煤基质收缩对渗透率影响的实验研究.pdf

第 “卷 第期中国矿业大学学报 ’ 文章编号 “ “ A B C D E “ A 煤基质收缩对 渗透率影响的实验研究 傅雪海“F李大华F秦勇“F 姜波“F王文峰“F李贵中“ D “ ’中国矿业大学 资源与地球科学学院F江苏 徐州 “ G H ’重庆煤田地质研究所F重庆C C E 摘要在具有围限压力的情况下进行了煤岩体氦气和甲烷渗透率的平行实验H采用控制有效应 力的方法F消除了因流体压力降低和气体解吸引起的渗透率变低问题H同时F利用克林伯格公式F 校正了因气体分子沿壁面滑移而受影响的渗透率F并定量地推导了煤基质收缩引起的渗透率变 化情况’结果表明渗透率增量随绝对渗透率的增加而增大F随流体压力的减少而呈对数形式减 少H煤岩体氦气的绝对渗透率大于甲烷的克氏渗透率F在有效应力不变的情况下F流体压力愈小F 滑脱效应愈明显H滑脱效应引起的渗透率增量越大H氦气滑脱效应大于甲烷’ 关键词煤基质H收缩H渗透率H煤储层 中图分类号IB “ G ’ “ “文献标识码J 我国煤储层试井渗透率普遍偏低K “ LF尤其是气 产量很快衰减F严重制约了我国煤层气勘探开发的 步伐F是目前亟待解决的重大课题’国外理论和实 践表明F煤储层在排水降压过程中F随着甲烷的解 吸M扩散和排出F煤基质收缩F煤储层渗透率将不断 得到改善K N LF然而F我国关于煤基质收缩对渗透 率的影响实验尚未见诸报道’ O 实验部分 O ’ O 煤样制备 实验煤样采自我国目前煤层气勘探开发最有 前景的沁水盆地中N南部晋城M潞安和其外围的霍 州矿区F宏观煤岩类型为裂隙发育中等的半亮煤P 半暗煤F煤类为肥煤P三号无烟煤F镜质组反射率 Q F R. S从 ’ G A T到 ’ G U T’ 沿层面方向在大煤块上 钻取直径为V RRF高为“ RR的大圆柱样F加 工精度按国际岩石力学学会D W X Y 9E推荐的标准 进行K C L’ O ’ Z 实验方法 与常规天然气藏不同F在煤层气开采过程中F 煤储层的气相渗透率不仅受应力和气体滑脱效应 的影响F而且还受到由于气体解吸而引起的煤基质 收缩的影响’ 为了证实煤基质收缩对渗透率的影响F需要在 不同压力下进行渗透率实验’压力降低F气体发生 解吸F煤基质出现收缩F渗透率发生变化’但是气体 压力降低F会导致有效应力增加F裂隙被压缩F渗透 率减少H气体分子与流动路径上的壁面相互作用F 引起克林伯格效应F渗透率增大K V L’有效应力效应M 气体滑脱效应和煤基质收缩效应同时发生’为了计 算出煤基质收缩的影响F需要消除另外两种因素的 影响或是估算出其影响程度’ O ’ [ 氦气和甲烷渗透率平行实验 本次对B个煤样进行了氦气和甲烷渗透率的 平行实验F在有效应力9I .不变的情况下F每个 压力点下氦气渗透率均大于甲烷渗透率D表“ F图 “ E H流体压力增加D围压相应增大E F平均压力倒数 减少F气相渗透率降低D图“ E F逐渐趋于一定值 PP克氏渗透率’ 收稿日期 “ U 基金项目国家自然科学基金资助项目D C A A U V E 作者简介傅雪海D “ A B V E F男F湖南省衡阳县人F中国矿业大学高级工程师F工学博士F从事地球探测与信息技术方面的研究\ 万方数据 表不同流体压力下煤岩体气相渗透率测试成果 “ A B CDEF ; 9 GH 9 G B CIEF ; 9 GH 9 G B CJEF ; 9 GH 9 G B CKEF ; 9 GH 9 G 晋城成庄矿 DI L M NO L K N J I D L J K DP L P N I D K L J M IK L I A I D I L M K MK L A N N D I L A K KK L A D D 高平望云矿 II L D NA L K K DA L Q P OA L K O JA L Q A DA L K I AA L K O JA L J Q PA L K M DA L J Q K 潞安常村矿 JI L D AA L A I OA L A N Q OA L A J O D A L A Q J NA L A J M Q A L A K Q QA L A J I Q A L A K I AA L A J D P 潞安五阳矿 KD L M OA L A J NA L A Q D QA L A J P Q A L A K J QA L A J P K A L A K D OA L A J P D A L A K A QA L A J K P 沁源沁新矿 QD L P QA L I K MA L J O KA L I P NA L J I PA L I K KA L J A NA L I D DA L I O JA L I D A 霍州李家村矿 PA L M OA L D J DA L D O AA L D K JA L D K PA L D J KA L D J MA L D I OA L D J IA L D I M 注R渗透率单位9 D A SJT IU下标 代表V气9 H代表H K气9下同W L 图D V和H K渗透率与平均压力倒数的关系 U I号煤样W X Y G L D Z [ V\ V ] ; Y 8 _ ‘ [ Y a8 b a V \ V ; c Y ] Y d8 b [ V ] Y e ; _ f V [ ; _ V 8; g V \ ; G Va \ V ‘ ‘ e \ V\ V h Y a \ 8 h ; ] U h 8 ; ] ‘ ; a ] V_ e c V \I W i 数据处理 i L 有效应力的控制 使加在煤样上的有效应力保持不变9以消除应 力对裂隙压缩的影响9有效应力为 jVC BhSk B; g9U D W 式中Rj V为有效应力9 EF ; l Bh为围压9 EF ; l k为有 效应力系数或c 8 Y 系数l B ; g为平均压力9即进口压 力与出口压力的平均值L随着气体压力的变化9时 刻调整围压使有效应力保持恒定L i L i 克林伯格系数m 气相渗透率实验是在美国Z V \ \ ;Z V n公司生 产 的 全 直 径 岩 心 流 动 仪U o[ 8 ] VH 8 \ VX ] 8 p q d ‘ V W 上进行9参照岩心常规分析方法r P s9在有效 应力保持IEF ;不变的条件下9分别测量流体压 力为A L Q 9 D L A 9 D L Q 9 I L A 9 J L A 9 K L AEF ;下的气体流 量9由式U I W计算出每一个压力点下的气相渗透率9 考虑煤对甲烷的吸附性9每个压力点下稳定时间由 I[增加到D I[ L 即 GC I BAtGuGvwD A I xU B I DSB I AW 9U I W 式中RG为每个压力点下气相渗透率9 D A SJT I l tG为大气压下气流量9 h J ‘ l u G为在测定温度下 V或H K的粘度9 F ;y‘ l v为煤样长度9 h lx 为煤样横断面面积9 h IlB D为进口压力9 EF ; lBA 为出口压力9即大气压9 EF ; L 气体克氏渗透率由式U J W给出9即 GC ADz { B|}; g 9U J W 式中R A为克氏渗透率9因氦气与煤之间几乎不发 生物理化学作用9氦气的克氏渗透率即为绝对渗透 率l {为克林伯格系数L {与气体性质孔隙结构有 关9即 { C D P u “ I 7 y‘ l “为煤样 裂隙宽度9 T l g LU P W 每个压力点下9由煤吸附膨胀效应引起的渗透 率变化U q W表示为R q C H 9 GSAS q *C AJD 中国矿业大学学报第J D卷 万方数据 “ * 8 6 A 9 B9 * C 6 ; 6 E 9 B9 FA ; G 6 F 9 G 9 H I JK LM9 M - N / 式中 LM M为拟合系数-表1 /O 低压时滑脱效应较明显当压力大于134 * 以后逐渐减弱,煤基质吸附膨胀效应引起的渗透 率增量随流体压力的增加而呈对数形式减少即2 H I JKL1; P1- Q / 式中 L1 1为拟合系数-表1 / , “ E 9 AB* x * 9 * C ; G E * ; s u t , 5 G 9 ; M Q N o - o U / 2 N M o S N 1 ’ , s R t { I v 3, “ BB6 6 F * F 6 | * A ; * C * F A 6 9 ; F F ; * x 9F G * C 6 ; 6 F 9 w } E G B9 E x E 8 * * E 6 - 7, “ z } / w A F 24 9 * B 4 9 M Q N M , s U t 钱凯赵庆波,煤层甲烷气勘探开发理论与实验测 试技术s 3t ,北京2石油工业出版社 M Q Q o , M . M S M . W , s o t I n 7 U W W o S M Q Q o 岩心常规分析方法s I t ,中华人民 共和国石油天然气行业标准, -下转第M W .页/ MWM 第1期傅雪海等2煤基质收缩对渗透率影响的实验研究 万方数据 “ 李强王正志基于小波分析的噪声抑制和数据 压缩 综 合技术 5 6 A ; C 6 B H M F bE O 0 B B 5 0 B M F bE O 6 A ; C 6 B H cP8d 6 A ; C 6 B H e 8VV8 6 A ; C 6 B H 0 B 4 ; . ; 5 C 4 5 C B ; 9 ; 5 4 O 5 C 4 D A ; 4 5 f4 ; 5 0 ; ; 5 ; C 0 6 ; 6 6 A ; C 6 B H9 ; 5 ; 6 S 0 B A f6 B C 6 4 6 C F 8N 8F E 8O6 90 H 4 2 D ; ; 5 0 0 ; 6 S 0 A H C 6 ; 5 940 B ; 5 4 ; . ; 5 C 4 5 A 0 A H C 6 ; 5 92 0 4 ; 6 S 9 ; 5 4 hi jk l ] m [ ,C 0 0 C C 9 A D B U 0 A V0 ; C 6 gE 5 C 6 B 1 0 H BQ C 9 0 2 6 A 6 ; 3 M P W D . 5 0 6 ’a G N 0 . 5 D 0*pG dq B H’ 6 ; D ; U 0 A e A H 3 U 5 C C 9 0 2 6 A 6 ; 35 A 6 D 9 0 B 9 ; 5 0 B D B C 6 B 6 B H C 4 4 D C f C 0 C C 6 D ; ‘ 3 ; 6 S 4 ; C 4 4 ; 5 C A D 6 C 4 4 D C C 0 4 6 B H0 B H 0 4 4 C ; 6 A D B 2 34 A 6 0 H H 0 4 9 A D A 0 A B H; 5 C C 0 ; D C f0 A A f0 4 C 9D A 0 0 B ; 5 0 A . 90 ; C 6 g . 4 5 C 6 B 1 0 H . 6 B D 5 0 B H C 9 0 2 6 A 6 ; 3f0 4r D 0 B ; 6 ; 0 ; 6 S A 3 D O 5 C 4 D A ;4 5 f4; 5 0 ;; 5 C 9 0 2 6 A 6 ; 3 6 B C 9 B ;6 B D 2 3 0 A90 ; C 6 g 4 5 C 6 B 1 0 H 6 B C 0 4 4f6 ; 5 ; 5 6 B C 0 4 0 2 4 A D ; C 9 0 2 6 A 6 ; 30 B C 0 4 4 6 BA A D 6 C 4 4 D C nO 5 0 2 4 A D ; C 9 0 2 6 A 6 ; 3 5 A 6 D 9 6 4H C 0 ; C ; 5 0 B; 5 0 ; 9 ; 5 0 B hi jk l ] m [ , 0 A 90 ; C 6 g n4 5 C 6 B 1 0 H n C 9 0 2 6 A 6 ; 3 n 0 A C 4 C S 6 D C JL’ 第*期杜培军,F 8N 8F E 8O图象滤波的研究 万方数据