第六章 煤储层的渗透性特征
第六章 煤储层的渗透性特征
煤储层渗透率是进行煤层气渗流分析的主要参数，在煤层气资源已查明的前提条件下，煤储层渗透率又是制约煤层气资源开发成败的关键因素之一。国外理论和实践表明，煤储层在排水降压过程中，随着水和甲烷的解吸、扩散和排出，有效应力效应、煤基质收缩效应，气体滑脱效应使煤储层渗透率呈现动态变化。
第一节 渗透性的基本概念
渗透性即多孔介质允许流体通过的能力。表征渗透性的量为渗透率。与渗透率有关的概 念有绝对渗透率、有效（相）渗透率和相对渗透率等。
一、绝对渗透率
若孔隙中只存在一相流体，且流体与介质不发生任何物理化学作用，则多孔介质允许流体通过的能力称为绝对渗透率。多孔介质的绝对渗透率与所通过的流体无关，只与介质的孔隙结构有关。煤对甲烷、水等流体存在较强的吸附性。因此，甲烷、水等流体通过煤储层时，测得的渗透率不能称之为绝对渗透率，只有不与煤发生任何物理化学作用的流体才能测得绝对渗透率，如氦气等惰性气体。但气体通过煤储层时，会引起Klinkenberg 效应（气体滑脱效应）即在多孔介质中，由于气体分子平均自由程与流体通道在一个数量级上，气体分子就与与流动路径上的壁面相互作用（碰撞），从而造成气体分子沿通道壁表面滑移。这种由气体分子和固体间相互作用产生的滑移现象，增加了气体的流速。因此，气体分子测得的渗透率需要经过滑脱效应校正才可得到绝对渗透率（克氏渗透率），即：
????
?
?+=m g p b K K 10 （6-1）
式中，K 0—克氏渗透率；p m —平均压力（实验煤样进口压力与出口压力的平均值）；K g —每一个测点的气测渗透率；b —与气体性质、孔隙结构有关的常数。对于气体在一根毛管内的流动来说，b 可由下式得出：
r
p
c b λ4=
（6-2）
m
d ρπλ2
21
=
（6-3） 式中，λ—对应于平均压力p m 时的气体分子平均自由程；r —毛管半径（相当于煤孔隙半径）；c —近似于1的比例常数；d —分子直径；m ρ—分子密度，与平均压力p m 有关。显然，b 值随气体分子平均自由程的增加而增大，随分子直径的增大而减少；克氏渗透率等于平均压力趋于∞时的惰性气体的气相渗透率，且与流体的性质无关，常被当作绝对渗透率。
二、单相渗透率
单相渗透率系指单相流体通过煤岩体孔、裂隙时的渗透率。通过测量煤岩样在一定压差下的流体流量，然后由达西定律计算出单相渗透率。气和水的单相渗透率计算公式如下：
()
2
0212
0102p p A L q p K g g g -?=μ （6-4） ()
12
10p p A L q K w w w -?=μ （6-5）
式中，K g —气测渗透率，2310m μ-；p 0—大气压，MPa ；q g —大气压下气流量，cm 3／s ；
g μ—在测定温度下CH 4的粘度，mPa ·s ；L —煤样长度，cm ； A —煤样横断面面积，cm 3； p 1—进口压力，MPa ；K w —水单相渗透率，2310m μ-； q w —大气压下水流量，cm 3／s ；w
μ—在测定温度下水的粘度，mPa ·s 。
国内外普遍采用的渗透率单位是达西，符号为D （它相当于SI 制单位的2m μ），1D 的物理意义是：当粘度为1cp （即：1mpa ·s ）的流体，在压差为1atm （0.098MPa ）作用下，通过截面积为1cm 2、长度为1cm 的多孔介质，其流量为1cm 3/ s 时，该多孔介质的渗透率就称为1D （达西）。实际上煤储层的渗透率往往较低，用1D 作单位太大，故常用千分之一达西，即毫达西mD （2310m μ-）作为单位。
傅雪海（2001）研究结果表明：煤岩体的He 气绝对渗透率大于CH 4克氏渗透率，CH 4
克氏渗透率又大于水单相渗透率（表6-1）
表6-1 煤岩体单相渗透率测试成果
三、有效（相）渗透率
若孔隙中存在多相流体，则多孔介质允许每一相流体通过的能力称为每相流体的相渗透率，也称为有效渗透率。当气、水两相同时在煤储层中流动时，可将某相流动视为它在固相及其它相组合而成的介质中流动，故仍可采用达西公式，只是单相渗透率以该相有效渗透率代替，于是便把多相流动中所产生的阻力都归结到该相流体的有效渗透率数值变化上。此时，气、水两相有效渗透率之和小于绝对渗透率。这是因为多相流体在煤储层中共同流动时的相互干扰。两相流动时，不仅要克服粘滞阻力，而且还要克服得毛细管力、附着力和由于液阻现象增加的附加阻力等缘故。因此，相渗透率不仅反映了煤储层本身的属性，而且反映了流体性质及气、水在煤储层中的分布以及它们三者之间的相互作用情况。
四、相对渗透率
有效（相）渗透率与绝对渗透率的比值称为相对渗透率。煤储层相对渗透率通常采用单相有效渗透率同气相（甲烷或氦气）克氏或绝对渗透率的比值。即：
0K K K we
rw =
（6-6） 0
K K K ge
rg = （6-7）
式中，rw K 、rg K 分别为水、气相对渗透率；we K 、ge K 分别为水、气有效渗透率；0K 为
气相克氏渗透率。
相对渗透率与多孔介质的结构有关，即与介质的有效孔隙体积、有效孔隙度、绝对渗透率等有关，同时还与该流体的饱和度及与该流体相伴随的另一相流体的特性有关，也与试样的饱和过程有关。与相渗透率一样，煤储层中气、水相对渗透率之和也低于100%。
五、三级渗流
煤储层系由宏观裂隙、显微裂隙、孔隙组成的三元结构系统，在排水降压开发煤层气过程中各结构系统压降程度不同，客观上存在着三级压力降，煤层气—水的运移也相应地存在着三级渗流场，即：宏观裂隙系统（包括压裂裂缝）—煤层气的层流~紊流场、显微裂隙系统—煤层气的渗流场、煤基质块（孔隙）系统—煤层气的扩散场，煤层气开发三个环节缺一不可，且气、水产能受制于渗流最慢的流场。
六、三种流态
根据渗流理论可将煤储层内的流体分为三种流态，即稳态、准稳态和非稳态。稳态是指储层内任一部位的流体压力不随时间和累计产量变化而变化；准稳态是指储层内任一部位的流体压力随时间和流体产量呈线性变化；非稳态是指流体压力随时间和流体产量呈非线性变化。
七、三种渗透率效应
煤储层在排水降压过程中，随着水和甲烷的解吸、扩散和排出，其渗透率存在有效应力效应、煤基质收缩效应和气体滑脱效应。
1、有效应力效应
有效应力（有效应力为垂直于裂隙方向的总应力减去裂隙内流体压力）是裂隙宽度变化的主控因素。有效应力增加会使裂隙闭合，使煤的绝对渗透率下降。渗透率越低，相对变化越大，有的减少两到三个数量级。
Mckee （1988）等给出了煤储层渗透率与有效应力的关系，即:
σ?-?=c e e K K 30 （6-8）
式中，Ｋe —一定应力条件下的绝对渗透率；Ｋ0—无应力条件下的绝对渗透率；c —煤的孔、裂隙压缩系数；Δσ—从初始到某一应力状态下的有效应力变化值。 2、煤基质收缩效应
气体吸附或解吸导致煤基质膨胀或收缩。煤层气开发过程中，储层压力降至临界解吸压力以下时，煤层气开始解吸，煤基质出现收缩。由于煤储层侧向上受到围限，煤基质的收缩不可能引起煤储层的整体水平应变，只能沿裂隙发生局部侧向应变，使煤储层原有裂隙张开，裂隙宽度增大，渗透率增高。 3、气体滑脱效应
气体与流动路径上的壁面相互作用，增加了分子流速，使煤的渗透率增大。由式（6-1）可知，气体滑脱效应引起的渗透率增量为：
m
p b
K K ?
=?0滑脱效应 （6-9） 式中滑脱效应K ?—气体滑脱效应引起的渗透率增量，其它符号同前。
第二节 煤层气的扩散与渗流
煤储层为一系列裂隙和孔隙组成的三元结构系统，在煤层气开发过程中，各级裂隙和各级孔隙之间存在着浓度差和压力差，在它们的作用下，煤层气发生扩散和渗流。
一、扩散
解吸是甲烷从煤颗粒内表面释放的过程，扩散是浓度梯度作用下甲烷分子的随机运动而形成的运移现象，描述的是甲烷从孔隙向显微裂隙的运移过程。
随煤基质块孔径大小的不同有三种扩散方式，即：① 整体扩散：分子—分子间的相互作用；②克努森型扩散：分子—孔壁间相互作用；③ 表面扩散：像液膜一样吸附的甲烷沿微孔隙壁运移。当孔隙直径大于气体分子的平均自由程时以整体扩散为主，当孔隙直径小于气体分子的平均自由程时以克努森型扩散为主，表面扩散作用受气体分子和孔壁表面之间的连续碰撞所控制，气体是作为吸附相运移的。整个扩散作用中，表面扩散作用最小。
煤基质显微孔隙内甲烷气体的扩散系在浓度差的驱动下进行的，若单位时间内通过单位
面积的扩散速度与浓度梯度呈正比，即（准）稳态扩散，遵循Fick 第一定律。即：
[]C D C D J ?-=?-= （6-10）
式中，J ，扩散速度；[D ]，扩散系数张量；?，哈密顿算符；C ，甲烷浓度；D ，扩
散系数，煤基质块体通常被看成各向同性体，即扩散系数D 为一常数。
所谓稳态扩散，就是浓度不随时间变化，即扩散速度仅取决于距离，与时间无关。则煤层甲烷从煤基块扩散进入煤层裂隙的量由下式来计算。即
)
((g m m m P C C V D q -=σ （6-11）
式中：m q —从煤基块中扩散出的甲烷量，m 3/d ；D —扩散系数，m 2/d ；σ —形状系数，m -2；m V —煤基块体积，m 3；m C —煤基块中甲烷的平均浓度，m 3/m 3；)(g P C ——基块与割理边界上的平衡甲烷浓度，m 3/m 3。
若煤层甲烷的扩散通量既随时间变化，又随距离变化，则称为非稳态扩散，则用Fick 第二定律来描述。即：
x
C D t C 2
2??=?? （6-12） 这是一个二次齐次方程，其解可由浓度C 、时间t 和距离x 的关系及边界条件、初始条件得出。
二、渗流
实验测试表明：裂隙缝宽在0.1~10um 内煤层甲烷呈缓慢的层流（在流速较低的情况下，流线呈直线型，与周围流体互不掺混）；在1.0~100um 内呈剧烈的层流；在大于100um 的裂隙中才出现紊流（由一系列各种尺度的随机涡所组成的流动）。围限压力下煤储层的裂隙宽度最大不超过数十微米，甲烷很少进入大雷诺数下的非线性渗流状态。煤层甲烷在煤储层裂隙中的流动是在压力差的驱动下进行的，可当作
线性渗流，遵循达西定律。即：
[]P K V
?=
（6-13）
式中，V ，甲烷渗流速度；[K ]，渗透率张
量；?，哈密顿算符；P ，流体压力；μ，流体粘度。
煤层气井揭露煤层后，在排水降压作用下，煤层气的产出大致要经历三个渗流阶段（图6-1），即：① 单相流阶段：井筒压力大于临界解吸压力，只有水的单相流动；② 非饱和流阶段：水与不连续甲烷气体混合流动；③ 两相流阶段：连续甲烷气体与水混合流动。随着水体的不断排出，井筒内压力逐渐降低，当临界解吸压力大于井底流动压力时，甲烷气体开始解吸，水
相渗透率不断降低，气相渗透率逐渐增大。 图6-1煤层气产出的三个渗流阶段(Terrald ，1996)
煤层气井揭露煤层后，在排水降压作用下，煤储层原有的压力平衡被破坏，形成了煤
层气流动场，流场近于椭圆形（图6-2）。流场内煤层气来源于煤储层本身的解吸，流场中
任何一点的流速和压力将随时间而变化。气井附近裂隙内的游离甲烷首先被涌出，随后煤基
质块显微孔隙的气相甲烷通过显微裂隙向裂隙内扩散，其压力逐渐降低，化学势减小，变得
低于吸附相的化学势，破坏了原有的吸附平衡状态，煤Array基质块内显微孔隙、显微裂隙中的吸附相甲烷将解吸成
气相甲烷，并发生吸热效应，使气相甲烷和周围环境温
度降低。理论上煤基质块显微孔隙及显微裂隙内的吸附
相甲烷化学势始终高于其气相甲烷，而显微裂隙内的气
相甲烷又始终高于裂隙内的气相甲烷，即始终处于不平（1）面裂隙；（2）端裂隙；（3）显微裂隙
衡状态，以保持不断解吸出甲烷并经裂隙流向煤层气井，（4）煤基质块；（5）渗流椭圆
当然整个过程是连续进行的。图6-2 煤层气渗流场
三、煤层气的扩散、渗流特征
1）断层、人工压裂裂缝和大、中裂隙内煤层气呈层流或紊流，小裂隙、微裂隙、显微裂隙和大、中孔隙内呈层流；
2）孔、裂隙介质单位体积内的表面积大，表面作用明显，任何时候都要考虑粘性作用；
3）煤层气的地下流动往往压力较大，煤层又为软弱岩层，因而不仅要考虑流体的压缩性，还要考虑煤的压缩性；
4）煤孔隙形状分布复杂，毛管力作用较普遍，有时还要考虑分子间的作用力和附加毛管力；
5）煤层气渗流首先是煤层甲烷的解吸，解吸过程是一个吸热过程，环境温度下降，煤层气渗流是一种非等温渗流；
6）煤层气渗流过程中，伴随着甲烷气体的解吸，煤体结构发生自发调节－煤基质收缩，其结果使原有裂隙张开，渗透率提高；
7）煤层气渗流过程中，随着水和甲烷气体的排出，储层压力降低，煤体强度提高，地层应力在煤储层内的水平应力分量减小，煤基质收缩应力增长，有效应力变化较为复杂；
8）煤储层为多相介质，煤层气渗流过程中粘性指进现象客观存在。
第三节扩散系数与渗透率测试
煤的扩散系数与渗透率实验可参照中华人民共和国石油天然气行业标准—岩石中烃类
气体扩散系数测定（SY/ T 6129—1995）和岩心常规分析方法和气、水相对渗透率测定（SY/
T 5843—1997）进行。
一、扩散系数实验
1、实验原理
根据气体在浓度梯度下通过岩样自由扩散的原理，在岩样两端的扩散室中，一端冲入甲烷气体，另一端冲入氮气，在恒温、恒压条件下，各组分气体的浓度随时间而变化，通过测试在不同时间两扩散室各组分气体的浓度，可求得烃类气体在岩样中的扩散系数。
2、实验装置与实验步骤
1）实验装置
烃类气体扩散系数测定装置包括：岩心夹持器：两个堵头上分别有一容积为20~40cm3的空腔，直接开口于岩样，称为扩散室；恒温箱：50±0.5℃；压力表：1.0MPa，精度0.4级；差压传感器：20kPa，精度为0.01kPa；气相色谱仪；高压计量泵；真空泵（图6-3）。
图6-3 烃类气体扩散系数测定装置示意图（YKS-4型）
2）实验步骤
（1）将煤样装入岩心夹持器，加围压至3MPa以上；
（2）根据地层温度设定恒温箱试验稳定，恒温2～2.5h；
（3）测定干样中烃类气体的扩散系数时，接通真空泵抽空岩心夹持器及相应管线1~1.5h；测定饱和水岩样时不抽空；
（4）向两扩散室内分别通入氮气和甲烷气体，并使两扩散室压力同时上升至0.1MPa，当压力差小于0.1kPa时，断开气源；
（5）测定干样中烃类气体的扩散系数时，间隔0.5～6h取气样一次；测定饱和水岩样时，间隔2～12h取气样一次，取样分析按GB10410.2进行；
（6）每个煤样试验至少12h，且每端至少取5个气样；
（7）将恒温箱的温度降至室温，放掉两扩散室内的气体，结束试验。
3）数据处理
根据费克第二定律计算岩样中烃类气体的扩散系数：
)
()
/ln(00t t E C C D i i -??=
（6-14）
其中：
i i i C C C 21-=?
L V V A E /)/1/1(21+=
由上式变形得：
00)/ln(DEt DEt C C i i -=?? （6-15）
)/ln(0i C C ??与t i 呈线性关系，应用最小二乘法拟合，得斜率S ，根据S 可求得岩样中烃
类气体的扩散系数：
E S D /= （6-16）
式中，D —烃类气体在岩样中的扩散系数，12
-?s cm
；0C ?—初始时刻烃类气体在两扩
散室中的浓度差，%；i C ?—i 时刻烃类气体在两扩散室中的浓度差，%；i t —i 时刻，s ；0t —初始时刻，s ；i C 1—i 时刻烃类气体在烃扩散室中的浓度，%；i C 2—i 时刻烃类气体在氮
扩散室中的浓度，%；A —岩样的截面积，cm 2；L —岩样的长度，cm ；V 1、V 2—分别为烃扩散室和氮扩散室的容积，cm 3；E —中间变量，cm -2；S —斜率，S -1。
二、 渗透率测试与实验
（一）试井渗透率
煤储层原位渗透率是在现场通过试井直接测得的。目前成熟的方法有钻杆测试和注水压降测试等。
国外根据煤储层原位试井渗透率大小，将煤储层渗透率划分为：1）高渗透率煤储层，渗透率大于10?10-3μm 2；2）中渗透率煤储层，渗透率大于1~10?10-3μm 2；3）低渗透率煤储层，渗透率小于1?10-3μm 2。我国煤储层渗透率普遍偏低，可参照上述分类，分别降低一个数量级来划分。
（二）实验渗透率
煤岩样品渗透率实验通常包括气（He 、CH 4）、水单相渗透率和CH 4气、水双相渗透率实验。
1、样品制备
裂隙发育特征暗示煤的渗透率应当是各向异性的。由第三章可知，面裂隙的发育比端裂隙好，煤的渗透率应当在面裂隙延伸方向上最大。平行层理方向的渗透率对煤层气产能贡献较大。因此。实验煤样常沿层理方所钻取，直径有25mm 、38mm 、50mm 、75mm 四种规格，高度通常为直径的2倍。实验前将煤样置于干燥器中干燥12h~24h 待用。
2、实验装置
实验设备为美国Terra Tek 公司生产的全直径岩心流动仪（Whole Core flow System ）。该实验系统主要用于模拟地应力和油藏压力条件下岩石的渗透性。模拟最高围限压力为
70MPa，流体压力为65MPa。实验设备由压力系统、恒温系统、控制系统和岩心夹持器、分离器等组成（图6-4），其中Quiziz泵是该系统的核心，主要功能是控制流体的排量，并为系统提供恒定压力和恒定流量，其操作是由Runpump软件控制。该实验系统还有一套完整的岩样制备和常规岩心分析设备支持，系统所有的测量系统每年由国家标准计量局进行标定校核。
图6-4 全直径岩心流动仪
3、实验方法
考虑煤对CH4和水的吸附性，在进行CH4和水的实验时，各测试点稳定时间、水饱和时间都要极大地增加。
1）气相渗透率测定
在有效应力和温度不变的条件下，气相渗透率一般测定6个压力点，根据每个压力点下的气体流量，由式（6-4）计算出每一个压力点下的气相渗透率，据式（6-1）得到克氏渗透率，并将克氏渗透率作为绝对渗透率。
2）水相渗透率测定
将气测煤样抽真空，然后置地层水中，完全饱和后进行水相渗透率测定。首先驱替2.5~5倍孔隙体积的水，在有效应力和温度不变的条件下，同过保持压差和出口水流量稳定后，记录一定压差下（煤样进口压力与出口压力之差）下的水体积和时间，由式（6-5）计算出水相渗透率。
3）气、水相对渗透率测定
气、水相对渗透率测定有两种方法，一是稳态法，即将气、水按一定流量比例同时恒速注入煤样，当进、出口压力及气、水流量稳定时，煤样水饱和度分布也已稳定，测定进、出口压力及气、水流量，用重量法测定煤样含水质量，便可以计算气、水有效渗透率和煤样含水饱和度，并绘制气、水相对渗透率与煤样含水饱和度曲线；二是非稳态法，它以一维两相
渗流理论和气体状态方程为依据，利用非稳态恒压法进行煤样气驱水实验，记录气驱水过程中煤样出口端各个时刻的气、水流量和煤样两端压差，计算气、水有效渗透率和煤样含水饱和度，并绘制气、水相对渗透率与煤样含水饱和度曲线。
煤岩样的渗透率一般均较低，气、水按一定流量比例同时恒速注入煤样相当困难，因此，目前煤的气、水相对渗透率测定大多采用非稳态法。将煤样完全被地层水饱和，根据气相渗透率选择好初始压差，并保持有效应力和温度不变，开始用加湿的CH 4气驱水，记录各个时刻的驱替时间、驱替压差、累计水、气流量和初始见气点。一般2h 以后，水流十分缓慢或几乎不流动，再在有效应力不变的情况下，缓慢增加气体压力，继续测量和记录，直至水体不流动，气流量稳定（束缚水状态）后，测量束缚水状态下的气相渗透率。
在气驱水过程中，随着水相饱和度的逐渐减少，水体通道遭到破坏，流动逐渐变成不连续，直至不流动，但仍有一些孤立的煤孔隙中保留着水，称为束缚水饱和度（S wo ，图6-5）；相反，水驱气时，随着气相饱和度的逐渐减少，气体通道遭到破坏，流动逐渐变成不连续，直至不流动，但仍有一些孤立的煤孔隙中保留着气，称为残余气饱和度（S go ）。
傅雪海（2001）对沁水盆地及其外围煤样的CH 4驱H 2O 的相对渗透率实验表明：测试煤样S wo 介于47.6％~74.1％之间，S go 在2.0％~35.6％范围内。单相水流和气、水双相渗流区域均较窄。单向水流区域：高煤级煤气饱和度（S g ）＜4.5%，中煤级煤＜20.1%；双相渗流区域：高煤级煤S g 介于4.5%~28.0%之间，中煤级煤在20.1%~41.9%范围内；单向气流区域：高煤级煤S g ＞28.0%，中煤级煤＞41.9%。气、水相对渗透率平衡点（相对渗透率曲线上的交点）处，除焦煤样含气饱和度达到26.9％外，其它均小于14％，且所有煤样平衡点处的相对渗透率均小于7.5％（表6-2），而国外平衡点处的含气饱和度变化于22.4％~78.9％之间，但其相对渗透率平均达到22.5% 。由此可见，即使我国单井渗透率与国外相同，平衡点处的相对渗透率也要比国外低3倍左右。过平衡点后，CH 4渗透率增加相对较快，但其最大值即束缚水下CH 4渗透率，高煤级煤平均只有其克氏渗透率的15.6％，中煤级煤平均只有其克氏渗透率的31.0％（表6-2）。
图6-5 甲烷、水相对渗透率与含气饱和度的关系
由此可见，我国高煤级煤气、水两相介质条件下的渗透性不如中煤级煤，束缚水饱和度大，大部分煤层气难于解吸，残余气多，气井服务年限短。但平衡点处气饱和度低，能较快达到产气高峰。
表6-2 煤岩气、水相渗透率测试成果
注：历史匹配的结果，K ge －CH 4有效渗透率，K wo,g －束缚水下CH 4渗透率。
（三） 有效应力对渗透率的影响实验
在全直径岩心流动仪，保持流体（CH 4）压力不变，增大围压，渗透率随有效应力的增大呈指数形式降低（图6-6），符合Mckee 方程形式（6-6）。
傅雪海（2001）对沁水盆地煤样的实验表明：克氏渗透率越大，其无应力时渗透率也越大（表6-3）；随煤级的增加，煤岩体渗透率衰减系数c 呈指数形式增大（图6-7），即贫煤~无烟煤随围压的增大，衰减较快，肥煤~瘦煤随围压的增大，衰减相对较慢。
图6-6 甲烷渗透率与有效应力的关系 图 6-7 沁水盆地煤级与渗透率衰减系数的关系
（四） 煤基质收缩对渗透率的影响实验
与常规天然气藏不同，在煤层气开采过程中，煤储层的气相渗透率不仅受应力和气体滑脱效应的影响，而且还受到由于气体解吸而引起的煤基质收缩的影响。
煤内微孔直径比分子平均自由程小，气体在微孔中以扩散方式运移，符合费克定律。气体通过裂隙系统流向井底，一般认为是层流过程，遵守达西定律。
多孔介质的绝对渗透率与所通过的气体无关，只与介质的孔隙结构有关。然而，煤的渗透率要受到有效应力效应、气体滑脱效应和煤基质收缩效应的影响。
表6-3 应力渗透率实验成果
为了证实煤基质收缩引起渗透率增加，需要在不同压力下进行渗透率实验。压力降低，气体发生解吸，煤基质出现收缩，渗透率发生变化。但是在地层条件下，气体压力的变化会导致有效应力增加，裂隙被压缩，渗透率减少；此外，气体分子与流动路径上的壁面相互作用，引起克林伯格效应，渗透率增大。有效应力效应、气体滑脱效应和基质收缩效应同时发生。为了定量地计算出煤基质收缩的影响，需要消除另外两种因素的影响或是估算出其影响程度。
第一，控制有效应力。
使加在煤样上的有效应力保持不变，以消除应力对裂隙压缩的影响，有效应力为：
m c e p P ασ-= （6-17）
式中，e σ－有效应力，MPa ；P c －围压，MPa ；α－有效应力系数或boit 系数；p m －平均压力，即进口压力与出口压力的平均值。随着气体压力的变化，时刻调整围压使有效应力保持恒定。
第二，使用非吸附气体，求出克林伯格系数b 。 b 与气体性质、孔隙结构有关，由下式得出；
M
RT
W c b πμ216=
（6-18）
式中，c －常数；μ－气体粘度，mPa ·s ；W －缝宽，μm ；M －气体分子量；R －通用气体常数；T －绝对温度，K 。因此，b 是由气体特性（μ，M ）和样品特性（W ）确定的。氦气是非吸附物质，可以在实验中得到b 值，设为b H （下标H 代表He 气，下同）。 第三，消除气体滑脱效应的影响
在任何实验中测量煤岩体甲烷渗透率的变化都是滑脱效应和收缩效应的综合反映。由于煤对甲烷具有较强的吸附性，b 不再是常数，也不能直接测量，甲烷的滑脱系数b C （下标C 代表CH 4气，下同）可通过氦气的滑脱系数b H 来估算。在相同的有效应力下，由式（6-18）可推导出甲烷的滑脱系数b C ，即：
H
C H
H C C b M M b μ=
（6-19）
甲烷吸附过程中，由于滑脱效应引起的渗透率变化（SL K ?）表示如下：
m
C
H SL p b K K 0
=? （6-20） 每个压力点下，由煤基质收缩效应引起的渗透率变化（SH K ?）表示为：
m
C H H Cg SL H Cg SH p b
K K K K K K K 000--=?--=? （6-21）
在有效应力不变的条件下，计算煤基质收缩对渗透率的影响，实验步骤为： 1） 用氦气测定渗透率和平均孔隙压力的关系，计算出b H ；
2） 用氦气的滑脱系数b H 估算出甲烷的滑脱系数b C ，并由式（6-19）计算出滑脱效应引起的渗透率变化；
3）用甲烷测定渗透率和平均孔隙压力的关系；
4）由式（6-20）得出煤吸附膨胀效应引起的渗透率降低值，反过来即为煤基质收缩效应引起的渗透率增量。
傅雪海（2001）对沁水盆地及其外围煤样的实验表明：滑脱效应引起的渗透率增量，随流体压力的增加而呈指数形式降低（图6-8），即：
p b SL e a K 11-=? （6-21）
低压时，滑脱效应较明显，当压力大于2MPa 以后，逐渐消失。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：
22)l n (b p a K SH +-=? （6-22）
反之，煤基质收缩效应引起的渗透率增量，则随流体压力的减少而呈对数形式增加。式（6-21）、式（6-22）中a 1、b 1、a 2、b 2为拟合系数（表6-4）。由表6-4可以看出，不同煤样的孔、裂隙结构不同，其克林伯格系数不同，氦气的克林伯格系数约为甲烷的5倍。不同煤样的收缩效应差别很大，介于0.3％~179.1%之间。绝对渗透率越大，收缩效应引起的渗透率增量越大，煤储层改善越明显。且其增量同相应压力下渗透率的百分比均随流体压力的增加而增大。
图6-8 滑脱效应、煤基质收缩效应引起的渗透率增量与流体压力的关系
（有效应力为2MPa ，高平望云矿煤样）
表6-4 收缩效应拟合系数及渗透率增量
第四节 渗透率的动态变化
尽管常规油气开采过程中其储层渗透率也会发生变化，但与煤储层相比要小得多，因为煤储层对应力的响应比常规油气储层更为敏感。煤储层渗透率除受自身裂隙发育这一内部因素控制外，煤层气开采过程中外界条件的改变也可对之产生强烈影响，渗透率变化幅度可达两个数量级。外部条件对渗透率的影响通过煤储层自身形变而实现，这与煤软而脆、低弹性模量的力学性质有关。
在地面排水降压开发煤层气过程中，随着水、气的排出，一方面煤储层内流体压力降低，有效应力增大，渗透率降低（简称为负效应）；另一方面煤基质收缩，渗透率增大（简称为正效应）。这种正、负效应在煤层气开发活动中，同时存在，同时发生，其综合作用效果是煤层气持续开发和经济评价所要考虑的重要因素之一。
一、有效应力负效应
若仅考虑流体压力变化对有效应力的影响，当储层压力由（p i ）降至（p j ）时，有效应力（e σ?）增大，有：
j i e p p -=?σ （6-23）
则单位体积煤岩体孔、裂隙压缩量（e φ?）为：
)(j i v e p p C -=?φ （6-24）
式中，v C 为体积压缩系数，MPa -1；p i 、p j 为前一状态和后一状态的流体压力，MPa 。p j 状
态下的孔裂隙度（φje ，仅考虑有效应力的压缩效应）为：
e i e j φφφ?-= （6-25）
式中，φi 为p i 状态下的孔裂隙度，由裂隙平板模型（Levine ，1996）有：
3
31????
?
??-=???? ??=i e i je i e
j K K φφφφ （6-26） 式中，K je 为p j 状态下渗透率，K i 为p i 状态下渗透率。
二、煤基质收缩正效应
煤体在吸附时可引起自身的膨胀，在解吸气体时则导致自身收缩（常称之为自调节作用）。煤层气开发过程中，储层压力降低，煤层气发生解吸，煤基质出现收缩，收缩量通过吸附膨胀实验来计算。煤在有效应力和温度不变的情况下，体积形变与流体压力的关系与朗格缪尔方程的形式相同（Yee 等，1993），即：
50
max p p p
v +=
εε （6-27）
式中，v ε为压力p 下吸附的体积应变；max ε为最大应变量，即无限压力下的渐近值；p 50为最大应变量一半时的压力。吸附与解吸为完全可逆的过程，煤吸附膨胀参数等价于煤基质收缩参数。
当储层压力由（p i ）降至（p j ）时，则煤基质收缩量（v ε）为：
???
? ??+-+=50max 50max p p p p p p j j i i v εεε （6-28） 煤储层垂向上未受约束，侧向被围限，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调整和应变，煤基质沿裂隙的收缩造成裂隙宽度增加，渗透率增高。水平方向的体积收缩(εε)可由线弹性体体积应变来计算，即：
???
? ??+-++=5050max 212p p p p p p j j i i
ννεεε （6-29） 式中，ν为泊松比，p j 状态下的孔裂隙度（φ
j ε
，仅考虑煤基质收缩效应）为：
εεεφφ+=i j （6-30）
由裂隙平板模型有：
3
3
1???
?
?
?+=???? ??=i i j i j K K φεφφε
εε （6-31） 式中，K j ε为p j 状态下渗透率。在煤层气开发过程中，储层压力降低，煤层气发生解吸，煤基质收缩，煤储层渗透率增加。由于煤体自身的性质不同，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。关于煤体因解吸或吸附引起应变的实验数据极少，则是由于实验的难度和涉足的研究较少所致。
三、正、负效应的耦合分析
有效应力对渗透率的负效应和煤基质收缩对渗透率的正效应在煤层气开发过程中，同时存在，同时发生，当储层压力由（p i ）降至（p j ）时，p j 状态下的孔裂隙度为：
εεφφφ+?-=e i j （6-32）
利用裂隙平板模型（Levine ，1996）有：
3
3
???
?
?
?+?-=???? ??=i e i i j i j K K φεφφφφε
（6-33） 式中，K j 为p j 状态下渗透率。
以上二种因素对煤储层渗透率的影响程度，因煤自身的性质不同而不同。对低收缩率或不收缩的煤层，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，基质收缩占主导地位，随解吸收缩加强，渗透率增量大。
此外，在排水降压开发煤层气的过程中，随着水和甲烷的解吸、扩散和排出，渗透率的动态变化除有效应力效应、煤基质收缩效应外，还存在气体滑脱效应。三种效应同时存在，同时起作用，只是不同排采阶段，三种效应对渗透率的影响程度不同，煤层气排采初期表现为有效应力效应阶段，中期表现为煤基质收缩效应阶段，后期表现为气体滑脱效应阶段。
第五节 渗透性的地质控制
影响煤储层渗透率的因素是十分复杂的。地质构造、应力状态、煤层埋深、煤体结构、煤岩煤质特征、煤级和天然裂隙系统等都不同程度地影响着煤储层渗透率。有时是多因素综合作用的结果，有时是某一因素起主要作用。一般来说，煤层割理、裂缝等内在因素起着主导作用，但是在我国复杂的地质构造背景下，原地应力等外在因素对于煤储层渗透率的影响是很显著的。
一、地应力
地应力随深度增加而呈增大的趋势明显。地应力对渗透率的影响，既反映上覆地层对煤层的垂向作用力，也反映水平构造应力的作用。区域构造应力对煤层渗透率的作用十分显著。构造挤压区、逆冲推覆作用强烈地区、不同走向断裂的结合部位，是构造应力集中的地区，往往也是低渗透率分布地区。构造应力松弛、转折端挠褶带、与断层有关的次生裂隙、破碎断层面，是低应力的分布地区，往往也是煤层高渗透率分布地区。Decker 等（1989）指出：
煤矿区应根据应力状态划分，不同应力状态下的渗透率与深度的变化趋势不同。应力松弛地区渗透率高，随深度增加渗透率变化幅度不大；正常应力地区渗透率中等，随深度增加而渗透率减少；高应力地区渗透率较低，且随深度增加渗透率急剧减小。
我国煤层气试井数据表明，地应力在20 MPa 以上时煤层渗透率以小于0.1×10-3μm
２
为主；地应力小于10 MPa 时煤层渗透率以大于0.1×10-3μm ２
为主；地应力处于10~20 MPa 之间时煤层渗透率变化区域比较大，无明显变化规律（图6-9）。
图6-9 不同地应力环境下的渗透率分布（据叶建平，1998）
二、埋藏深度
一般来说，煤储层埋藏深度增大，其渗透率降低（图6-10）。但是，这种规律性的显现是有前提条件的。决定渗透率的首要因素是构造应力环境，渗透率与埋藏深度之间的关系要极大地受到地应力的影响。只有区别不同应力环境，才能分析渗透率随埋深变化的趋势。我国煤储层渗透率随应力增高而减少的趋势十分显著，煤储层渗透率与埋深之间亦表现出渗透率随埋深增大而减小的总体趋势，但在某一深度段，煤储层渗透率的分布比较离散。辽宁红阳、淮南和淮北等地随着煤层埋深增加渗透率降低较快，太行山东麓、陕西韩城等地随埋深增加渗透率稍有降低，沁水煤田中南部渗透率随埋深增加呈降低趋势，但分布较为离散。
对于同一煤盆地，地应力条件类似，随煤层埋深由盆缘至盆地中心增大，煤储层渗透率逐渐降低，呈同心圆状分布，局部因地质构造的差异导致的局部应力场而出现变化（图6-11）。
图6-10
图6-11 沁水盆地中南部煤储层渗透率分布
三、天然裂隙
煤储层天然裂隙系统，在某种程度上是煤储层渗透率的重要影响因素。渗透率与裂缝宽度的三次方成正比（Mckee等，1986）。从理论上讲，煤层天然裂隙发育，有利于提高煤层的渗透率。
在地应力、裂隙充填状态相差不大时，天然裂隙越发育，渗透率就越好，而其他因素如煤岩类型、煤质、煤级等均是次要因素。因而，当地层褶皱、隆起时，有效应力降低而使裂缝张开，有利于提高煤层渗透率。煤储层中充满水和气支撑着裂隙系统，减少了有效应力，
因而当煤储层呈超压状态时有利于提高煤层渗透率。
四、煤体结构
煤体结构是煤储层在构造应力作用下形成的结构特征，是煤储层渗透率的间接反映。由于煤体破碎程度不一，煤体结构通常被分为原生结构煤、碎裂煤、碎粉煤和糜棱煤四种类型。原生结构煤~碎裂煤煤体结构相对较完整，强度高，裂隙连通性好，渗透性高；碎粉煤、糜棱煤煤体结构松软，强度低，渗透性差。
五、储层压力
储层压力直接决定着煤层对甲烷等气体的吸附与解吸能力。在排水降压进行煤层气开发时，当煤储层含气饱和度一定，煤储层压力越高，越容易排采，越有利于煤层气的开发。然而，煤储层渗透率随储层压力增大而呈现十分明显的减少趋势，当储层压力大于5MPa，渗透率普遍小于0.1×10-3μm２（图6-12）。这一关系是煤储层压力随埋深加大而增高以及渗透率随埋深加大而减小的必然结果，同时也说明储层压力对渗透率的影响远逊于埋深对渗透率的控制。
六、水文地质条件
水是微可压缩的流体，是煤储层渗透率的维持者和地层能量的主要贡献者，水文地质条件对渗透率的影响通过煤层埋深和储层压力来体现。对于一个盆地而言，从盆地边缘到盆地中心，地下水的流动依次可分为强径流、中等径流和弱径流。径流变弱，煤储层渗透率变低的规律性十分明显，据前面的分析，导致这一现象的主控因素是埋深（地应力），水文地质条件的作用可能只占较少部分。
七、流体介质
He气绝对渗透率大于CH4克氏渗透率，CH4克氏渗透率又大于H2O单相渗透率，一方面是因为分子直径和分子量，He气分子直径、分子量小于CH4，CH4又小于H2O。另一方面是因为煤的吸附性，He气与煤孔、裂隙间不存在任何物理、化学作用，其绝对渗透率最大，而煤对CH4和H2O介质具有较强的吸附作用，其渗透率相对较低，且甲烷和水分子同煤分子之间的作用力不同，这种作用力与一个大气压下各种吸附质的沸点有关，沸点高，则吸附力强。水的沸点是100
水单相渗透率低于CH4克氏渗透率。
图6-12 沁水盆地中南部上主煤层（3煤）与下主煤层（15煤）煤储层渗透率与储层压力的关系
八、毛管力、贾敏效应和粘性指进
CH4、H2O两相有效渗透率之和小于其单相CH4的克氏渗透率，CH4、H2O相对渗透率之和小于1。气、水两种流体通过多孔介质时，除气、水两相界面压力差产生毛管力外，还将出现贾敏效应（Jamin），即当一相成液滴状或气泡状分散在另一相中运动时，由于毛细孔隙直径变化而引起液滴或气泡半径变化而产生的附加毛管力。
煤储层为非连续、非均质孔、裂隙双重介质，宏观煤岩类型的相互交替，煤岩成分、煤岩条带的韵律性，裂隙、孔隙的各向异性，均可导致流体沿渗透性较好的区域指进，使指进流体绕过较大面积的被驱替相，形成被驱替相的一座座“孤岛”。高煤级煤束缚水饱和度大，即这样的“孤岛”较多，故残余气多。
第六节渗透性的研究方法
煤储层渗透率可由多种方法获取，如实验室测定、地球物理测井曲线换算、煤储层透气性系数换算、试井测定和储层数值模拟等。不同的方法求算的结果变化很大，难以相互对比，在诸方法之中，只有试井方法和产能历史匹配方法求得的结果接近于自然界的真实情况。但试井只有在钻井中进行，历史匹配还需要生产数据。因此，利用少量试井资料，结合煤储层孔、裂隙特征、力学性质及流体压力、地应力状态等进行数值模拟，是目前条件下渗透率研究的最佳方法之一。
一、孔、裂隙结构分析
煤储层的固体部分可以看作系由宏观裂隙、显微裂隙和孔隙组成的三重孔、裂隙介质，其中宏观裂隙对渗透率的贡献最大。煤化作用的方式和程度及地应力的大小和性质决定了宏观裂隙发育的频度、规模和方向，煤岩成分、类型和厚度决定了宏观裂隙的高度和间距，现存构造样式和构造应力则影响到宏观裂隙的开合程度。
裂隙描述第一步在井下煤面上进行，测量煤剖面的方位，划分宏观煤岩类型和煤体结构类型，并统计各层次的厚度，然后进行裂隙走向、倾角、长度、连通性、高度、密度、表面形态、裂隙充填、裂隙粗糙度等测量、描述、统计和记录，并在裂隙发育中等的半亮~半暗型煤中采集大块定向煤样；第二步在室内用显微镜和扫描电镜进行煤岩组分定量、裂隙宽度测量和显微裂隙描述，利用压汞法测定不同孔径的比孔容和比表面积，并根据孔隙的扩散、渗流特征进行孔隙的分形分类和自然分类。
将裂隙按大小和成因进行分级、按裂面形态进行力学性质分类，并确定各组裂隙的总体组合形态特征。重点对裂隙块度、裂隙密度和孔隙进行连续系统分形研究，在各自标度不变区，得到不同的分数维，分别探讨其成因，并将分数维用于渗透率数值模拟。在上述研究的基础上，探讨孔、裂隙发育方向与区域构造形迹的关系，孔、裂隙发育程度与煤岩、煤级及埋深的关系。
煤储层渗透率影响因素
煤层气储层渗透率影响因素 摘要：煤层气作为一种新型能源，而且我国煤层气储量丰富，因此其开采利用可以很大程度上缓解我国常规天然气需求的压力。煤储层的渗透率是煤岩渗透流体能力大小的度量，它的大小直接制约着煤层气的勘探选区及煤层气的开采等问题。因此掌握煤储层渗透率的研究方法及影响因素，对于指导煤层气开采具有重要的指导意义。本文主要在前人的基础上，从裂隙系统、煤变质程度、应力及当前其他领域的技术对渗透率的研究的理论、认识及存在的问题等进行总结，对煤储层渗透率的预测有一定的理论指导意义。 Abstract: Our country is rich in the CBM which is a new resource. So the development of CBM can lighten our pressure for the requirement of conventional gas.The permeability of the coal reservoir is a measure of fluid’s osmosis permeability, restricting the exploration area and mining of CBM. Therefore, controlling the method of mining and the effect factoring has an important guiding significance for mining .This article is summarized from fracture system,the degree of coal metamorphism, stress for the theory, matters and so on of permeability’s study which is based on the achievement of others，having a great guiding significance for the permeabilityprediction.关键词：煤层气；渗透率；影响因素 1、引言 煤层气是指赋存在煤层中常常以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中或溶解在煤层水中的烃类气体[1]。美国是最早开发煤层气并取得成功的国家，其富产煤层气的煤级主要是气、肥、焦煤，即中级煤。我国煤盆地一般都具有复杂的热演化史和构造变形史，构造样式复杂多样，煤储层物性差异较大，孔渗性偏低，富产煤层气的煤级是几个高级煤、无烟煤和贫煤[2]。因此我们不能照搬美国的理论来指导我国煤层气的生产。近十几年来，我们在实践中不断认识到这种差异，并针对我国煤层气储层的特征进行了一系列的研究，在煤储层物性方面取得了丰硕的成果，已初步形成了一套研究的理论与方法。渗透性是制约煤层气勘探选区的最重要的参数之一，有效预测煤储层渗透性对我国煤层气的勘探开发具有重要意义[3]。笔者主要从煤储层裂隙系统、煤变质程度、有效应力等方面作以阐述。
特低渗透储层可动原油饱和度确定方法及影响因素分析
2019年第6期 西部探矿工程*收稿日期：2018-10-18 作者简介：武晓鹏（1986-），男（汉族），河北邢台人，助理工程师，现从事岩石流体饱和度分析工作。 特低渗透储层可动原油饱和度确定方法及影响因素分析 武晓鹏* （大庆油田勘探开发研究院中心化验室，黑龙江大庆163000） 摘 要：近年来，大庆油田新增油气储量中特低渗透储量不断上升，如何高效动用这部分特低渗透储 量对油田可持续发展意义重大。研究表明，特低渗透油藏具有孔隙度和渗透率低、孔喉细小、粘土矿物含量高、构造裂缝发育等特征，有效动用难度大。可动油饱和度是评价特低渗透储层的重要参数，利用核磁共振技术可以求取可动油饱和度，结合宏观上和微观上对可动油分布特征研究，可以为特低渗透储量有效动用提供指导。 关键词：特低渗透储层；特征；可动油饱和度；求取方法 中图分类号：TE348文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2019)06-0062-03我国特低渗透油藏油气资源丰富，随着持续的勘探，特低渗透储量在石油储量中占比不断上升[1]。大庆油田东部扶余油层石油地质储量丰富，属于特低渗透储层，地层有效孔隙度在12%左右，渗透率在1.5×10-3μm 2左右，且裂缝较发育。在特低渗透扶余油层开发过程中，存在储层动用程度低、注水开发效率低、产量递减快等问题，制约了扶余油层勘探开发进程[2-3]。为此，深入研究特低渗透储层特征，准确求取可动油饱和度，提高特低渗透储层开发效率具有重要意义。1 特低渗透油藏的地质特征 我国每年新增油气储量中，低渗透、特低渗透油藏储量不断上升。特低渗透油藏是一个相对的概念，区别于常规的储层，具有以下特征： （1）特低渗透油藏孔隙度、渗透率低。特低渗透储层最显著的特征是低孔、低渗。特低渗透油藏中组成岩石的颗粒分选差，粒径分布范围广，且粘土矿物、碳酸盐岩胶结物多，导致储层中岩石孔隙度和渗透率均较低[4]。研究表明，低渗透油藏孔隙度多分布在1.2%~30.2%之间，平均孔隙度为18.6%，渗透率在（10~1）×10-3μm 2，且储层非均质性严重。 （2）粘土矿物含量高。特低渗透油藏中含有大量粘土矿物，造成储层孔隙度低，不同粘土矿物水敏性不同。蒙脱石、伊利石是典型的水敏矿物，极易吸水，遇水膨胀后体积增大几十倍，使得储层岩石中孔隙吼道变窄，储层流通性变差。高岭石是速敏矿物，由于分子 结构不紧密，遇水极易发生脱落，随水流运移堵塞孔隙。绿泥石属于酸敏矿物，与酸反应可以生成沉淀，堵塞孔隙通道，使得储层渗透率降低。 （3）特低渗透储层岩石中孔隙孔喉细小，且溶蚀孔较发育。特低渗透储层岩石孔隙多为粒间孔，同时发育溶蚀孔隙。此外还发育有晶间孔、裂缝孔及微孔隙。孔隙直径以中、小孔为主，孔隙吼道呈片状或管状，据统计，特低渗透储层岩石中孔隙半径中值通常小于1μm ，且非有效孔隙在孔隙体积中占比较大，导致储层渗透性较差。 （4）特低渗透储层发育构造裂缝，裂缝通常分布比较规律，深度较大，产状以高角缝为主，裂缝分布受到构造、岩性等影响，通常在背斜构造、褶皱转折处或断层处较为发育，且岩石越致密、硬度越大裂缝越发育。裂缝在特低渗透储层中具有重要地位，能够沟通基质孔隙，提升储层孔隙连通性，有利于储层流体渗流。2特低渗透油藏可动油饱和度测定方法及影响因素分析 2.1 核磁共振原理 核磁共振基本原理是原子核和磁场之间相互作用。原子核由质子和中子组成，其中质子带电，中子不带电，原子核质量取决于质子和中子的数量之和，而电荷取决于质子的数量。原子核分为有自旋的原子核和无自旋的原子核，研究发现，核子为奇数或核子个数为偶数但原子序数为奇数的原子核都具有自旋特性，例62
煤层气储层渗透性影响因素分析
煤层气储层渗透性影响因素分析 摘要：煤的渗透性是控制煤层气在煤储层中流动的最关键参数。探讨煤的渗透率的相关影响因素及其变化规律，对于煤层气的勘探开采及动态开发效果具有重要的现实意义。本文详细地分析了裂隙系统、煤岩组分类型、煤的变质程度、有效应力、基质收缩、克林伯格效应等方面对煤储层渗透性的影响。 关键词：煤层气,渗透性,影响因素,分析 ANALYZING THE FACTORS AFFECTING THE COEFFICIENT OF PERMEABILITY OF COAL BEDS （Institute of Petroleum Engineering，University of the Yangtze，Jingzhou. Hubei 434023） Abstract：The permeability of coal is the most critical parameter controlling the coal bed methane flowing in the coal-bed gas reservoirs. It is practical significant to probe into the relevant influencing factors and their variations of coal permeability on the coalbed methane exploration, exploitation and the effect of dynamic development. It is well analyzed many effects on the coefficient of permeability of coal beds,such as fracture system,maceral type and lithotype, metamorphic grade, effective stress, matrix shrinkage, Klingberg effects,etc. Key words:coal-bed methane,permeability,influencing factors,analysis 基金项目：国家科技重大专项项目（2008ZX05036-001） 煤层气（或称煤层甲烷）是指与煤同生共体以甲烷为主要成分、主要以吸附状态赋存在煤层之中，可从地面上进行采收的非常规天然气，是蕴藏量巨大的新兴潜在能源，将煤层气作为天然气的补充能源对我国经济可持续发展和国家能源安全具有重要意义。 煤体的渗透性是指煤对煤层气(瓦斯)流动的阻力特性，煤的渗透性是控制煤层气在煤储层中流动的最关键参数，煤层气储层自身的特点和煤层气开采过程中外界条件的改变都会影响其渗透性。煤储层渗透性研究涉及到岩石力学、流体力学、计算力学和采矿工程诸多学科，且其作用因素十分复杂。裂隙系统的发育、煤岩组分类型、煤的变质程度、有效应力、煤基质收缩和克林伯格效应等对煤储层的渗透性均有不同程度的影响。 目前，中国多数煤层气单井产量不高，衰减快，除了渗透率低这个客观因素外，一个很重要的原因就是对煤储层渗透率变化特征认识不清，国内有关此类报道较少，因此加强煤层气储层的渗透性及其开发过程中动态变化特征的研究势在必行。笔者在总结前人研究的基础上，系统全面分析了煤层气储层的渗透性的相关影响因素及其变化规律。
低渗透油藏
一．低渗透致密气藏的定义 关于低渗透气田的定义，大多根据储层物性来划分，但是目前国内外尚没有统一的 低渗透气田划分标准。以前关于低渗透气田的定义多参考低渗透油田标准，由于气体分 子直径要比油分子小得多，气体熟度(o．01mPa?)也远远小于原油，使气体具有吸附、 渗透和扩散的特性，在地层条件下其流动应该较原油容易得多，因此相应的气体可流动 的物性下限应较原油低得多。采用袖藏物性划分标准，往往使得气田的流动物性界限偏高，而忽略了许多有开采价值的储层，因此有必要对气藏的可流动物性界限做相应的研究。根据我国气田开发多年的经验，借鉴国外相关研究成果已形成了以下比较一致的观点。 一．低渗透气藏地质特征 美国在低渗透致密储层方面已经作过了不少的研究工作，其中最主要的研究成果有下列的几项：spenc欧(1985)简要讨论了落基山地区的低渗透致密储层的地质现状，F1nley (1984)总结了有代表性的毯状(层状)致密储层的地质及工程特征s spe皿。和Mast (1986)以美国石油地质学家协会名义发表了致密气藏的地质研究；M踢比船(1984)描述了 加拿大致密气藏的重要现状，spnc既(1989)总结了美国西部的低渗透致密储层特征等。 由于我国在低渗透气藏方面尚未进行全面的系统研究，因此下列基本特征是在美国所总结的资料基础上，参考我国低渗透油气田实际情况进行总结得到的。 (一)沉积特征和成因分娄 我国低渗透储层和其他中高渗透层一样，大部分生成于中、新生代陆相盆地之中，具有陆相碎屑岩储层共有的一些基本沉积特征——多物源、近物源、矿物及其结构成熟度低和沉积相带变化快等。从具体沉积环境分析，低渗透储层有以下几种成因类型和特点。 1．近源沉积 储层离物源区较近，未经长距离搬运就沉积下来，碎屑物质颗粒大小相差悬殊，分选差，不同粒径颗粒及泥块充填在不同的孔隙中，使储层总孔隙显连通孔隙都大幅度减小，形成低渗透储集层。冲积扇相沉积属于这类型，冲积扇沉积是山地河流一出山口，坡度变缓，宽度扩大，加上地层滤失，水量减少，流速急速更小，河水携带的碎屑物快速堆积成扇体沉积。 2．远源沉积 储层沉积时离物源区较远，水流所携带的碎屑经长距离的搬运，颗粒变细，悬浮部分增多。沉积成岩后，形成粒级细、孔隙半径、泥质(或钙质)含量高的低渗透储层。此类 储层在助陷型大型盆地沉积中心广泛发育。 3成岩作用 碎屑岩的形成从渗透储层的原因来说，除沉积成因以外，沉积后的成岩作用及后生作用对储层物性也起着十分重要的作用。储层在压实作用、胶结作用和溶蚀作用下，储层的孔隙度、渗透率不断发生变化。成岩过程中的压实作用和胶结作用使岩石原生孔隙减小，特别是成熟度低的岩石，由于孔隙度大量减小，容易变为低渗透储层，甚至变为极致密的非储集层。溶蚀作用可产生次生孔隙，使致密层孔隙度增加，重新变为低渗透储层。一般该类储层主要表现为低孔、低渗储层。 (二)储层特征 低渗透砂岩气藏主要有以下特征： 含水饱和度。 1．非均质性 低渗透砂岩储层一般具有严重的非均质性，储层物性在纵、横向上各向异性明显，产层厚度和岩性都很不稳定，在短距离内就会出现岩相变化或岩性尖灭，以致井问无法对比。
低渗透砂岩储层类型及地质特征
低渗透砂岩储层类型及地质特征 摘要：矿物含量高；成岩成熟度高，毛管压力高，孔半径小；沉积物成熟度低 等是我国低渗透砂岩储层的地质特点，如果进行开采、钻井以及完井的工程，就 会引起巨大的危害，通常来说，低渗透砂岩储层测井反映的都是低电阻率，所以，对这个类型油藏的开采与认知难度系数较大。本文先对低渗透砂岩储层几个主要 的特征进行了分析和讨论，然后讨论了低渗透砂岩储层是怎样形成的，最后介绍 了裂缝的成因类型、特征及分布规律，希望对读者有帮助。 关键词：低渗透；砂岩；储层类型；地质特征 引言：低渗透砂岩的优质储层中会进行发育，并留存着次生孔隙、原生孔隙 以及裂缝。若想简单的就可以留存原生空隙，满足的条件是压实作用低、埋深浅。在孔隙流体中存在各种各样的矿物质，其中绿泥石能够起到结膜的作用，大多数 情况下都在碎屑颗粒中，这种现象将抗压实性大大增加了，能够较好的保留原生 孔隙；成岩中会出现溶蚀的情况，主要是将岩屑与长石等进行溶蚀，其中有很多 稳定性低的颗粒，从而使得次生孔隙带状态稳定；次生孔隙带再次出现的因素为 方解石等胶结物溶蚀后以酸性孔隙流体为基础；影响裂缝的有断层、岩性以及褶皱，断层周边之所以时常出现裂缝带，是由于砂岩致密硬脆时才可以。对此类储 层的认识时间我国是比较早的，在十八世纪初，就探寻到了典型的特低渗油藏， 即延长油矿。在我国的油气储量中，低渗透油气藏的占比为三成。 1低渗透砂岩储层的特征 非均质性强；孔隙结构差；压力敏感性强；结构与成分成熟度低；裂缝发育 以及储层物性差等都归属于低渗透砂岩储层的特性当中。 1.1岩石学特征 在低渗透砂岩中，岩石特性各不相同，类型也多种多样，长石砂岩与岩屑砂 岩在低渗透砂岩中分布的最为广泛，并且有较低成熟度的结构与矿物，碳酸盐胶 结物与黏土矿物在其中的含量多。安塞油田位于鄂尔多斯盆地，在低渗透砂岩储 层的探究中优势大，开发便捷，成本低，效率高，南部油田的砂岩较为细腻，直 径大约零点二毫米，称之为中粒长石砂岩，呈次棱状；颗粒多、薄膜等是孔隙式 胶结的特性；颗粒的成分大多数是长石，含量大约在百分之五十；浊沸石与绿泥 石占填隙物的比例大。 1.2孔隙结构特征 在低渗透砂岩储层中，孔隙的状态一般为粒间孔，次生粒间溶蚀孔与原生粒 间孔都包含在内。孔隙形状不规整，一般的形状为多边形，喉道细是其的特征， 片状与管状占多数，其孔隙结构差。 1.3物性特征 在我国低渗透油田中，基质渗透率在四十毫升以下，基质的孔隙度在百分之 十以下。根据气田来讲，其基质渗透率在零点五毫升以下，基质的孔隙度在百分 之十以下。 1.4裂缝特征 成岩裂缝与构造裂缝这两个天然裂缝都出现在低渗透砂岩中，它们的储集性 能低，不过在渗透通道中是主要通道。 1.5非均质性特征 裂缝的发育趋势不同、裂缝的出现等是导致孔隙非均质性高的一个主要原因，并且裂缝的发育状况各不相同，从而让裂缝的渗透率差别越来越不同。
煤储层及其基本物理性质
第二章煤储层及其基本物理性质 煤储层是指在地层条件下储集煤层气的煤层。煤储层具有双重孔隙介质、渗透性较低、孔隙比表面积较大、吸附能力极强、储气能力大等特点。 第一节主要内容： 煤储层是由固态、气态、液态三相物质所构成。 固态物质：是煤基质 液态物质：一般是煤层中的水（有时也含有液态烃类物质） 气态物质：即煤层气 一、煤储层固态物质组成： 1、宏观煤岩组成 煤是一种有机岩类，包括三种成因类型： ①主要来源于高等植物的腐植煤 ②主要有低等生物形成的腐泥煤 ③介于前两者之间的腐植腐泥煤 （自然界中以腐植煤为主，也是煤层气赋集的主要煤储层类型） 2、显微煤岩组成 显微煤岩组成包括显微组分和矿物质。 显微组分是在光学显微镜下能够识别的煤的基本有机成分，其鉴别标志包括：颜色，突起，反射力，光学各向异性，结构，形态等。 矿物质是煤及煤储层中含有数量不等的无机成分，主要为黏土类和硫化类矿物，其次为碳酸盐类、氧化硅类矿物以颗粒状。团块状散布于煤中，常见显微条带状产出的黏土矿物。 3、煤的大分子结构 煤中有机质大分子结构基本结构单元（BSU）的骨架结构由缩合芳香体系组成，其基本化学结构为芳香环。 煤中有机质大分子结构基本结构单元的缩聚过程主要起源于三种反应机制：芳构化作用、环缩合作用和拼叠作用。 芳构化作用是指：非芳香化合物经由脱氢生成芳香化合物的作用，可通过碳数不低于六个的链烃的闭环、五圆或六圆脂环和杂环的脱氢等方式实现，是煤中有机质生气的主要机理。 环缩合作用通过单个芳香环间联结、稠环芳香分子间或分子内联结、自由基分子间重新结合等方式得以实现，是中~高级无烟煤阶段芳香体系缩聚的主要机理。 拼叠作用是指基本结构单元之间相互联结而使煤中有机质化学结构短程有序化范围（有序畴）增大的作用，与自由基反应密切相关，是高级无烟煤阶段基本结构单元增大和秩理化程度增高的主要机理。 二、煤储层液态物质组成 煤储层中液态物质包括裂隙、大孔隙中的自由水（油）及煤基质中的束缚水。 在煤化学中，将煤中水划分为三类，即外在水分、内在水分和化合水。外在
低渗透油藏
低渗透油藏 一(低渗透致密气藏的定义 关于低渗透气田的定义，大多根据储层物性来划分，但是目前国内外尚没有统一的低渗透气田划分标准。以前关于低渗透气田的定义多参考低渗透油田标准，由于气体分子直径要比油分子小得多，气体熟度(o(01mPa?)也远远小于原油，使气体具有吸附、渗透和扩散的特性，在地层条件下其流动应该较原油容易得多，因此相应的气体可流动的物性下限应较原油低得多。采用袖藏物性划分标准，往往使得气田的流动物性界限偏高，而忽略了许多有开采价值的储层，因此有必要对气藏的可流动物性界限做相应的研究。根据我国气田开发多年的经验，借鉴国外相关研究成果已形成了以下比较一致的观点。 一(低渗透气藏地质特征 美国在低渗透致密储层方面已经作过了不少的研究工作，其中最主要的研究成果有下列的几项:spenc欧(1985)简要讨论了落基山地区的低渗透致密储层的地质现状，F1nley (1984)总结了有代表性的毯状(层状)致密储层的地质及工程特征s spe皿。和Mast (1986)以美国石油地质学家协会名义发表了致密气藏的地质研究;M踢比船(1984)描述了加拿大致密气藏的重要现状，spnc既(1989)总结了美国西部的低渗透致密储层特征等。由于我国在低渗透气藏方面尚未进行全面的系统研究，因此下列基本特征是在美国所总结的资料基础上，参考我国低渗透油气田实际情况进行总结得到的。 (一)沉积特征和成因分娄 我国低渗透储层和其他中高渗透层一样，大部分生成于中、新生代陆相盆地之中，具有陆相碎屑岩储层共有的一些基本沉积特征——多物源、近物源、矿物及
其结构成熟度低和沉积相带变化快等。从具体沉积环境分析，低渗透储层有以下几种成因类型和特点。 1(近源沉积 储层离物源区较近，未经长距离搬运就沉积下来，碎屑物质颗粒大小相差悬殊，分选差，不同粒径颗粒及泥块充填在不同的孔隙中，使储层总孔隙显连通孔隙都大幅度减小，形成低渗透储集层。冲积扇相沉积属于这类型，冲积扇沉积是山地河流一出山口，坡度变缓，宽度扩大，加上地层滤失，水量减少，流速急速更小，河水携带的碎屑物快速堆积成扇体沉积。 2(远源沉积 储层沉积时离物源区较远，水流所携带的碎屑经长距离的搬运，颗粒变细，悬浮部分增多。沉积成岩后，形成粒级细、孔隙半径、泥质(或钙质)含量高的低渗透储层。此类储层在助陷型大型盆地沉积中心广泛发育。 3成岩作用 碎屑岩的形成从渗透储层的原因来说，除沉积成因以外，沉积后的成岩作用及后生作用对储层物性也起着十分重要的作用。储层在压实作用、胶结作用和溶蚀作用下，储层的孔隙度、渗透率不断发生变化。成岩过程中的压实作用和胶结作用使岩石原生孔隙减小，特别是成熟度低的岩石，由于孔隙度大量减小，容易变为低渗透储层，甚至变为极致密的非储集层。溶蚀作用可产生次生孔隙，使致密层孔隙度增加，重新变为低渗透储层。一般该类储层主要表现为低孔、低渗储层。 (二)储层特征 低渗透砂岩气藏主要有以下特征: 含水饱和度。 1(非均质性
煤储层渗透率主要影响因素及其物理模型研究
煤储层渗透率主要影响因素及其物理模型研究 金大伟 赵永军 霍凯中 （中国石油大学地球资源与信息学院 山东 东营 257061） 摘要： 在分析渗透率与地应力、埋深、裂隙、储层压力和水文地质条件等相互关系的基础上，指出影响煤储层渗透率最普遍和主要的因素是围压、裂隙和埋深等。并结合前人的研究成果，以数学关系式的方式，来研究渗透率与其主要影响因素的关系，并建立物理模型。关键词：煤储层 渗透率 影响因素 地应力 埋深 前言 煤储层系指吸附储存了一定的甲烷气体并发育有连通的孔、裂隙系统，煤层气在压降作用下能够发生流动的三维煤岩体。煤储层渗透率研究涉及到岩石力学、流体力学、计算力学和采矿工程诸多学科，与煤储层孔裂隙体系、现代构造应力场的性质和大小、煤化作用和构造演化历史、地下水活动等关系密切。近年来在地质物理模型、渗流模型、实验测试、试井分析及数值模拟等方面均取得了长足发展。 煤层渗透率的影响因素十分复杂。地质构造、应力状态、煤层埋深、煤体结构、煤岩煤质特征、煤级及天然裂隙都不同程度地影响煤层渗透率。有时是多因素综合作用的结果，有时是某一因素起主要作用。但是，在诸多因素中，影响最普遍的煤储层渗透率的主控因素是围压、埋深和裂隙等。本文结合前人的研究成果，以数学关系式的方式，来研究渗透率与其主要影响因素的关系，并建立物理模拟。 1渗透率围压的关系研究 据秦勇等的关于CH4渗透率实验：在晋城成庄矿、高平望云矿、潞安常村矿、五阳矿及沁源沁新矿井下新开拓的煤面上采集裂隙发育中等的半亮型煤大块煤样(20cm×20cm×20cm)，Ro max从1.65%至2.87%，煤类为焦煤到三号无烟煤(表1)，在室内加工成50mm×100mm 的圆柱形煤样。在有效应力不变的情况下，测量CH4的克氏渗透率(表1)，在流体(CH4)压力不变的情况下，测量不同围压下的应力渗透率。结果表明:煤岩体CH4应力渗透率随围压的增大呈指数形式降低(图1)。并由实验数据得出其数值形式为 K c＝K0e-aPc （1） 式中，K c为应力渗透率(单位：10-3μm2);K o为无应力时渗透率(单位:10-3μm2);e为自然对数;a为拟合系数;P c为围压(单位：MPa)。除潞安4号煤样相关系数只有0.73外，其余4个煤样相关系数均在0.92以上;克氏渗透率越大，其无应力时渗透率也越大;贫煤－无烟煤随围压的增大，衰减较快，焦煤－瘦煤随围压的增大，衰减相对较慢(表1)。
低渗储层物性特征分析
148 1?储层物性特征1.1?储层岩石学特征 储层岩石学特征的研究，是对储层的后续特征研究的一个基础，它包括对储集层岩石的组分、分选、磨圆、粒度、填隙物成分等一系列与储集岩体有关的内容，这些都是储集层的先天条件，是决定油气储层性能的关键因素[1]。 根据岩心和铸体薄片观察统计，储层的岩石类型基本为含长石石英砂岩、长石砂岩和岩屑长石砂岩，含少量岩屑石英砂岩。研究区长6油层组主要为长石砂岩，偶见岩屑长石砂岩，说明研究区长6油层组砂岩成分成熟度低。 1.2?储层填隙物成分 研究区长6油层组储层砂岩粘土杂基含量较少，平均为3.76%，最高达8.5%，表现出分布的不均匀性，一般位于河道砂体中下部的中～细粒长石砂岩中，泥质杂基含量很少；而位于河道砂体中上部和河道间沉积的粉砂岩中，泥质分布较为普遍，含量1%～7%不等；由于研究区长6油层组储层砂岩杂基普遍较少，因而胶结物对储层物性的影响更为重要。胶结物种类较多，有碳酸盐矿物、粘土矿物、次生石英和长石等，其含量分别为云母0.93%，绿泥石3.32%，方解石2.56%，石英加大0.96%，长石加大0.66%。 1.3?储层物性 根据研究区样品的物性分析，研究区粒间孔含量8.6%，溶孔含量1.1%，晶间孔含量0.3%，面孔率10.1%，平均孔径63.6μm。储层孔隙度最小值为4.55%，最大值为11.86%，平均值为9.2%，储层渗透率分布在（0.10~3.47）×10-3 μm 2 之间，平均1.0×10-3 μm 2 ，为低孔、低渗储层。 2?储层物性影响因素 2.1?机械压实作用和压溶作用 压实作用是在一定的埋深下，在上覆地层压力或构造运动力等能使其发生体积变小的力的作用下导致储层的空间结构变小，进而使得孔隙度变差的一种成岩作用[2]。在压实作用下，储层的砂岩颗粒可能会发生变形，破裂等， 进而形成更加致密的岩层，主要发生在成岩作用早期，对储层的破坏性较大。 2.2 溶蚀作用 溶蚀作用是对储层具有贡献性的成岩作用之一，多是在酸性条件下，碎屑颗粒及填隙物发生溶解而使得储层孔隙变大的作用[3]。工区长6储层发生溶蚀的组分主要以碎屑、杂基为主，主要与有机质演化过程中所形成的酸性物质发生化学反应，而产生一系列的空间较大的次生孔隙，该类孔隙连通性相对较好。 2.3?胶结作用 石英次生加大胶结在工区内较为常见，长石次生加大胶结稍微少见，据室内资料统计分析，石英次生加大是导致工区渗透性变差的主要因素之一，常见于粒度较粗、含碳酸盐胶结物的砂岩中，充填与粒间孔隙中。石英加大边在早期压溶作用的改造下产出，多覆盖于颗粒边缘。另自生石英胶结呈六方双锥状充填于粒间孔，致使储层孔隙度因空间结构减小而降低。 3?结论 1）研究区储层孔隙度平均为9.2%，渗透率平均为1.0×10-3μm 2，为低孔、低渗储层。 2）研究区长6储层砂岩成分成熟度较低。 3）影响研究区储层物性的主要因素有，压实作用、压溶作用、胶结作用以及溶蚀作用。其中，压实、胶结作用降低了储层物性，压溶作用、溶蚀作用对储层物性是有利的。 参考文献 [1]孙健，姚泾利，廖明光，等.?陇东地区延长组长_（4+5）特低渗储层岩石学特征[J].?特种油气藏，2015（6）：70-74；144. [2]高潮，孙兵华，孙建博，等.?鄂尔多斯盆地西仁沟地区长2低渗储层特征研究[J].?岩性油气藏，2014（1）：80-85. [3]李彩云，李忠兴，周荣安，等.?安塞油田长6特低渗储层特征[J].?西安石油学院学报：自然科学版，2001（6）：30-32；3. 低渗储层物性特征分析 苗贝1，2? ? 鲁晋瑜1，2 1.西安石油大学 陕西 西安 710065 2.延长油田井下作业工程公司 陕西 延安 716000 摘要：目前低渗储层已成为我国开发的重点，对低渗储层物性特征进行研究对低渗储层的开发具有重要指导意义，本文对M区低渗储层物性特征进行了分析。 关键词：低渗储层?物性特征?成岩作用 Analysis?of?physical?properties?of?low?permeability?reservoirs Miao?Bei?1，2，Lu?Jinyu?1，2 1.Xi ’an Shiyou University ，Xi ’an 710065，China Abstract：The?low?permeability?reservoirs?have?become?the?focus?of?oilfield?development?in?China.?The?research?on?the?physical?properties?of?low?permeability?reservoirs?is?of?great?significance?to?the?development?of?low?permeability?reservoirs.?This?article?describes?the?characteristics?of?low?permeability?reservoirs?in?M?Block. Keywords：low?permeability?reservoir；physical?property；diagenesis
平顶山煤田煤储层物性特征与煤层气有利区预测
第32卷第2期 地球科学———中国地质大学学报 Vol.32 No.22007年3月 Earth Science —Journal of China University of G eosciences Mar. 2007 基金项目:国家自然科学基金项目(No.40572091);国家重点基础研究发展计划课题(No.2002CB211702);中国地质调查局资助项目(No. 20021010004);国家重点基础研究发展计划课题(No.2006CB202202). 作者简介:姚艳斌(1978-),男,博士研究生,从事油气及煤层气地质研究工作.E 2mail :yaoyanbin @https://www.360docs.net/doc/212786979.html, 平顶山煤田煤储层物性特征与煤层气有利区预测 姚艳斌1,刘大锰1,汤达祯1,唐书恒1,黄文辉1,胡宝林2,车 遥1 1.中国地质大学能源学院,北京100083 2.安徽理工大学资源和环境系,安徽淮南232000 摘要:通过对平顶山煤田采集煤样的煤质、煤岩显微组分、煤相、煤岩显微裂隙分析,低温氮比表面及孔隙结构和压汞孔隙 结构测试,研究了该区的煤层气赋存地质条件、煤层气生气地质条件和煤储层物性特征.并采用基于GIS 的多层次模糊数学评价方法计算了该区的煤层气资源量,预测了煤层气资源分布的有利区.研究结果表明,该区煤层气总资源量为786.8×108m 3,煤层气资源丰度平均为1.05×108m 3/km 2,具有很好的煤层气资源开发潜力.其中,位于煤田中部的八矿深部预测区和十矿深部预测区周边地区,煤层累计有效厚度大,煤层气资源丰度高,煤层埋深适中,同时由于该受挤压构造应力影响,煤储层孔裂隙系统发育、渗透性高,是该区煤层气勘探、开发的最有利目标区.关键词:煤层气;平顶山煤田;储层物性;有利目标区.中图分类号:P618.130.2+1 文章编号:1000-2383(2007)02-0285-06 收稿日期:2006-05-20 Coal R eservoir Physical Characteristics and Prospective Areas for CBM Exploitation in Pingdingshan Coalf ield YAO Yan 2bin 1,L IU Da 2meng 1,TAN G Da 2zhen 1,TAN G Shu 2heng 1,HUAN G Wen 2hui 1,HU Bao 2lin 2,C H E Yao 1 1.Facult y of Energ y Resources ,China Universit y of Geosciences ,Bei j ing 100083,China 2.Department of Resources and Environmental Engineering ,A nhui Universit y of Science and T echnology ,Huainan 232000,China Abstract :Based on the elemental ,maceral ,micro 2fracture ,coal facies ,liquid nitrogen adsorption/desorption and mercury injection analyses ,the coalbed methane (CBM )geological characteristics ,coal reservoir physical characteristics ,CBM re 2sources and its exploration and exploitation prospect in Pingdingshan coalfield were systematically studied.The in 2place CBM resource was calculated using the f uzzy mathematics and stacking analysis of GIS (geographic information system )method.The results show that the in 2place CBM resources and the resources abundance in Pingdingshan coalfield are about 786.8×108m 3and 1.05×108m 3/km 2respectively ,which are very favorable for CBM exploration and development.The optimum target areas in this coalfield are the deep prediction districts of No.8and No.10coal districts ,where the coal reser 2voirs have higher coal thickness and CBM resource abundance ,good burial depth ,well connected pore 2cleat systems ,and higher permeability resulting f rom the tectonic stress. K ey w ords :coalbed methane ;Pingdingshan coalfield ;coal reservoir characteristics ;prospective and target area. 平顶山煤田位于河南省平顶山市,横跨宝、叶、襄、郏4县.东起洛岗正断层,西北至韩梁矿区,东北到襄郏正断层,南至煤层露头,整个煤田的勘探矿区和预测区面积约980km 2,煤炭探明储量和预测储量共计92亿t ,煤层气资源量786.8×108m 3,资源丰度平均为1.05×108m 3/km 2,具备良好的煤层气资源潜力.同时该区也是我国煤与瓦斯突发事故严重矿区,开发利用该区的煤层气具有充分利用资源、保
煤层气储层渗透率影响因素研究
煤层气储层渗透率影响因素研究 发表时间：2018-06-19T16:35:29.853Z 来源：《基层建设》2018年第10期作者：张龙[导读] 摘要：面对国家能源结构调整和社会对环境保护的需求，国家相关部门对煤层气提出了更大的指导规划和更积极的财政补贴政策，使得我国煤层气勘探开发又进入一次新的发展时期。 新疆煤田地质局一五六煤田地质勘探队 830009 摘要：面对国家能源结构调整和社会对环境保护的需求，国家相关部门对煤层气提出了更大的指导规划和更积极的财政补贴政策，使得我国煤层气勘探开发又进入一次新的发展时期。 关键词：煤层气；渗透性；影响因素 引言 目前，中国多数煤层气单井产量不高，衰减快，除了渗透率低这个客观因素外，一个很重要的原因就是对煤储层渗透率变化特征认识不全面，国内有关此类报道较少，因此加强煤层气储层的渗透性及其开发过程中动态变化特征的研究势在必行。笔者在总结前人研究的基础上，系统全面分析了煤层气储层的渗透性的相关影响因素及其变化规律。 1煤层气解吸过程 目前煤层气开采和实验研究普遍采用基于气相吸附理论的吸附—解吸模型，认为煤层中的水不利于甲烷的吸附，但实际情况是注水煤样中的液态水的存在反而增加了甲烷吸附量，符合液相吸附理论的特征，而且煤层气液相吸附的模式符合煤层气实际生产规律，可以将煤层气的解吸分为以下几个阶段：地层水脱气阶段、液相解吸阶段、气相解吸阶段和复合解吸阶段。根据液相吸附理论，煤基质（颗粒）和CH4分子是非极性分子，H2O分子是极性分子，因为二者极性不同，H2O分子将进一步推动CH4分子向煤基质方向移动，而煤基质（颗粒）与CH4分子的极性相近趋于相互吸附，使得CH4分子以高于气相吸附程度的形式更加密集地排列到煤基质（颗粒）表面，如图1所示。 根据煤层气的吸附理论，在开展排水采气作业时，由于地层水在甲烷未饱和阶段，所以煤层气井只产水不产气；当水量排至甲烷浓度和溶解度相同时，再降低压力时煤层的吸附甲烷才开始解吸，并且地层水开始脱气；水中的甲烷浓度降低，液相解吸也逐渐开始；随着地层压力的进一步降低，气相解吸出的甲烷不断进入煤层的孔隙和裂缝，产气量进一步增大；当压力降低到一定程度时，由液相解吸出来的一部分气体会出现气相吸附的现象，被称为复合解吸阶段，当液相解吸出来的甲烷无法被气相吸附时，气相解吸就会进一步释放大量的甲烷，使得煤层气的产量进一步增大，如图2所示。当然，并不是所有煤层气井的生产过程都是严格地按此流程进行，具体也要根据煤层气储层的压力、地质、生产流程等多种因素来进行分析。
鄂尔多斯盆地煤储层特征研究
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/212786979.html, 鄂尔多斯盆地煤储层特征研究 作者：周龙飞 来源：《城市建设理论研究》2014年第01期 摘要：煤层气是以吸附态为主赋存在煤层中的一种清洁能源。我国煤炭资源非常丰富，煤层气资源量也相当可观。开发煤层气不仅只是提供能源，对减少瓦斯事故、保护大气层也都有重要意义。煤储层是煤基质快、气、水（油）三相物质组成的三维地质体，煤储层较常规储层具有非常特殊的物理特征，其物性包括孔裂隙性、吸附解吸特性、力学性质、渗透性等多个方面。通过汞置换法、低温氮吸附法等实验和各种数据资料统计，总结出鄂尔多斯西缘煤储层特征，有利于准确预测煤层气开发前景、优选煤层气地面开发高渗富集区、制定有效的煤层气开发战略和完井方案，为煤层气资源评价、产能预测、储层改造和提高采收率提供理论依据。 关键词：鄂尔多斯盆地、煤储层特征、孔隙特征、渗透性、最大含气量 中图分类号：TD82文献标识码： A The Coal Reservoir Feature’s Study on the Odors Basin ZHOU Long-fei (The third Road and Bride Department, Zhongyuan Oilfield Construction Group, Puyang 457000, China) Abstract: Coalbed methane (CBM) is a kind of clean energy which is adsorbed in coalbed. There is abundant coal resources in China and the CBM reserves is a considerable figure. Exploitation of CBM not only provides energy but also has important significance on improving safe production level of coal mines and also can protect the atmosphere.Coal reservoir is three-phase composition of 3D geological body which is constitute by matrix fast, gas, water(oil).Coal reservoir had the special physical characteristic that compared to relatively conventional reservoir,its physical properties including hole fractured, adsorption, desorption characteristics, mechanical properties,permeability, etc. By experiencing mercury displacement,low temperature nitrogen adsorption andanalysing various data,summarized the west margin of ordos coal reservoir characteristics,which is benefit to predict the coalbed gas’s the development of prospects, optimize hypertonic CBM’s zone where the CBM is plentiful on the ground, make effective CBM’s the development of strategy and completed program,which provided theoretical basis for evaluating coal bed methane resource,predicting productivity, reconstructing reservoir ,improving the recovery. Key words: Ordos Basin、Coal reservoir feature、Hole feature、Permeability、The biggest gas content 1、引言
砂岩储层渗透率与压汞曲线特征参数间的关系
文章编号:1000-2634(2001)04-0005-04 砂岩储层渗透率与压汞曲线特征参数间的关系Ξ 廖明光1,李士伦1,谈德辉2 (1.西南石油学院石油工程学院,四川南充637001;21西南石油学院成人教育学院) 摘要:通过对大量岩样毛管压力数据的分析研究发现,在双对数坐标下储层岩石毛管压力曲线呈现明显的双曲线特征,且可用双曲线的两条渐近线P d和S b及孔喉几何因子F g三个参数唯一确定,双曲线的顶点代表了非润湿相在岩石系统中完全占据能有效控制流体流动的那部分有效孔隙空间时的状态。且双曲线的位置形状参数或顶点参数决定了岩石绝对渗透率的大小。分别用位置形状参数和顶点参数成功建立了岩石绝对渗透率的估算模型,并用大量实测数据验证了估算模型的可靠性。 关键词:绝对渗透率;砂岩;储层;压汞试验;双曲线;估算模型 中图分类号:TE122.33 文献标识码:A 引 言 压汞测试一直是储层孔隙结构研究的重要手段,由此得到的毛管压力曲线表征了岩石孔喉大小和分布[1]。用毛管压力曲线或孔隙结构特征参数来估算绝对渗透率历来是许多学者的研究课题,也是搞清孔隙结构参数对绝对渗透率影响因素的不可缺少的工作。因为各方面孔隙结构特征综合起来最终体现岩石的孔隙度和绝对渗透率的大小。建立一个有效的渗透率估算模型,其根本意义不完全在于利用该模型来估算绝对渗透率的大小,而在于弄清孔隙结构特征中控制和影响流体在孔隙性岩石中流动的重要特征参数,同时也给这些参数的理论意义和应用价值带来前景。本文在双对数坐标下研究毛管压力曲线的双曲线特征及其顶点意义的基础上,用双曲线的位置形状参数及顶点有关参数建立岩样的绝对渗透率的估算模型,并用来自我国吐哈油田、辽河油田、胜利油田等地区油气田的不同层位的砂岩储层的大量压汞测试资料,分析验证了模型的可靠性。 1 毛管压力曲线的双曲线特征 在毛管压力曲线图上,毛管压力曲线的形状和位置差异无疑反映岩样中一些包括孔隙几何学特征的基本性质[2]。当把实测压汞数据的p c和S Hg绘在双对数坐标下,最佳拟合数据点的平滑曲线近似于一条双曲线。毛管压力p c与饱和度S Hg间的双曲线关系可用如下数学模型来表达: (lg p c-lg p d)(lg S Hg-lg S b)=-F g/2.303 (1)式中 S Hg—进汞压力为p c时的累计汞饱和度(连通孔隙体积百分数,%); S b—无限大压力时可能的汞饱和度(总连通孔隙体积百分数,%); p c—汞/空气系统的毛管压力,MPa; p d—汞/空气系统外推排驱压力,MPa; F g—孔喉几何因子。 毛管压力曲线的位置和形状可由式(1)中的总连通孔隙体积百分数S b、外推排驱压力p d和孔喉几何因子F g三个参数确定。曲线相对于p c和S Hg轴的位置可由双曲线的两条渐近线确定。垂直渐近线表示在无限大压力下的总进汞饱和度,或称“总连通孔隙体积百分数”;水平渐近线表示“外推排驱压力”。曲线的形状由参数F g确定,它反映了岩石样品中的孔隙喉道的分选性和连通性。毛管压力曲线平台段 第23卷 第4期 西南石油学院学报 Vol.23 No.4 2001年 8月 Journal of S outhwest Petroleum Institute Aug 2001 Ξ收稿日期:2001-01-09 基金项目:“油气藏地质及开发工程国家重点实验室”开放基金项目(PLN9730);原地矿部“沉积盆地与流体动力学开放研究实验室”开放基金项目(97005)部分研究成果。 作者简介:廖明光(1967-),男(汉族),四川绵竹人,博士,主要从事储层地质学研究和教学工作。