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1、煤层气勘探与开发利用技术亚美大陆煤层气有限公司张留伟 13935643216电子邮：公共信箱：密码：555888第五章 煤层气的产出过程 问题：问题： 1、 2、 煤层气与天然气排采不同，煤层排采具有煤层气与天然气排采不同，煤层排采具有一个排采高峰期，因为煤层气是以吸附状一个排采高峰期，因为煤层气是以吸附状态赋存。由此导致煤层气产出过程及其秒态赋存。由此导致煤层气产出过程及其秒速模型的种种特征。速模型的种种特征。第一节 煤层气产出基本理论 1、煤层气的查处有三个过程，即解吸、扩、煤层气的查处有三个过程，即解吸、扩散与渗流。一般是解吸作用符合朗缪尔原散与渗流。一般是解吸作用符合朗缪尔原理，扩散作
2、用可用菲克原理，渗流作用可理，扩散作用可用菲克原理，渗流作用可用符合达西原理。用符合达西原理。 2、今年来发现许多情况下煤层气解吸、扩、今年来发现许多情况下煤层气解吸、扩散与渗流与传统模式不同。散与渗流与传统模式不同。 3、地下水的采出使煤层压力降低到一定程、地下水的采出使煤层压力降低到一定程度时，煤中被吸附的气体开始从微孔隙表度时，煤中被吸附的气体开始从微孔隙表面分离，即解吸。解吸与吸附是互逆的。面分离，即解吸。解吸与吸附是互逆的。 4、解析气浓度在解吸面附近较高，在裂隙、解析气浓度在解吸面附近较高，在裂隙空间中较低，因此煤层气会在浓度梯度的空间中较低，因此煤层气会在浓度梯度的驱动下，通过孔
3、隙驱动下，通过孔隙裂隙系统向裂隙空间裂隙系统向裂隙空间扩散。在煤层中有三种扩散机理：以分子扩散。在煤层中有三种扩散机理：以分子之间相互作用为主的体积扩散，以分子之间相互作用为主的体积扩散，以分子表面相互作用为主的表面相互作用为主的Knudsen扩散，基质表扩散，基质表面的吸附气层表面扩散。面的吸附气层表面扩散。 5、Fick第一定律和第二定律见第一定律和第二定律见135页。页。 6、煤层气产出相继经历了三个阶段图、煤层气产出相继经历了三个阶段图5-2 第一阶段，水的单向流；第一阶段，水的单向流； 第二阶段，非饱和单向流；第二阶段，非饱和单向流； 第三阶段，气第三阶段，气水两相流；水两相流； 二
4、、煤层气开采过程（见二、煤层气开采过程（见137页）页） 1、煤层气井排水阶段、煤层气井排水阶段 煤层气的排水阶段主要取决于临解比（临煤层气的排水阶段主要取决于临解比（临界解吸压力与储层压力之比）。界解吸压力与储层压力之比）。 2、排水时间对煤层气具有重要指导作用，、排水时间对煤层气具有重要指导作用，可用气比方法确定。达西定律如可用气比方法确定。达西定律如138页。页。 2、煤层气井产气阶段、煤层气井产气阶段 详见详见139页。页。第二节 煤及煤储层气水相对渗透率 相对渗透率是多相介质渗流研究的一个重相对渗透率是多相介质渗流研究的一个重要特征，是煤层气开发过程中重要的关系要特征，是煤层气开发过
5、程中重要的关系曲线，影响到煤层气井的排采速度和产能。曲线，影响到煤层气井的排采速度和产能。 一、相对渗透率一、相对渗透率 相对渗透率是有效渗透率与绝对渗透率的相对渗透率是有效渗透率与绝对渗透率的比值。煤储层相对渗透率采用单相有效渗比值。煤储层相对渗透率采用单相有效渗透率同气相（甲烷或氮气）克氏或绝对渗透率同气相（甲烷或氮气）克氏或绝对渗透率之比值。公式见透率之比值。公式见141页。页。 二、测试方法二、测试方法 目前，相对渗透率还无可靠的理论计算方目前，相对渗透率还无可靠的理论计算方法，主要依靠实验室测定。法，主要依靠实验室测定。 1、稳态法、稳态法 采用稳态法测定煤的相对渗透率时，一般采用稳
6、态法测定煤的相对渗透率时，一般采用恒速法，即气和水按一定流量同事流采用恒速法，即气和水按一定流量同事流过样品，知道样品两端的压差达到平衡过样品，知道样品两端的压差达到平衡(稳稳定值定值)。此时，采用。此时，采用X射线扫描法测定样品的射线扫描法测定样品的含水饱和度，根据稳定压力和注入流量，含水饱和度，根据稳定压力和注入流量，按照达西凌律分别求出气和水的有效渗透按照达西凌律分别求出气和水的有效渗透率，进而得到相对渗透率。率，进而得到相对渗透率。 2、非稳态法、非稳态法 非稳态法过程中从未达到气非稳态法过程中从未达到气水饱和度平水饱和度平衡，原因是先将煤样用水饱和，然后采用衡，原因是先将煤样用水饱和
7、，然后采用气体对水进行置换。根据压差和流量数据，气体对水进行置换。根据压差和流量数据，采用数学模型求得煤样的相对渗透率，该采用数学模型求得煤样的相对渗透率，该模型是样品出口端水饱和度的函数。模型是样品出口端水饱和度的函数。 P.Puri et al提出，使用提出，使用X射线扫描技术来测射线扫描技术来测定束缚水的饱和度，主要步骤见定束缚水的饱和度，主要步骤见142页。页。 三、我国部分煤样的相对渗透率三、我国部分煤样的相对渗透率 实验结果表明沁水盆地及其外围煤样相对实验结果表明沁水盆地及其外围煤样相对水相渗透率介于如表水相渗透率介于如表5-1. 沁水盆地单相水流和气、水双相渗流区均沁水盆地单相水
8、流和气、水双相渗流区均较窄，见图较窄，见图5-7.第三节第三节 煤层气产出过程中压降传播煤层气产出过程中压降传播与渗透率变化与渗透率变化 有效应力负效应及煤基质收缩正效应解释有效应力负效应及煤基质收缩正效应解释见见145页。页。 一、煤储层压力传播特性一、煤储层压力传播特性 在原始地层条件下，储层内压力分布处于在原始地层条件下，储层内压力分布处于平衡状态。在开采条件下，疏排降压引起平衡状态。在开采条件下，疏排降压引起储层压力降低与传播见图储层压力降低与传播见图5-8. 任一距离处任一时刻储层压力的传播与分任一距离处任一时刻储层压力的传播与分布见布见146页。页。 二、煤储层渗透率排采诱导变化效
9、应二、煤储层渗透率排采诱导变化效应 1、有效应力负效应、有效应力负效应 见见147页页 2、煤基质收缩正效应、煤基质收缩正效应 煤体在吸附时可引起自身膨胀，在解吸气煤体在吸附时可引起自身膨胀，在解吸气体时则导致自身收缩。称为煤基块弹性自体时则导致自身收缩。称为煤基块弹性自调节作用。煤层气开发过程中，煤层气发调节作用。煤层气开发过程中，煤层气发生解吸，煤基质收缩，收缩量通过吸附膨生解吸，煤基质收缩，收缩量通过吸附膨胀实验计算。公式见胀实验计算。公式见147148. 两者之比较见两者之比较见149页。页。第四节 煤层井产能数值模拟 数值模拟以动力学模型为基础，是预测煤数值模拟以动力学模型为基础，是
10、预测煤层气井产能的唯一收单。通过对产能的科层气井产能的唯一收单。通过对产能的科学预测，为煤层气探明储量的获取及开发学预测，为煤层气探明储量的获取及开发经济评价提供可靠依据。经济评价提供可靠依据。 一、数值模拟技术的进展与用途一、数值模拟技术的进展与用途 煤层气井产能数值模拟煤层气井产能数值模拟(煤储层数值模拟煤储层数值模拟)技技术的发展经历了三个阶段，见术的发展经历了三个阶段，见149150页。页。 煤层气数值模拟技术的主要用途包括煤层气数值模拟技术的主要用途包括:150页页 二、数值模拟步骤与方法二、数值模拟步骤与方法 1、参数准备、参数准备 2、建立地质模型、建立地质模型 3、产能预测、产能预测 三、煤层气井产能影响因素三、煤层气井产能影响因素 1、煤层气含气性对产能的影响、煤层气含气性对产能的影响 2、煤层物性对产能的影响、煤层物性对产能的影响 3、流体动力条件对差能的影响、流体动力条件对差能的影响