煤层渗透率变化规律和气润湿反转方法提高煤层气产量研究

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绝对渗透率是描述岩石中流体渗流能力的参数,同时也是影响煤层气产量的一个重要参数。而煤层气有别于常规天然气,其主要以吸附方式赋存于煤储层中,煤储层基质渗透率极低,流体渗流能力主要取决于天然裂缝。在煤层气开采过程中,煤层气要经过解吸、扩散和渗流等复杂过程,同时还伴有一系列复杂的煤层应力变化,煤层绝对渗透率变化规律难以简单的用常规储层方式来描述,研究煤层绝对渗透率变化规律对于研究和预测煤层气产量至关重要;目前提高煤层气产量的技术主要有:水力压裂改造技术、注二氧化碳置换驱替甲烷技术和定向羽状水平井技术,但是上述增产技术都有本身无法解决的不足且其增产机理相对于中国煤层具有不完善的特点,因此开展提高煤层气产量新方法理论研究对于提高煤层气单井产量和采收率有着及其重要的意义。本文主要进行了以下几个方面的研究:在前人的基础上,系统的总结了煤层渗透率的三个影响因素,有效应力,基质收缩/膨胀作用和滑脱效应;此外通过实验进行了煤层渗透率变化规律研究,分别考察了有效应力,孔隙压力以及吸附不同气体条件下对煤层渗透率的影响。分析了现有煤层渗透率计算方法的主要特点及其存在的问题;在对煤层的受力条件分析基础上,引入了垂直方向膨胀支撑应力概念,并修正了煤层有效应力公式,通过在单轴约束条件下的应力-应变关系,推导出了一种新的考虑膨胀应力的煤层渗透率动态计算方法。并以现场测井数据和实验数据为例,分别用现有不同渗透率计算方法进行了预测和计算,结果表明:本文推导的煤层渗透率动态计算方法较现有方法具有更好的预测精确度。此外,通过分析表明:不考虑膨胀应力的影响会造成开采中后期渗透率预测值较实际值偏大。调研了国内外煤层气的增产措施以及提高采收率技术,系统分析了现有各种方法的优缺点。提出通过改变煤层的润湿性来提高煤层气的产量以及采收率的新方法,并研究了气润湿反转方法的增产机理,分析表明:当煤层的润湿性由亲水变为憎水后,在气驱水过程中,毛管压力也由驱替阻力变为驱替动力,从而对流体的流动起到推动作用,有利于煤层气产量以及最终采收率的提高。研究了煤层的普遍润湿性规律,通过测量气润湿反转前后天然煤样和人工煤样的润湿角表明:气润湿反转剂可以改变两种煤样的润湿性,将煤样的亲水程度降低或者转变为气润湿。煤样自吸实验结果表明:煤样经过化学剂处理后,润湿角发生改变从而引起毛管压力的变化,进而导致煤样自吸水量大幅减小。进行了气润湿反转前后煤样气驱水实验,通过数据处理得到了气水相渗曲线及其主要特征点,通过对比可知:气润湿反转后气驱水过程中气相相对渗透率有所增加,特别是在残余水饱和度下的气相相对渗透率有所增加;此外,气驱条件下残余水饱和度有所降低。实验结果表明气润湿反转技术可以提高煤层气产量以及采收率。
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