高煤階煤層氣儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化課件

1、高煤階煤層氣儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化特征及對(duì)單井產(chǎn)量的影響 匯報(bào)人：高 為 導(dǎo) 師：桑樹勛 教授 2011.4.10第1頁，共22頁。 一、煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化的影響因素分析 二、煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化的物理模擬 三、煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化對(duì)單井產(chǎn)量的影響 四、結(jié)論匯報(bào)提綱第2頁，共22頁。 煤層氣井排采過程中, 煤層中流體不斷產(chǎn)出, 流體壓力下降, 引起煤層應(yīng)力的持續(xù)變化從而導(dǎo)致煤儲(chǔ)層物性改變, 嚴(yán)重影響煤層滲透性和氣/水流動(dòng), 煤層氣難以解吸, 單井產(chǎn)量達(dá)不到理想狀態(tài)。 加強(qiáng)開發(fā)過程中滲透率動(dòng)態(tài)變化特征研究將對(duì)優(yōu)化煤層氣井排采工作制度、提高單井產(chǎn)量有著重要意義。第3頁，共22頁。一、煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)

2、變化的影響因素分析 煤層氣在開發(fā)過程中產(chǎn)量變化一般分為3個(gè)階段: 階段：排采初期, 煤層主要產(chǎn)水, 同時(shí)伴隨有 少量游離氣、溶解氣產(chǎn)出; 第4頁，共22頁。一、煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化的影響因素分析煤層氣在開發(fā)過程中產(chǎn)量變化一般分為3 個(gè)階段: 階段：當(dāng)煤層降至臨界解吸壓力以下時(shí), 煤層 甲烷分子迅速解吸, 然后擴(kuò)散到裂隙中, 表現(xiàn)為產(chǎn)氣量逐漸增大, 產(chǎn)水量逐漸減 小; 第5頁，共22頁。一、煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化的影響因素分析煤層氣在開發(fā)過程中產(chǎn)量變化一般分為3 個(gè)階段: 階段：隨著采出水量的增加、生產(chǎn)壓差的進(jìn)一 步增大, 煤層中含水飽和度相對(duì)降低, 變?yōu)橐援a(chǎn)氣為主, 并逐漸達(dá)到產(chǎn)氣高峰, 產(chǎn)水量

3、則相對(duì)穩(wěn)定在一個(gè)較低的水平上。第6頁，共22頁。 煤儲(chǔ)層是一種雙孔隙介質(zhì)，其滲透率主要受應(yīng)力敏感性、基質(zhì)收縮和克林肯伯格效應(yīng)的綜合影響。應(yīng)力敏感性：排水、采氣過程引起煤層孔隙內(nèi)流體壓力下降后,煤層骨架所承受的有效覆壓增加,儲(chǔ)層受到壓縮,基質(zhì)孔隙變小、天然微裂縫閉合,導(dǎo)致滲透率下降的現(xiàn)象?；|(zhì)收縮：煤層氣的解吸產(chǎn)出造成煤基質(zhì)收縮, 孔、裂隙空間擴(kuò)大, 滲透率增大。克林肯伯格效應(yīng)：在滲透率較低,氣體分子自由流動(dòng)的平局展布與通道展布一致時(shí),氣體分子會(huì)與通道壁發(fā)生碰撞,而促進(jìn)達(dá)西流動(dòng)的效應(yīng)。第7頁，共22頁。 綜上可知： 在煤層氣開發(fā)初期單相流階段：隨著煤層水的排出,有效應(yīng)力效應(yīng)導(dǎo)致煤儲(chǔ)層裂隙寬度變窄

4、,滲透率降低; 當(dāng)儲(chǔ)層壓力降到臨界解析壓力之下：煤層氣開始解吸,煤基質(zhì)收縮效應(yīng)逐漸加強(qiáng),使得裂隙變寬,滲透率出現(xiàn)反彈; 在開發(fā)后期,儲(chǔ)層壓力已降至較低水平：低壓條件下氣體克林肯伯格效應(yīng)更加明顯,有利于改善煤儲(chǔ)層滲透率.第8頁，共22頁。二、煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化的物理模擬1.原地受力分析 煤層在水平方向上受水平壓力的作用, 一般小于垂向壓力。在煤層中任意選擇一個(gè)水平面, 在平面垂向上煤層受4 個(gè)力: 向下的上覆地層壓力Pz ; 向上的氣體壓力Pg ; 向上的煤基質(zhì)承受的力Ps ; 向上的裂隙系統(tǒng)內(nèi)水的壓力Pw.第9頁，共22頁。二、煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化的物理模擬由受力分析可得：煤基質(zhì)承受的力Ps

5、為 Ps = Pz - Pg - Pw 在排水降壓初期,Pw急劇降低, Pz維持恒定, Pg可以忽略, 導(dǎo)致Ps增加, 即作用在煤層基質(zhì)上的有效壓力增大; 隨著排采進(jìn)一步深入, 井筒內(nèi)液面較穩(wěn)定,Pw基本維持恒定, 解吸半徑擴(kuò)大, Pg明顯增大, 導(dǎo)致Ps降低。因此, 采用先增加、后降低有效壓力的方式模擬煤層氣開發(fā)的過程。 第10頁，共22頁。二、煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化的物理模擬2.滲透率變化物理模擬 2.1 實(shí)驗(yàn)樣品及實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)樣品取自沁水盆地南部高煤階3號(hào)煤層,3塊干煤樣孔隙度為2.90%5.05% ,煤巖原始滲透率為(0.0152.880)10-3m2。 煤芯的受力分析表明, 圍壓P可

6、以直接表征煤基質(zhì)的有效壓力Ps, 因此,改變煤樣的凈圍壓能夠模擬地層有效壓力的變化。實(shí)驗(yàn)中, 測(cè)量滲透率隨圍壓變化的情況并分析儲(chǔ)層應(yīng)力敏感的程度。第11頁，共22頁。二、煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化的物理模擬2.滲透率變化物理模擬 2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 第12頁，共22頁。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(1)儲(chǔ)層滲透性呈不對(duì)稱“ U ”型變化規(guī)律。隨著圍壓的增加, 煤樣滲透率逐漸降低, 圍壓恢復(fù)過程中,滲透率有所恢復(fù)。例如2號(hào)巖芯, 當(dāng)有效壓力增加到10MPa時(shí), 巖樣滲透率僅為初始滲透率的1.6%;第13頁，共22頁。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(2)初始滲透率越低的樣品, 滲透率的降低幅度相對(duì)越大。這說明原始滲透率越差的儲(chǔ)層,

7、 受到的傷害也越嚴(yán)重。第14頁，共22頁。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:(3)當(dāng)有效壓力降低以后, 煤巖樣品的滲透率有所恢復(fù), 但是不能恢復(fù)到原始水平, 滲透率降低幅度均高于50%,相對(duì)于應(yīng)力敏感性最強(qiáng)的階段, 滲透率增大到46倍,煤儲(chǔ)層物性得到明顯改善。第15頁，共22頁。二、煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化的物理模擬 實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明, 煤層氣藏孔隙變形具有塑性變形的特征, 裂隙閉合后在卸壓過程中不易恢復(fù)張開, 其儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性具有明顯的不可逆性, 不可逆程度高于50%。在開發(fā)過程中, 初期應(yīng)力敏感性占主導(dǎo)地位, 儲(chǔ)層滲透性顯著降低, 隨著開發(fā)進(jìn)程深入, 基質(zhì)收縮效應(yīng)逐步增強(qiáng), 儲(chǔ)層滲透性逐漸恢復(fù)。第16頁，共22頁。

8、二、煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化的物理模擬 因此, 在煤層氣藏開發(fā)的初期, 單純?cè)龃笊a(chǎn)壓差, 可能會(huì)導(dǎo)致滲透率的急劇降低, 影響煤層氣井產(chǎn)量的提高; 隨著排采的深入進(jìn)行, 儲(chǔ)層物性開始反彈, 到氣田開發(fā)中后期物性易得到明顯改善, 有較好的產(chǎn)氣條件。這要求排采初期優(yōu)化排采工作制度, 使壓降漏斗最大程度進(jìn)行擴(kuò)展。第17頁，共22頁。二、煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化的物理模擬 減少儲(chǔ)層滲透性的最大降低幅度, 減少滲透性降低時(shí)間, 加快儲(chǔ)層滲透性恢復(fù)速度, 以及有效提高儲(chǔ)層滲透性恢復(fù)程度, 對(duì)于提高煤層氣單井產(chǎn)量至關(guān)重要。煤層氣排采過程中, 盡可能使得滲透率變化曲線“緩下凹、穩(wěn)抬升、抬升快、揚(yáng)起高”。第18頁，共2

9、2頁。三、煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化對(duì)單井產(chǎn)量的影響 煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化必然會(huì)導(dǎo)致煤層氣滲流規(guī)律及滲流量的變化, 進(jìn)而影響氣井的生產(chǎn)能力。 選用ECLIPSE數(shù)值模擬軟件中的煤層氣雙重介質(zhì)模塊, 選用網(wǎng)格大小為20m20m, 描述滲透率隨地層壓力降低的變化規(guī)律, 再與主模型ECLIPSE100耦合進(jìn)行模擬計(jì)算，分析煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化對(duì)單井產(chǎn)量的影響。第19頁，共22頁。 從模擬結(jié)果可以看出, 在相同的生產(chǎn)壓差下, 如果考慮煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化, 產(chǎn)氣量明顯減少，在生產(chǎn)壓差達(dá)到5 MPa時(shí), 氣井累計(jì)產(chǎn)量減少20%以上。第20頁，共22頁。四、結(jié)論 (1) 儲(chǔ)層滲透性在開發(fā)過程中呈不對(duì)稱“U”型變化規(guī)律, 開發(fā)初期應(yīng)力敏感性占主導(dǎo)地位, 儲(chǔ)層滲透性顯著降低, 隨著開發(fā)進(jìn)程深入, 基質(zhì)收縮效應(yīng)逐步增強(qiáng), 儲(chǔ)層滲透性逐漸恢復(fù)。當(dāng)有效壓力從2MPa 增加到10MPa, 其氣相滲透率降低到不足原始滲透率10%。有效應(yīng)力降低以后, 煤巖滲透率有所