煤储层的渗透性及其分级与分类

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煤储层的渗透性及其分级与分类 I l=苏现波方文东 (工学院雁面 焦 5 0) (怍 趸讦雨 焦作化石再 j怍4 00焦市 4

摘要

在对煤层储集层渗透性的基本概念、影响因素和研究方法论述的基础上，提出 7煤储

层分级、分类方案 .

关键词中围法分类号

量的查鳖 墨坌竺墨生一璺兰t 1 . P 618 1 0 21 D7 22 3

.

0引

言—

储层的渗透性决定了煤层气的可勘探开发性及工艺的选择 .与常规油气储层相比，煤层气储层是、一一

种相对较致密的储层 .在开发过程中，渗透率不断发生变化，这是由煤层的力学性质以及诸如地应

力、Kl kn eg效应、基质收缩效应 Il影响所致，由此造成常规油气储层的分级、分类不能用于 i e br n l的煤储层 .这就为煤储层的评价带来了不便 .为此，作者根据煤储层的特点，首次提出了一套分级、分类方案 .以同广大煤层气工作者商榷

l煤层气储层的渗透性1 1渗透性的基本概念

储集层的渗透性是指在一定压力羞下 .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

渗透率有绝对渗透率、有效渗透率、相对渗透率之

分单相流体充满整个孔隙，且流体不与煤发生任何物理化学反应时，测出的渗透率称绝对渗透率当储层中有多相流体共存时，煤对其中每一相流体的渗透率称有效渗透率相对渗透率是指当储层中有多相流体共存时，每一相流体的有效渗透率与其绝对渗透率的比值可见有效渗透率和相对渗透率不仅与煤的结构有关，而且与每一相流体的饱和度、岩石润湿性和流体性质有关12渗透率的影响因素 .

对常规油气储层而言，渗透率基本上为一固定值，即由自身的孔隙结构和裂隙特征决定 .尽管近规有人认为随油气的开采，原来的平衡状态被破坏

,导致渗透率发生变化，但这些变化与煤储层相比小得多煤层气储层的渗透率除受自身裂隙发育特征这一内部因素控制外，开采煤层气过程中外界条

嘘稿日期： 1 9— 11 9 80—0

第一作者：苏现渡，男，1 6 9 3年生。工学硕士 .哥教授 J*国家自 j科学基盎资助项目。编号：4 7 2 2 ; ! l 900 7

第 2期

苏现渡：煤储层的渗透性及其分级与分类

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件的改变也可对之产生强烈影响随煤层气的开采，渗透率的变化幅度可达两个数量级外部条件对渗透率的影响是通过煤储层自身形变而实现的，这与煤软而脆、低杨氐模数的力学性质有关外部条件，特别是应力条件的改变最易引起其变形 .渗透率的外部影响因素主要有以下 3种 .1 2. . 1有效应力

有效应力是总应力与储层流体压力之差 .垂直于裂隙方向的总应力减去裂隙内流体压力，所得的有效应力称为有效正应力，它是裂隙宽度变化的主控因素 .有效应力的增加，导致裂隙宽度减小，甚至闭合，使渗透率急剧下降 .S metn等人[实验研究发现有效应力 ( )与渗透率 (K )存在如 o ro 2 下关系：K= 10 . 3× 1 ‘ 0 03 () 1

可见有效应力与渗透率之间存在幂函数关系，随有效应力增加，渗透率下降， Mc e出了更为完善的关系式 _: k e给 3 JK= Kox ( 3 pA ) e p一 c a () 2

式中：

K——绝对渗透率；

A a——有效应力增量；

K0—初始绝对渗透率；—=

c p——孔隙体积压缩系数 .

吉×詈——流体压力 .

( 3 )() 4

式中：

——孔隙度；=￣ ep一 C x( Aa )

对上式积分得

由上式可知，随应力的变化，基质孔隙体积发生收缩 . W as引入了“力渗透率”参数 7 l l压=

专普

( 5 )() 6

给出关系式

K= K0x (c ep; Ap)

煤特殊的力学性质决定了其孔隙体积压缩系数比岩石的大，且变化范屡宽

有效应力显然与储层初始应力 (原应力)和流体压力有关 .原应力的野外测定比较困难 .对煤层而言更为复杂，

一般是在钻孔中测定煤层顶底板砂岩或灰岩的原应力，近似视为煤层的原应力 .这一应力有两部分组成 .一是由重力效应引起的，即盖层应力；另一部分是侧向应力，由构造应力和盖层应力的水平分量组成n

盖层应力可分解为垂直应力和水平应力，二者关系为

丁二 v _ ——泊松比.

【 7 J

式中：

——自重引起的水平应力；——

自重引起的垂直应力；地质时期流体压力是由盖层厚度和静水压力控制

流体压力可通过压力传感器在钻孔中直接测得的，短时间内钻孔排放可使之迅速改变1. 2 Ki k n eg效应 2. i ebr n

当气体在多孔介质中流动时，由于流体的粘滞性，造成接近固体表面的层流速率近于零但有些气体不存在这种现象，只存在分子滑移现象，这种现象由 Kl kn eg效应所致在低渗多孔介质中 i e br n由于气体分子平均自日通道与流体通道在一个数量级上，气体分子就与通道壁相互作用 (撞 )从 碰，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体分子间的相互作用产生的效应称 t] kn eg效应<i eb r nK= K0 1 ( )

这种由气体分子和固

可由下式定量描述 l l() 8

焦

作

工

学

院

学

报

19 9 8年第 l 7卷

式中

K。—初始绝对渗透率—

K——枧渗透率； b—— Kl k n eg系数 i e br n() 9

P——平均气体压力；

其中式中：

b=

v厂——流体通道宽度 R——气体常数； T——绝对温度 .

c——常数 (多取 0 9; .)——

流体粘度；

M——流体分子量；透率的增量为 K(穆)= K0/ 滑 bp

i e br n可见 b不仅与气体性质有关 .而且与储层特性和温度有关 .由上式可知，由 Kl k n eg效应造成渗 (0 1) 12 3基质收缩效应 ..

实验表明，煤体在吸附气体或解吸气体时可引起自身的膨胀与收缩 .煤层气开发过程中，储层压力降到临界解吸压力以下时 .煤层气便开始解吸 .随着气体解吸量的增加，煤基质就开始了

收缩进程 .由于煤在侧向上是受围限的，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 .基质沿裂隙的收缩造成水平应力下降 .有效应力相应减小，裂隙宽度增加，渗透率增高.K(缩)= K(测 K o K ( )= K( ) Ko— K o× b t收实 ) 滑穆实一/, ( 1 1)

由于煤自身解吸使渗透率改变，可用下式表达△ (应 K基质变)=口△V (/V )△V V= Vd/ Vd= VL ( . P) P/ P1+ 因此△K (应基质壹)= n卢 = AVd (2 1) ( 3 1) ( ) 1 ( 5 1)

式中：

AV——基质体积变化量； V——基质体积；V I P1 、.——

Vd—解吸量；— a——取决于煤体性质的常数，A= a . 、口

L n mur积和压力； a g体

由于煤自身的性质不同 .其收缩率也不尽相同 .有些几乎没有收缩，而有的收缩率却相当高 . 以上 3种因紊对煤储层渗透率的影响程度，囡煤自身性质不同而不同对低收缩率或不收缩的煤

储层，主要受有效应力影响，随有效应力增加，渗透率下降 .而高收缩率煤储层，由于基质收缩占主导地位，随解吸收缩加强，渗透率增高 .但 K lkn e效应总是引起渗透率有一增量 l ebr n g以上 3种因紊对煤储层渗透率的影响可用图 1、图 2表示…,

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图 …… 此处隐藏：6175字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……