颈”现象,找出了造成高煤级煤储层产气缺陷的根本原因。鉴于高煤级煤储层物性的特殊性,指出了高煤级煤储层煤层气开发的技术和措施。