沁水盆地含水煤层气藏的气体渗流特征
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ａ
ａｎｄ ｗａｔｅｒ ａｌｗａｙｓ ｃｏ－ｅｘｉｓｔ
ｒａｔｅ
ａｔ
ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｌｏｗ．Ｔｈｅ
ｓｔａｇｅ
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｓｔｉｌｌ ｍａｉｎｔａｉｎｓ
ｐｏｒｏｕｓ
ｃａｎ
ｈｉｇｈｅｒ ｌｅｖｅｌ ｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ｉｓ
ｖｅｒｙ
ｐｒｅｓｅｎｃｅ
ｏｆ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗａｔｅｒ ｕｓｕａｌｌｙ ｍａｋｅｓ
比，其初始含水饱和度往往较高。在开发过程中气水两相始终同时存在，即使是在开发的第３阶段，产水量很小，但水相饱和度还
是较高。地层水的存在使得多孔介质通道狭窄，造成低渗含水气藏毛管压力普遍很高，严重影响气体的渗透率。通过对沁水盆地 部分煤岩样品渗流特征的研究，将排采曲线归纳为上凸型、下凹型和复合型３种代表类型。分析结果表明，含水饱和度越大，启动 压力梯度越大。这些认识对于正确制订排呆工作制度、提高排采效果具有重要意义。 关键词：沁水盆地；煤层气；渗流特征；扩散；临界压力 中图分类号：ＴＢｌｌ２．３３ 文献标识码：Ａ
万方数据
１．２实验结果
式中：１７２。为干岩样质量，ｇ；ｍ，为岩样饱和模拟地层 水后的质量，ｇ；优：为气驱后岩样的质量，ｇ；Ｓ。为岩样 含水饱和度。 与单相气体渗流实验相似，实验过程中，测定在 压力变化过程中不同含水饱和度下的岩心流量与压 力之间的关系，用达西定律计算岩样的气体渗透率。
通过对实验数据进行分析及整理，实验结果如 图１一图３所示。
Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ；ｃｏｍｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ；ｓｅｅｐａｇｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ；ｃｒｉｔｉｃａｌ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ
煤层是一种渗透率较低、含水饱和度较高的非常 规储层，目前开发的中高煤阶的煤储层，其微孔十分发 育，煤层气的赋存状态主要为吸附气，与常规气藏相 比，其初始含水饱和度较高，排水降压是其主要的开采 方式。沁水盆地南部煤层气田已经获得商业开发，但 统计结果表明，多数煤层气井的产量仍然很低，产量不 是十分理想，某些井瞬时产量较高，但衰减较快，且相 邻区域内各井的单井产量变化较大。由于煤层微孔发 育，毛管压力普遍较高，气体渗流受到一定影响，造成 在开发过程中气水两相始终同时存在，在一定程度上 影响了气井产量‘卜２１，研究不同饱和度条件下煤层气渗
第３２卷第３期
２０１１年５月
石
油
学
报
Ｖ０１．３２
Ｎｏ．３ ２０１１
ＡＣＴＡ ＰＥＴＲＯＬＥＩ ＳＩＮＩＣＡ
Ｍａｙ
文章编号：０２５３—２６９７（２０１ １）０３—０５００・０４
沁 水盆地含水煤层气藏的气体渗流特征
陈 霞１ 刘洪林２ 王红岩２
赵
群２
（１．中国石油华北油田分公司综合一处河北廊坊０６５００７；２．中国石油勘探开发研究院廊坊分院河北廊坊０６５００７） 摘要：煤层气主要以吸附状态在承压水作用下赋存在煤基质孔隙中，排水降压是其主要开采方式。煤层气藏和低渗透天然气藏相
ｃｏｒｅ
ＪＳｌ７－２ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｗａｔｅｒ
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ
２实验结果分析
２．１
作用力小于附加的渗流阻力，于是导致气体渗流曲线
与液体相似。
含水条件下煤层气藏气体渗流曲线特征 实验结果表明，在含水条件下煤层气藏气体渗流
（３）复合型渗流曲线 图１中含水饱和度为４６．２０％、图３中含水饱和 度为６２．５１％的曲线特征为复合型渗流曲线。在实验 速度范围内，渗流曲线由低速时的下凹型曲线段、低速 时的上凸型曲线段和较高渗流速度下拟线性流直线段 组成。每两段曲线之间存在一交点，即存在从一种渗 流形态向另一种渗流形态过渡的临界点。这种类型的 曲线反映了气体低速渗流的完整过程。出现这种现象 是由于毛细管力和滑脱效应综合作用的结果。当气体 在储层中渗流时，主要受到净压力、黏滞力、毛细管力 和滑脱效应作用力的综合作用［２。１引。当渗流速度很小 时，毛细管力占据主导地位，这使得气体渗流表现出启 动压力梯度的特征。随着净压力的增大，其主导地位 逐渐被滑脱效应作用取代，表现为气体渗透率随着压 力的增大而减小。滑脱效应随着净压力的增大而逐渐 减弱，直至黏滞力的作用越来越大，表现出线性渗流的
特征。 ２．２含水饱和度与启动压力关系
具有３种典型的渗流特征，即上凸型渗流曲线、下凹型 渗流曲线和复合型渗流曲线。 （１）上凸型渗流曲线 上凸型曲线为图１中岩心ＪＳｌｌ－２在３种不同含 水饱和度条件下渗流曲线和图３中ＪＳｌ７—２岩心在含 水饱和度为４４．７５％的渗流曲线。该类型的渗流曲线 与单相气体渗流规律相似，渗流曲线表现了非达西流 动的特征，由非线性段、拟线性段、过渡段和线性段连 接而成，拟线性流动段延长线不通过坐标原点而与流 量轴相交，存在一拟初始流量。在克氏回归曲线上，气 体有效渗透率随着压力的升高而降低，产生这种现象 的原因是由于滑脱效应的影响。 （２）下凹型渗流曲线 下凹型曲线为图２中岩，ｔＬ，ＪＳ２２－１在３种饱和度 条件下的渗流曲线。它与低渗地层单相液体的低速非 达西渗流特征相似，即渗流曲线具有明显的非达西特 征，它是由非线性段和线性段构成的一条完整的下凹 型曲线。渗流曲线的直线段延长线不通过坐标原点而 与压力平方梯度轴相交，有一正截距，此点的压力梯度 称为拟初始压力梯度。在克氏回归曲线上，气体有效 渗透率随着压力的增大而增大。 产生这种现象的原因是，孔隙介质中水相的存在 减少了气体的有效渗流空间，降低了气体实际有效渗 透率；同时，水相的存在也使得地层中相接触关系复杂 化，并且由于气液两相共存而产生的毛细管力也导致 喉道控制作用。虽然气体滑脱效应提供了气体渗流的 附加动力，但是当水相饱和度较高时，气体滑脱效应的
ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｔｙｐｅｓ，ｎａｍｅｌｙ ｕｐｗａｒｄ—ｐｒｏｔｒｕｄｉｎｇ，ｄｏｗｎｗａｒｄ－ｃｏｎｃａｖｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｔｙｐｅｓ．Ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ
ａ
ａｑｕｅｏｕｓ
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｇｒａｄｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ
ｓｔａｒｔ—ｕｐ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｏｆ
ｇｒｅａｔ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ
ｎｏｔ ｇａｓ
ｏｎｌｙ ｉｎ ｍａｋｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．
ｐｒｏｐｅｒ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｄｒａｉｎａｇｅ ａｎｄ ｇａｓ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｄｒａｉｎａｇｅ ａｎｄ
基金项目：国家科技重大专项（２００８ＺＸ０５０１８）资助。 第一作者及通讯作者：陈霞，女，１９７２年２月生，１９９３年７月毕业于江汉石油学院，现为中国石油华北油田分公司高级工程师，主要从事石油天然 气勘探开发方面的研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｅａｃｈｅｒｃｘ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．饥
万方数据
第３期
陈霞等：沁水盆地含水煤层气藏的气体渗流特征
通过分析可以看出，对于同一块岩心，含水饱和度 大小对气体渗流特征影响显著。以ＪＳｌ７－２岩心为例， 当含水饱和度较高时，气体渗流表现出明显的启动压 力梯度现象（图３）。随着含水饱和度的下降，滑脱效 应的影响逐渐增加。当含水饱和度进一步降低后，启 动压力梯度的影响基本消失，气体渗流主要受到滑脱 效应的影响。其他岩心的表现也基本相似，只有在较 高的含水饱和度下，气体渗流才受到启动压力梯度的 影响，随着饱和度的降低，滑脱效应影响逐渐增加。 此外，在启动压力梯度影响的低速渗流阶段，含水 饱和度的大小对启动压力梯度存在影响（图１、图２）。
ｃｈａｎｎｅｌｓ ｎａｒｒｏｗ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｌｏｗ－ｐｅｒ—
ｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｗａｔｅｒ－ｂｅａｒｉｎｇ ｔｅｄ
ｓｅｅｐａｇｅ
ｇａｓ
ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｕｎｉｖｅｒｓａｌｌｙ ｈｉｇｈ，ｗｈｉｃｈ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ａｆｆｅｃｔ ｇａｓ
Ｇａｓ—ｓｅｅｐａｇｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏａｌｂｅｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ
ＣＨＥＮ Ｘｉａｌ
（１．Ｇｅｎｅｒａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｊ，ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏａｌｂｅｄ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
ｓｔａｔｅ
ｍｅｔｈａｎｅ（ＣＢＭ）ｅｘｉｓｔｓ ｉｎ ｐｏｒｅｓ ｏｆ ｃｏａＩ ｍａｔｒｉｘ ｍａｉｎｌｙ ｉｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｕｎｄｅｒ
ａｎ
ａｒｔｅｓｉａｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｉｔ
ｃａｎ ｎｏｔ
ｂｅ
ｅｘｐｌｏｉｔｅｄ ｕｎｔｉｌ ｄｒａｉｎｉｎｇ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｄｒｏｐｐｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｌｏｗ－ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｎａｔｕｒａｌ ｖｏｉｒｓ ｕｓｕａｌｌｙ ｈａｖｅ
５０１
表１实验岩心基础数据
Ｔａｂｌｅ １ Ｐｒｉｍａｒｙ ｄａｔａ ｏｆ
ｃｏｒｅ
ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
Ｓ。＝—／ｎ２－－—Ｔｙ／０×１００％
ｍ１—７７２０
在实验中严格控制每条曲线含水饱和度的变化，具 体做法是根据岩样渗透率的不同，采用尽可能低的 实验压差，同时在实验前后对岩样称重，控制含水饱 和度的变化不超过３％，以保证气体处于单相渗流 状态。
ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅ
ｃｕｒｖｅｓ
ｐｒｅｓｅｎｔ ｐａｐｅｒ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａ—
ｇａｓ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｏｍｅ ｃｏａｌ ｒｏｃｋｓ ｓａｍｐｌｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ
Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ ａｎｄ ｃａｔｅｇｏｒｉｚｅｄ
ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｄｒａｉｎａｇｅ ａｎｄ
ｅｖｅｎ ａ
ｇａｓ
ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ，ｅｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ
ｇａｓ
ｒｅｓｅｒ—
ｈｉｇｈｅｒ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｗａｔｅｒ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ．Ｄｕｒｉｎｇ ｏｆ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ
ａｑｕｅｏｕｓ
ｇａｓ
ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ，ｔｗｏ ｐｈａｓｅｓ ｏｆ
流特征对于制订开发方案以及排采工作制度具有重要 意义。
１
含水条件下气体渗流实验
为了系统研究沁水盆地煤层气藏渗流特征，选取
１．１实验样品
了晋城郑庄地区３口井的样品。为便于对比研究，对 镜质体反射率Ｒ。、孔隙度和渗透率进行了测试。测 试结果显示，该地区煤为高煤阶无烟煤，孔隙分 布为３．５％～４．９％，渗透率为（０．１０２～１．０００）× １０ｑ／ｌｍ２（表１）。
ｗａｔｅｒ
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ
堋 ∞ 咖 ｍ
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，
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１０ １００
五
Ｌ
Ａ，．Ｊｒ，－‘／（ｂｌＰａ２．ｍ’１）
１０＿‘／ＭＰａ－１
图２岩心ＪＳ２２－１在不同含水饱和度条件下的渗流实验结果
Ｆｉｇ．２ Ｆｌｏｗｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ
ｃｏｒｅ ＪＳ２２—１ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｗａｔｅｒ
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ
万方数据
５０２
石
油
学
报
２０１１年第３２卷
ｏ．１６
ｏ．１２
？
，
目 ｉ
｛
＝ ｏ
毛０．０８
Ⅺ
０．０４
０．∞
０
２
４ ｐ－１ＩＭＰａ－１
６
８
Ａｐ２．Ｌ－‘Ｉ（ＭＰａ２．ｍ－１）
图３岩心ＪＳｌ７－２在不同含水饱和度条件下的渗流实验结果
Ｆｉｇ．３ Ｆｌｏｗｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ
０．１０
ｏ．傩 ？
鼍
皇０．０６
ｏ
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＝ 々
：０．０４
硇
０ｍ
Ｏｍ
Ｏ ２ ４ ６ ８
Ａ，．Ｌ－１ Ｉ（ＭＰａ２．１－。）
ｐ－１／ＭＰ＆－１
图ｌ岩心ＪＳｌｌ－２在不同含水饱和度条件下的渗流实验结果
Ｆｉｇ．１ Ｆｌｏｗｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ
ｃｏｒｅ
ＪＳｌ ｌ一２ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ＬＩＵ Ｈｏｎｇｌｉｎ２
ＷＡＮＧ
Ｈｏｎｇｙａｎ２
ＺＨＡＯ Ｑｕｎ２
Ｈｕａｂｅｉ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌａｎｇｆａｎｇ ０６５００７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｌａｎｇｆａｎｇ Ｂｒａｎｃｈ， ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｌａｎｇｆａｎｇ ０６５００７。Ｃｈｉｎａ）
ａｎｄ ｗａｔｅｒ ａｌｗａｙｓ ｃｏ－ｅｘｉｓｔ
ｒａｔｅ
ａｔ
ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ ｌｏｗ．Ｔｈｅ
ｓｔａｇｅ
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｓｔｉｌｌ ｍａｉｎｔａｉｎｓ
ｐｏｒｏｕｓ
ｃａｎ
ｈｉｇｈｅｒ ｌｅｖｅｌ ｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ｉｓ
ｖｅｒｙ
ｐｒｅｓｅｎｃｅ
ｏｆ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗａｔｅｒ ｕｓｕａｌｌｙ ｍａｋｅｓ
比，其初始含水饱和度往往较高。在开发过程中气水两相始终同时存在，即使是在开发的第３阶段，产水量很小，但水相饱和度还
是较高。地层水的存在使得多孔介质通道狭窄，造成低渗含水气藏毛管压力普遍很高，严重影响气体的渗透率。通过对沁水盆地 部分煤岩样品渗流特征的研究，将排采曲线归纳为上凸型、下凹型和复合型３种代表类型。分析结果表明，含水饱和度越大，启动 压力梯度越大。这些认识对于正确制订排呆工作制度、提高排采效果具有重要意义。 关键词：沁水盆地；煤层气；渗流特征；扩散；临界压力 中图分类号：ＴＢｌｌ２．３３ 文献标识码：Ａ
万方数据
１．２实验结果
式中：１７２。为干岩样质量，ｇ；ｍ，为岩样饱和模拟地层 水后的质量，ｇ；优：为气驱后岩样的质量，ｇ；Ｓ。为岩样 含水饱和度。 与单相气体渗流实验相似，实验过程中，测定在 压力变化过程中不同含水饱和度下的岩心流量与压 力之间的关系，用达西定律计算岩样的气体渗透率。
通过对实验数据进行分析及整理，实验结果如 图１一图３所示。
Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ：Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ；ｃｏｍｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ；ｓｅｅｐａｇｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ；ｃｒｉｔｉｃａｌ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ
煤层是一种渗透率较低、含水饱和度较高的非常 规储层，目前开发的中高煤阶的煤储层，其微孔十分发 育，煤层气的赋存状态主要为吸附气，与常规气藏相 比，其初始含水饱和度较高，排水降压是其主要的开采 方式。沁水盆地南部煤层气田已经获得商业开发，但 统计结果表明，多数煤层气井的产量仍然很低，产量不 是十分理想，某些井瞬时产量较高，但衰减较快，且相 邻区域内各井的单井产量变化较大。由于煤层微孔发 育，毛管压力普遍较高，气体渗流受到一定影响，造成 在开发过程中气水两相始终同时存在，在一定程度上 影响了气井产量‘卜２１，研究不同饱和度条件下煤层气渗
第３２卷第３期
２０１１年５月
石
油
学
报
Ｖ０１．３２
Ｎｏ．３ ２０１１
ＡＣＴＡ ＰＥＴＲＯＬＥＩ ＳＩＮＩＣＡ
Ｍａｙ
文章编号：０２５３—２６９７（２０１ １）０３—０５００・０４
沁 水盆地含水煤层气藏的气体渗流特征
陈 霞１ 刘洪林２ 王红岩２
赵
群２
（１．中国石油华北油田分公司综合一处河北廊坊０６５００７；２．中国石油勘探开发研究院廊坊分院河北廊坊０６５００７） 摘要：煤层气主要以吸附状态在承压水作用下赋存在煤基质孔隙中，排水降压是其主要开采方式。煤层气藏和低渗透天然气藏相
ｃｏｒｅ
ＪＳｌ７－２ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｗａｔｅｒ
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ
２实验结果分析
２．１
作用力小于附加的渗流阻力，于是导致气体渗流曲线
与液体相似。
含水条件下煤层气藏气体渗流曲线特征 实验结果表明，在含水条件下煤层气藏气体渗流
（３）复合型渗流曲线 图１中含水饱和度为４６．２０％、图３中含水饱和 度为６２．５１％的曲线特征为复合型渗流曲线。在实验 速度范围内，渗流曲线由低速时的下凹型曲线段、低速 时的上凸型曲线段和较高渗流速度下拟线性流直线段 组成。每两段曲线之间存在一交点，即存在从一种渗 流形态向另一种渗流形态过渡的临界点。这种类型的 曲线反映了气体低速渗流的完整过程。出现这种现象 是由于毛细管力和滑脱效应综合作用的结果。当气体 在储层中渗流时，主要受到净压力、黏滞力、毛细管力 和滑脱效应作用力的综合作用［２。１引。当渗流速度很小 时，毛细管力占据主导地位，这使得气体渗流表现出启 动压力梯度的特征。随着净压力的增大，其主导地位 逐渐被滑脱效应作用取代，表现为气体渗透率随着压 力的增大而减小。滑脱效应随着净压力的增大而逐渐 减弱，直至黏滞力的作用越来越大，表现出线性渗流的
特征。 ２．２含水饱和度与启动压力关系
具有３种典型的渗流特征，即上凸型渗流曲线、下凹型 渗流曲线和复合型渗流曲线。 （１）上凸型渗流曲线 上凸型曲线为图１中岩心ＪＳｌｌ－２在３种不同含 水饱和度条件下渗流曲线和图３中ＪＳｌ７—２岩心在含 水饱和度为４４．７５％的渗流曲线。该类型的渗流曲线 与单相气体渗流规律相似，渗流曲线表现了非达西流 动的特征，由非线性段、拟线性段、过渡段和线性段连 接而成，拟线性流动段延长线不通过坐标原点而与流 量轴相交，存在一拟初始流量。在克氏回归曲线上，气 体有效渗透率随着压力的升高而降低，产生这种现象 的原因是由于滑脱效应的影响。 （２）下凹型渗流曲线 下凹型曲线为图２中岩，ｔＬ，ＪＳ２２－１在３种饱和度 条件下的渗流曲线。它与低渗地层单相液体的低速非 达西渗流特征相似，即渗流曲线具有明显的非达西特 征，它是由非线性段和线性段构成的一条完整的下凹 型曲线。渗流曲线的直线段延长线不通过坐标原点而 与压力平方梯度轴相交，有一正截距，此点的压力梯度 称为拟初始压力梯度。在克氏回归曲线上，气体有效 渗透率随着压力的增大而增大。 产生这种现象的原因是，孔隙介质中水相的存在 减少了气体的有效渗流空间，降低了气体实际有效渗 透率；同时，水相的存在也使得地层中相接触关系复杂 化，并且由于气液两相共存而产生的毛细管力也导致 喉道控制作用。虽然气体滑脱效应提供了气体渗流的 附加动力，但是当水相饱和度较高时，气体滑脱效应的
ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ ｔｙｐｅｓ，ｎａｍｅｌｙ ｕｐｗａｒｄ—ｐｒｏｔｒｕｄｉｎｇ，ｄｏｗｎｗａｒｄ－ｃｏｎｃａｖｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｔｙｐｅｓ．Ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ
ａ
ａｑｕｅｏｕｓ
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｇｒａｄｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ
ｓｔａｒｔ—ｕｐ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｏｆ
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ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ
ｎｏｔ ｇａｓ
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ｐｒｏｐｅｒ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｄｒａｉｎａｇｅ ａｎｄ ｇａｓ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｄｒａｉｎａｇｅ ａｎｄ
基金项目：国家科技重大专项（２００８ＺＸ０５０１８）资助。 第一作者及通讯作者：陈霞，女，１９７２年２月生，１９９３年７月毕业于江汉石油学院，现为中国石油华北油田分公司高级工程师，主要从事石油天然 气勘探开发方面的研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｅａｃｈｅｒｃｘ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．饥
万方数据
第３期
陈霞等：沁水盆地含水煤层气藏的气体渗流特征
通过分析可以看出，对于同一块岩心，含水饱和度 大小对气体渗流特征影响显著。以ＪＳｌ７－２岩心为例， 当含水饱和度较高时，气体渗流表现出明显的启动压 力梯度现象（图３）。随着含水饱和度的下降，滑脱效 应的影响逐渐增加。当含水饱和度进一步降低后，启 动压力梯度的影响基本消失，气体渗流主要受到滑脱 效应的影响。其他岩心的表现也基本相似，只有在较 高的含水饱和度下，气体渗流才受到启动压力梯度的 影响，随着饱和度的降低，滑脱效应影响逐渐增加。 此外，在启动压力梯度影响的低速渗流阶段，含水 饱和度的大小对启动压力梯度存在影响（图１、图２）。
ｃｈａｎｎｅｌｓ ｎａｒｒｏｗ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｐｉｌｌａｒｙ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｌｏｗ－ｐｅｒ—
ｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｗａｔｅｒ－ｂｅａｒｉｎｇ ｔｅｄ
ｓｅｅｐａｇｅ
ｇａｓ
ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｕｎｉｖｅｒｓａｌｌｙ ｈｉｇｈ，ｗｈｉｃｈ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ａｆｆｅｃｔ ｇａｓ
Ｇａｓ—ｓｅｅｐａｇｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏａｌｂｅｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ
ＣＨＥＮ Ｘｉａｌ
（１．Ｇｅｎｅｒａｌ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｊ，ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏａｌｂｅｄ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ
ｓｔａｔｅ
ｍｅｔｈａｎｅ（ＣＢＭ）ｅｘｉｓｔｓ ｉｎ ｐｏｒｅｓ ｏｆ ｃｏａＩ ｍａｔｒｉｘ ｍａｉｎｌｙ ｉｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｕｎｄｅｒ
ａｎ
ａｒｔｅｓｉａｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｉｔ
ｃａｎ ｎｏｔ
ｂｅ
ｅｘｐｌｏｉｔｅｄ ｕｎｔｉｌ ｄｒａｉｎｉｎｇ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｄｒｏｐｐｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｌｏｗ－ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｎａｔｕｒａｌ ｖｏｉｒｓ ｕｓｕａｌｌｙ ｈａｖｅ
５０１
表１实验岩心基础数据
Ｔａｂｌｅ １ Ｐｒｉｍａｒｙ ｄａｔａ ｏｆ
ｃｏｒｅ
ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
Ｓ。＝—／ｎ２－－—Ｔｙ／０×１００％
ｍ１—７７２０
在实验中严格控制每条曲线含水饱和度的变化，具 体做法是根据岩样渗透率的不同，采用尽可能低的 实验压差，同时在实验前后对岩样称重，控制含水饱 和度的变化不超过３％，以保证气体处于单相渗流 状态。
ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅ
ｃｕｒｖｅｓ
ｐｒｅｓｅｎｔ ｐａｐｅｒ
ｉｎｖｅｓｔｉｇａ—
ｇａｓ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｏｍｅ ｃｏａｌ ｒｏｃｋｓ ｓａｍｐｌｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ
Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ ａｎｄ ｃａｔｅｇｏｒｉｚｅｄ
ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｄｒａｉｎａｇｅ ａｎｄ
ｅｖｅｎ ａ
ｇａｓ
ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ，ｅｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ
ｇａｓ
ｒｅｓｅｒ—
ｈｉｇｈｅｒ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｗａｔｅｒ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ．Ｄｕｒｉｎｇ ｏｆ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ，ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ
ａｑｕｅｏｕｓ
ｇａｓ
ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ，ｔｗｏ ｐｈａｓｅｓ ｏｆ
流特征对于制订开发方案以及排采工作制度具有重要 意义。
１
含水条件下气体渗流实验
为了系统研究沁水盆地煤层气藏渗流特征，选取
１．１实验样品
了晋城郑庄地区３口井的样品。为便于对比研究，对 镜质体反射率Ｒ。、孔隙度和渗透率进行了测试。测 试结果显示，该地区煤为高煤阶无烟煤，孔隙分 布为３．５％～４．９％，渗透率为（０．１０２～１．０００）× １０ｑ／ｌｍ２（表１）。
ｗａｔｅｒ
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ
堋 ∞ 咖 ｍ
？
，
ｏ
噶 Ｖ
苫
（
仰 ｍ
莹
毛
：
瑚 仇 咖 叭
１０ １００
五
Ｌ
Ａ，．Ｊｒ，－‘／（ｂｌＰａ２．ｍ’１）
１０＿‘／ＭＰａ－１
图２岩心ＪＳ２２－１在不同含水饱和度条件下的渗流实验结果
Ｆｉｇ．２ Ｆｌｏｗｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ
ｃｏｒｅ ＪＳ２２—１ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｗａｔｅｒ
ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ
万方数据
５０２
石
油
学
报
２０１１年第３２卷
ｏ．１６
ｏ．１２
？
，
目 ｉ
｛
＝ ｏ
毛０．０８
Ⅺ
０．０４
０．∞
０
２
４ ｐ－１ＩＭＰａ－１
６
８
Ａｐ２．Ｌ－‘Ｉ（ＭＰａ２．ｍ－１）
图３岩心ＪＳｌ７－２在不同含水饱和度条件下的渗流实验结果
Ｆｉｇ．３ Ｆｌｏｗｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ
０．１０
ｏ．傩 ？
鼍
皇０．０６
ｏ
冒
＝ 々
：０．０４
硇
０ｍ
Ｏｍ
Ｏ ２ ４ ６ ８
Ａ，．Ｌ－１ Ｉ（ＭＰａ２．１－。）
ｐ－１／ＭＰ＆－１
图ｌ岩心ＪＳｌｌ－２在不同含水饱和度条件下的渗流实验结果
Ｆｉｇ．１ Ｆｌｏｗｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ
ｃｏｒｅ
ＪＳｌ ｌ一２ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ＬＩＵ Ｈｏｎｇｌｉｎ２
ＷＡＮＧ
Ｈｏｎｇｙａｎ２
ＺＨＡＯ Ｑｕｎ２
Ｈｕａｂｅｉ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌａｎｇｆａｎｇ ０６５００７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｌａｎｇｆａｎｇ Ｂｒａｎｃｈ， ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ＆Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｌａｎｇｆａｎｇ ０６５００７。Ｃｈｉｎａ）