煤层气储层渗透率影响因素及研究意义
煤层气储层特征研究分解
欠饱和的
饱和煤层（A）含有最大的气含量， 这在理论上是可能的，如由实验室确定 的等温吸附曲线所定义的。在开始脱水 和压力下降时，气生产立即开始。
欠饱和煤层（B）含有比煤层可能吸 附量要少的甲烷，由于先前发生过脱气事 件。为了使气产气甚至需要几年的时间进 行脱水和降压，而最终的储力
超压——煤层气井喷
三、储层的空隙压力与原地应力
2、煤层气瓦斯压力
煤层气（瓦斯） 压力是指在煤田勘探钻孔或煤矿矿井中测得的煤 层孔隙中的气体压力。煤储层试井测得储层压力是水压，二者的测试 条件和测试方法明显不同。煤储层压力是水压和气压的总和，在封闭 体系中，储层压力中水压等于气压；在开发体系中，储层压力等于水 压与气压之和。
同一煤样吸附不同气体：CO2>CH4>N2
CH4 CO2 N2
8
10
CH4 CO2 N2
8
10
四、煤储层的吸附性
2、煤层气吸附／解吸过程的差异与解吸作用类型划分
地质条件下的煤层气吸附过程与开采条件下的煤层气解吸过程的差异对比
煤层气物理吸附
煤层气物理解吸
作用过程
吸附偶于煤的热演化生烃、排烃 人为的排水-降压-解吸过程（是一 过程之中（是一种“自发过程”） 种“被动过程”）
一、煤层气的概念
1、煤层气
煤层气是以甲烷为主要成分的矿产，是在煤化作用过程中形成、储集 在煤层及其临近岩层中的非常规天然气。
2、煤层气储层
煤层作为煤层气的源岩和储层，具有2方面的特征：一是在压力作用 下具有容纳气体的能力； 二是具有允许气体流动的能力。
二、煤储层的渗透性
1、概念
储集层的渗透性是指在一定压力差下，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。
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：rp c b λ4= （6-2）md ρπλ221= （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。
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王臣君;杜敬国;梁英华【摘要】煤层气储层渗透率是煤层气开发生产的关键参数之一.在深入分析煤层气的解吸过程和煤储层孔隙特征的最新研究成果基础上,对与煤层气储层渗透率相关的主要影响因素进行了系统分析,发现:大量水排出后会形成大量与裂隙相连的孔隙,对煤层气的渗透率造成重要的影响;煤层的成熟度不仅对煤层气储层的孔隙结构造成影响,同时对孔隙表面的粗糙度也有一定的影响;克林伯格效应对煤层气储层的渗透率影响可以不在研究范围内;甲烷的溶解度随无机质离子的含量增大呈现一种先增大后减小的趋势.%The permeability of coalbed methane reservoirs is one of the key parameters of coalbed methane exploitation and production. Based on the deep analysis of the latest research results of the desorption process of coalbed methane and the pore characteristics of coal reservoirs, systematical analysis was made in this paper on the main influence factors related to the permeability of coalbed methane reservoirs, it was found that the discharge of a large amount of water would form a large number of pores connected with fractures, which would have an important influence on the permeability of coalbed methane;the maturity of coal seam not only affected the pore structure of coalbed methane reservoirs, but also the pore surface roughness; the influence of Klinkenberg effect on the permeability of coalbed methane reservoirs could be neglected; the solubility of methane showed a trend of first increase and then decrease with the increase of the inorganic ion content.【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2017(044)006【总页数】6页(P83-87,91)【关键词】煤层气;储层;渗透率;复合解吸;溶解度【作者】王臣君;杜敬国;梁英华【作者单位】华北理工大学化学工程学院,河北唐山063009;唐山中浩化工有限公司,河北唐山063611;华北理工大学化学工程学院,河北唐山063009;华北理工大学化学工程学院,河北唐山063009【正文语种】中文【中图分类】TD712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。
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]。
沁水盆地煤储层渗透率影响因素研究
c σ −3 ⋅ fe
0
式中： k ——给定应力条件下的渗透率
KB0B——原始渗透率
2——2
c ——煤的孔隙压缩系数 f
όBeB——有效应力
e ——为自然对数底，约为 2.71828。
所以在某一地区范围内，可以通过地应力状态，对煤层渗透率进行估计。 根据沁水盆地内有效应力与渗透率的关系曲线，本文引入“临界应力状态”对有效应 力对渗透率的影响规律加以说明。所谓的临界应力状态是指煤在发生形变且未发生大规模断 裂的范围内所能承受的最的载荷应力。据此我们对图 1 作如下的的解释：
图 1 沁水盆地的应力示意图
造条件较为复杂，盆地内煤储层渗
透率变化较大。对盆地内煤层渗透率的研究难度较大，本文主要从影响煤储层渗透率的内、
外因素进行探讨，希望能够给以后的煤层气开发工作以借鉴性作用。
1 影响渗透率的内在因素
影响煤储层渗透性的内部因素主要表现为煤体结构以及煤体本身的割理发育情况。因 为割理的发育对煤层渗透性起着决定性作用。割理的发育取决煤岩的力学性质，煤阶、煤体 结构等对割理的发育也有一定的影响。所以对煤储层渗透性的内部影响因素的研究，主要是 对割理的研究。
从表中可见，惰质组含量高的煤层不利于割理的发育和连通，镜质组含量高的煤层，割 理发育，连通好。 1.2.2 矿物质的影响
矿物质比有机质硬度大，大多以不均匀的状态赋存于煤层中，含矿物质多的地方，煤的 光泽黯淡⑥。暗淡区的割理发育程度低于光亮区，从微观—宏观都常见到光亮煤割理宽、数 量多，而暗淡煤割理窄、数量少的现象，矿物质在一定条件下不利于割理的发育。 1.2.3 煤相对割理影响
煤储层中有三种主要流体充填煤的割理系统⑦，即：（1）煤化作用过程中产生的有机 流体：（2）岩浆热液所携带的气液挥发物；（3）含无机沉淀物的地下水。通常，含无机沉淀 物的地下水对煤层的割理系统的危害最为严重和广泛。
煤储层渗透率与地质强度指标的关系研究及意义_郭红玉
图1 Fig． 1
加工后的部分煤样
The processed coal samples
第8 期
郭红玉等： 煤储层渗透率与地质强度指标（ GSI） 的关系研究及意义
1321
GSI 为测试渗透率时压实状态下的比对结果 。
图2 Fig. 2
渗透率测试系统
The test system for the permeability 图3 Fig. 3 典型的煤体结构
， 摒弃“实
。 尝试引入 GSI 理论来
评价煤体结构的完整程度， 探讨 GSI 值与渗透率的关 系， 为快速评估煤储层渗透率， 判定煤储层的水力压 裂适用性提供实验支撑。
收稿日期： 2010 － 04 － 16 责任编辑： 毕永华 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ 40902044 ） ； 长江学者和创新团队发展计划（ IRT0618 ） ； 河南省重点实验室项目（ OTMP0901 ） E － mail： guohy@ hpu. edu. cn 作者简介： 郭红玉（ 1978 —） ， 男， 河南遂平人， 博士研究生。Tel： 0391 － 3987981 ，
1320
煤
炭
学
报
2010 年第 35 卷
1
GSI 岩体分类体系的引入
形成于地质历史并受目前采动影 的是煤的整体性， ［13 ］ 响 ， 外生裂隙和割理均属于不连续面， 而被切割的 基质块则对应于岩体分类中的块度， 两者实质相通， 这是引用 GSI 岩 体 分 类 体 系 来 评 价 煤 体 结 构 的 基 础
Relationship of the permeability and geological strength index（ GSI） of coal reservoir and its significance
煤层气储层渗透率影响因素及研究意义
图1 煤样渗透率与平均有效应力ห้องสมุดไป่ตู้ 关系
煤化程度对煤样渗透率的影响
由图2可以看出，在同一应力状态 下，随着煤化程度的增高，煤的 渗透率降低。(Q煤样的挥发分最 小，Y煤样的挥发分位子中间，N 煤样的挥发分最大，因随着挥发 分的减少，煤化程度逐渐增高， 所以，煤样Q的煤化程度最高，Y 煤样次之，N煤样的煤化程度最 低)煤样渗透率的这种变化也是由 煤的孔豫度决定的。因为在一定 范围内(碳含量小于60)，孔隙度 随着煤化程度的增加而降低。高 变质的煤结构紧密，孔隙度低， 因而渗透率低。
渗透率的定义
渗透率是煤岩渗透流体能力大小的度量， 它是煤层气甲烷开采中一个最为关键的参 数，也是最复杂且难以确定的参数。由于 煤具有较软、低弹性模量的力学性质，在 钻井或开采中外界条件的改变可对其产生 强烈的影响。通常所说的煤层渗透率是指 煤层割理渗透率。
煤样的渗透率是根据达西公式计算的，即
式中K——渗流流量(m3/s)， p——测量点的大气压(Pa) P1——进口瓦斯压力(Pa) P2——出口瓦斯压力(Pa) L——试样长度，(m) A ——试样横截面积(m2) ——气体粘性系数(Pa·s)
图3 煤样渗透率与电场的关系
瓦斯解析对煤样渗透率的影响
由图4看出，当增大气体压力时， 在低压阶段(气压小于3MPa)，煤样 的渗透率减小，这是由于克林伯格 效应的结果，同时瓦斯的吸附也使 煤样的渗透率减小；当气体压力大 于3MPa后，煤样的渗透率随着气压 的增大而增大。在降压阶段，煤的 渗透率随着气体压力降低而减小， 当气体压力小于3MPa以后，随着气 压力的降低，煤样的渗透率开始增 大。根据同一煤样做的吸附实验结 果表明，在气体压力达到3MPa左右 时吸附瓦斯达到饱和，也就是说， 在上述渗流实验中，当气体压力降 至3MPa时，吸附瓦斯开始解吸，瓦 斯渗透率的增加是由于瓦斯的解吸 造成的，这与文献的结果是相吻合 的。
高煤阶煤层气储层动态渗透率特征及其对煤层气产量的影响
ｉｓｅ ｆ ｃ ｎ ｔ ｅ ｃ ａ ｂｅ ｅ ｈａ ｕ ｐｕ ｔ ｆ ｅ ｔｏ ｈ ｏ ｌ ｄ ｍ ｔ ｎｅ ｏ ｔ ｔ
ＣＨＥＮ ｈ ｎ ｏ ｇ ＣＨ ＥＮ ｎ ｅ ｇ ＹＡＮＧ ｉｏ ｈ ｎ ＤＥ Ｚ ｅｈ ｎ Ｙａ ｐ ｎ Ｊａ ｓ ｅ ｇ ＮＧ ｅ ＺＨＡＯ ｈ ｎ Ｗ ＡＮＧ Ｙｉ ｉ ｇ Ｚ Ｙｕ ｏ ｇ ｂｎ
＿＿ ＿ ＿
＿ 一
口同Βιβλιοθήκη 煤 阶煤 层 气 储 层 动 态 渗 透 率 特 征 及 其对 煤 层 气 产 量 的 影 响
陈 振 宏 陈 艳 鹏 杨 焦 生 邓 泽 赵 玉 红 王 一 兵
（ 国石 油 勘探 开发 研 究 院 廊 坊分 院 中 河北廊坊 ０５０） ６ ０ ７
摘 要 ：通 过 开展 干样 煤 储 层 地 质 效 应 实 验 ， 合 数 值 模 拟 方 法 ， 究 了煤 储 层 渗 透 率 动 态 变 化 特 征 及 其对 煤 层 气 井 产 能 的 影 响 结 研
ｗａｓｄｏ ｉ ｎ ｔｔ ｅ ｂ ｇｉｎｉ ｎｄｔ ｅ ｍ ａ ｒｘ ｓ ｉ ｋａ ｅ ｅ ｆｃ ｎ ｒ ａｓ ｄ ｇｒ ｄｕ ｌｙ ａ ｈｅｄｅ ｅｏ ｍ ｎａ ｔａ ｈ ｅ ｎ ｎｇ ａ ｈ ｔ ｉ ｈｒｎ ｇ ｆｅ ｔｉｃ ｅ ｅ ａ ａ ｌ ｓｔ ｖ ｌｐｍ ｅ ｏｃ ｅ ｅ ｎｔｐｒ ｅ ｄ ｄ Ｔｈｅｇ ｓ ｐ ｒ ｅ ｂｉ — ａ ｅｍ ａ ｌ ｉ
煤层渗透率影响因素综述与分析
第 22 卷第 5 期 天 然 气 工 业
( 4) 尽管测井力关系的方 程 是 Terzaghi 有效应力 ,原理可表述为 : T σ=σ ( 1) + p 式中 : p 为多孔介质孔隙流体压力 ( 内应力 ) ,σ 为总 T 应力 ( 或外应力) ,σ 为有效应力 。 导意义 。 ( 2) 实际计算结果表明 , 岩石强度受许多因素的 影响 。主要表现在以下几个方面 : ① 埋深对岩石强 度有比较大的影响 。受围压 、 温度和岩石成岩等作 用的影响 ,随着埋深的增加 ,其强度增大 。 ② 地层的 岩性不同其强度值不同 。对于颗粒比较大的粗砂 岩 ,因其比较疏松 ,可塑性较强 ,强度较大 ; 对于钙质 胶结的较致密砂岩 ,因其具有较强的胶结作用 ,其强 度同样大 。 ③ 同类岩石 ,当其它条件相同时 ( 比如埋 深、 岩石的结构和成分等 ) , 岩石强度随孔隙度的增 加而降低 。 ( 3) 应力场的方向与测井具有紧密的联系 , 根据 地层倾角测井资料可以确定最大与最小应力方向 , 从而确定地区的应力场方向 。
从而
φ=φ 0e (σ σ ) C′ φ 0=φ 0e (σ - σ 0 ) C′ φ
T T
=φ 0e
Δ σ C′ φ
( 3′ )
综合两种情况 ,我们可以用 ( 3) 式表示割理孔隙 度与有效应力的关系 。 岩石的渗透率与岩石所处的应力状态有密切关 系 , 岩石的渗透率和孔隙度一般来讲并不存在函数 关系 ,但有一定的统计规律 ,广泛应用的 K ozeny 方程 即说明了这种关系 , K ozeny 方程为 :
煤储层渗透率影响因素及排采控制研究
煤储层渗透率影响因素及排采控制研究田俊林（中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京 １０００８３） 摘 要：在煤层气排采过程中，渗透率是影响气井产量的关键因素。
本文通过分析煤层气排采经验，总经了在气井排采过程中，煤储层渗透率影响因素；并且在不同的排采阶段要采取不同的排采控制措施。
关键词：煤层气；渗透率；影响因素；排采控制 中图分类号：ＴＤ８２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—７９８１（２０２０）０１—００１７—０３ 煤层气井获得可观产气量需要两个基本条件：煤储层要具有一定的含气量以及良好的渗透性，前者是气井产气的物质基础，后者则是气体能够有效产出的关键因素。
在气井排采过程中，如何减少对储层渗透率的伤害，扩大解吸半径，是决定气井能否高产的关键因素。
在此过程中，对储层渗透率影响最大的主要有５个因素：应力敏感性、基质收缩、煤粉堵塞、气锁伤害以及气水两相流效应。
１ 煤储层渗透率影响因素１．１ 应力敏感性煤储层是一种典型的双重孔隙介质，其孔隙结构主要是由基质孔隙和裂缝孔隙构成，其中煤储层的渗透性主要取决于煤中裂隙。
在煤层气井排采过程中，随着地下水和煤层气的排出，煤储层压力逐渐下降，导致煤储层有效应力增加，煤储层微孔隙和裂隙被压缩甚至闭合，从而使煤储层渗透率明显下降，煤储层表现出明显的应力敏感性。
煤储层的应力敏感性可以用渗透率损害系数、渗透率损害率、不可逆渗透率损害率和应力敏感系数来具体评价［１］。
前人通过大量的试验研究表明，渗透率随有效应力的增大呈指数型降低。
１．２ 煤基质收缩效应煤体在吸附或解吸的过程中产生的膨胀或收缩效应统称为吸附变形。
在产气阶段，随着煤层气的解吸，煤基质开始收缩变形，导致煤中的裂隙开度增大，煤储层渗透率开始升高［１］。
基质收缩效应与应力敏感性不同，后者会导致煤储层渗透率下降并且很难恢复，前者则会提高煤储层渗透率。
煤储层渗透率在煤层气临界解吸压力前，主要受有效应力的影响而出现下降趋势，但当煤层气排采一段时间后，随着煤层气的不断解吸，煤基质收缩效应开始逐渐增强，有效应力效应逐渐减弱，煤储层渗透率开始逐渐改善。
煤层气开发过程中渗透率变化规律及对产量的影响
煤层气开发过程中渗透率变化规律及对产量的影响作者：袁善磊来源：《环球市场》2017年第23期摘要：近年来，人们对煤层气的认识逐渐提高，煤层气的开发经历了一个漫长过程，过去很长一段时间，瓦斯都是煤矿开发过程中一项重大安全隐患，煤矿开发过程中发生瓦斯爆炸，将会造成巨大的经济损失和人员伤亡，由于认识上的不足，其经常被人们视作有害气体直接被排放到空气中，导致其价值没有得到体现，并且对环境造成了污染。
科技的进步，使人们认识到了煤层气的重要性，通过先进的开发技术对煤层气进行开发，能够使其价值得到体现，一方面能够解决全球能源短缺问题，另一方面也能够改善环境。
关键词：煤层气开发；渗透率；变化规律；产量；影响1渗透率动态变化影响因素1.1有效应力对渗透率的影响随着煤层气井排水采气的进行，生产井筒内的动液面会不断下降，孔隙流体压力逐渐降低，导致煤体骨架承受的有效应力增加，使得孔隙体积变小、裂缝趋于闭合，进而造成煤岩渗透率逐步下降。
目前国内外学者普遍认为煤储层渗透率与有效应力呈负指数关系，且对于高煤阶低渗透性煤储层，此关系更为明显。
有效应力对渗透率的“负效应”随着煤层气井气、水的产出不可避免，认清有效应力对煤储层渗透率的影响规律，对控制煤储层的应力敏感性和科学地提高煤层气气井产能十分必要。
1.2煤基质收缩对渗透率的影响和传统油气藏不同，煤层气以吸附状态赋存于煤层之中，当储层压力小于临界解吸压力时，煤层气就会从煤基质表面解吸，从而导致煤基质体积收缩，增加煤层割理宽度，使得煤层渗透率增大。
由于煤层气的吸附解吸是可逆的，通过对吸附膨胀量的研究即可得到解吸过程中的基质收缩量，大部分研究学者普遍认为吸附膨胀量与孔隙压力呈Langmuir方程的关系。
结合火柴棍模型推导孔隙度变化量，进而利用孔隙度变化量与渗透率变化量的三次方关系，推导得出煤基质收缩所引起的渗透率正效应变化量。
由于煤基质收缩对渗透率的正效应是在煤层气解吸之后发生的，在开发过程中对于实际解吸点的确定尤为重要。
煤层渗透性变化影响因素分析
煤层渗透性变化影响因素分析李祥春;聂百胜;王龙康;戴林超【摘要】研究了应力、克林肯伯格效应、煤基质收缩效应对煤层渗透性的影响.研究表明,随着煤层瓦斯的解吸,孔隙压力的降低,煤基质发生收缩,吸附膨胀变形减小,渗透率将增大;体积应力的增加,在孔隙瓦斯压力保持不变的情况下,有效应力将增加,煤层瓦斯的渗透率随之减小;由于克林肯伯格效应的存在,从而增加瓦斯气体的流速,使得煤层的渗透性有所改善.对各影响因素的研究,对于防治矿井瓦斯灾害、合理利用煤层气资源具有重要意义.%The influence of stress, Klinkenberg effects and shrinkage effects to coal seam permeability are analyzed. The research results show that as gas in coal seam desorbs and gas stress decreases, coal matrix shrinks so as to make adsorption swelling deformation smaller and increase the permeability of coal seam. When stress increases and gas pressure is not changed coal seam permeability decreases. Because of the existence of Klinkenberg effects gas flow speed and coal seam permeability increase. The researches have important significance to prevent gas disaster and develop gas resource in mine.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2011(020)006【总页数】4页(P112-115)【关键词】煤层;渗透性;收缩效应;克林肯伯格效应;应力【作者】李祥春;聂百胜;王龙康;戴林超【作者单位】中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京,100083;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京,100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京,100083;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京,100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京,100083;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京,100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京,100083;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】TD823.21+2煤层渗透性是研究瓦斯在煤层中运移的基本参数[1-3]。
渗透率在煤层气开发过程中的变化规律及其对产量的影响
渗透率在煤层气开发过程中的变化规律及其对产量的影响夏瑜【摘要】煤层气是一种清洁能源，具有较高的利用价值，尤其是在能源越来越短缺的背景下，环境压力和煤矿生产的形势越来越严峻，对其进行合理开发意义重大。
主要对煤层气开发过程中渗透率的变化规律及其对产能的影响进行的详细阐述。
%Coalbed methane(CBM)is a kind of clean energy with high utilization value.Especially in the background of the shortage ofenergy,environmental pressure and coal mine production are becoming more and more serious,and reasonable exploitation is of great significance.The author mainly expatiates on the variation law of permeability and its effect on productivity in the process of CBM development.【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2016(042)012【总页数】2页(P8-8,10)【关键词】渗透率;煤层气;变化规律;产能;影响因素【作者】夏瑜【作者单位】中石油煤层气有限责任公司韩城分公司，陕西韩城 715400【正文语种】中文【中图分类】P618.13;TE37随着世界经济的快速发展，对油气等能源的需求量不断增加，非常规油气资源的开发更加吸引了人们的目光。
中国的煤层气资源相当丰富，但开发基本上属于起步阶段。
随着常规油气资源的逐渐短缺，我国制订了详细的煤层气开发计划，使非常规油气的开发前景被看好。
然而，煤层气开发受到多方面因素的影响，其中渗透率的变化是影响煤层气产量的主要因素之一，随着煤层气不断从地下采出，地层的压力将会逐渐降低，这势必会引起煤层应力的变化，对煤层的渗透性和气（液）体流动产生不良影响，导致煤层气解吸难度变大。
煤储层渗透率影响因素
煤储层渗透率影响因素摘要：煤储层渗透率对研究煤层气的产出及运移规律有着重要的意义，理清其影响因素对于有效预测煤储层渗透率、寻找有利勘探区具有重要的实际价值。
该文从裂隙系统、构造应力、煤岩类型、煤变质程度、煤体结构、温度、有效应力、基质的收缩效应、层理等方面对煤储层渗透性的影响进行了分析，并得出了具有针对性的结论。
关键词：煤层气渗透率影响因素综述中图分类号：p618 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2012）12（a）-0-02煤层气是以吸附状态富集在煤储层中的一种“自生自储”式非常规天然气，我国煤层气资源丰富，储量居于世界前列，开发利用的前景广阔。
渗透率是煤层气开发中的关键因素之一，直接关系到煤层气的产出能力，同时煤层气渗透率对研究煤层气的赋存、压力分布、解吸排放及运移规律也有着重要的意义。
煤储层渗透率主要受裂隙系统的发育程度、基质显微结构等内部因素以及多种外部因素的影响，笔者在系统分析前人研究成果的基础上，总结了不同地质条件下煤储层渗透率的主控因素，这对于有效预测煤储层渗透率、寻找有利勘探区具有一定的实际意义和参考价值。
1 煤储层渗透率的控制因素1.1 裂隙系统煤储层的裂隙系统一般分为内生裂隙（割理）和外生裂隙、继承性裂隙三部分。
裂隙系统是煤层气在煤层中的渗透路径，煤层的渗透性取决于裂隙系统的发育程度和连通程度[1]，经前人研究发现，裂隙发育的煤储层与裂缝不发育的煤储层相比，渗透率相差1～2个数量级，且裂隙越发育，连通性越好，越利于流体的渗流，这对煤层气可采性评价有极其重要的指导意义。
煤储层裂缝的形成主要受构造应力、煤岩类型、煤变质程度等因素的影响。
1.1.1 构造应力由于煤的低杨氏模量，性软而脆的力学性质，所以外部条件对裂缝的产生及对渗透率的影响是通过煤储层自身形变而实现的，而应力的改变最易引起形变。
有学者认为是古构造应力是控制割理发育程度的主控因素，成煤期后的构造活动是产生煤层构造裂缝的主要因素，构造活动强度的大小对煤储层的渗透性既有建设性作用，也有破坏性作用。
煤储层渗透率影响因素
煤储层渗透率影响因素摘要：煤储层渗透率对研究煤层气的产出及运移规律有着重要的意义，理清其影响因素对于有效预测煤储层渗透率、寻找有利勘探区具有重要的实际价值。
该文从裂隙系统、构造应力、煤岩类型、煤变质程度、煤体结构、温度、有效应力、基质的收缩效应、层理等方面对煤储层渗透性的影响进行了分析，并得出了具有针对性的结论。
关键词：煤层气渗透率影响因素综述煤层气是以吸附状态富集在煤储层中的一种“自生自储”式非常规天然气，我国煤层气资源丰富，储量居于世界前列，开发利用的前景广阔。
渗透率是煤层气开发中的关键因素之一，直接关系到煤层气的产出能力，同时煤层气渗透率对研究煤层气的赋存、压力分布、解吸排放及运移规律也有着重要的意义。
煤储层渗透率主要受裂隙系统的发育程度、基质显微结构等内部因素以及多种外部因素的影响，笔者在系统分析前人研究成果的基础上，总结了不同地质条件下煤储层渗透率的主控因素，这对于有效预测煤储层渗透率、寻找有利勘探区具有一定的实际意义和参考价值。
1 煤储层渗透率的控制因素1.1 裂隙系统煤储层的裂隙系统一般分为内生裂隙（割理）和外生裂隙、继承性裂隙三部分。
裂隙系统是煤层气在煤层中的渗透路径，煤层的渗透性取决于裂隙系统的发育程度和连通程度[1]，经前人研究发现，裂隙发育的煤储层与裂缝不发育的煤储层相比，渗透率相差1～2个数量级，且裂隙越发育，连通性越好，越利于流体的渗流，这对煤层气可采性评价有极其重要的指导意义。
煤储层裂缝的形成主要受构造应力、煤岩类型、煤变质程度等因素的影响。
1.1.1 构造应力由于煤的低杨氏模量，性软而脆的力学性质，所以外部条件对裂缝的产生及对渗透率的影响是通过煤储层自身形变而实现的，而应力的改变最易引起形变。
有学者认为是古构造应力是控制割理发育程度的主控因素，成煤期后的构造活动是产生煤层构造裂缝的主要因素，构造活动强度的大小对煤储层的渗透性既有建设性作用，也有破坏性作用。
适度的断裂和褶皱等构造作用可以增加煤层的割理密度，提高渗透率，所以构造裂缝发育地带可以是高渗透煤层发育带[2]。
煤层气储层渗透率特征研究
[收稿日期]2009208220 [基金项目]国家科技重大专项项目(2008ZX050362001)。
[作者简介]汪伟英(19592),女,1982年大学毕业,硕士,教授,现主要从事石油工程方面的教学与研究工作。
煤层气储层渗透率特征研究 汪伟英,汪亚蓉 (长江大学石油工程学院,湖北荆州434023) 邹来方 (中国石油集团钻井工程研究院,北京100000) 石惠宁 (华北油田分公司采油工艺研究院,河北任丘06255)[摘要]采用煤岩渗流试验装置,研究了煤层气储层中气体的渗流规律,以及气体滑脱效应、有效应力对煤岩渗透率的影响。
从理论上研究了煤岩孔隙系统特征。
研究结果表明,由于煤岩特殊的双重孔隙介质特征,有效应力对渗透率影响非常严重。
岩石总有效应力增大,煤岩渗透率下降。
而卸压时渗透率只能得到一定程度的恢复,从而造成渗透率的损失。
[关键词]煤层气;有效应力;渗透率;滑脱效应[中图分类号]TE311[文献标识码]A [文章编号]100029752(2009)0620127202渗透率是煤岩渗透流体能力大小的度量,它是煤层气甲烷开采中一个最为关键的参数,也是最复杂且难以确定的参数。
由于煤具有较软、低弹性模量的力学性质,在钻井或开采中外界条件的改变可对其产生强烈的影响。
笔者利用山西沁水郑庄煤层气储层天然煤样,进行系统室内试验,研究了煤岩渗透率特征和影响因素,可为合理设计煤层气储层钻完井方案提供理论依据。
1 煤层气储层的孔隙系统特征煤的孔隙结构分基质孔隙和裂缝孔隙,从而构成煤的双重孔隙系统。
煤有许多裂缝将煤体切割成许多小块体(称基质块体或基岩块体)。
把煤中裂缝称为割理(煤裂隙)是英国采矿业的习惯。
煤的割理(微裂缝)由面割理和端割理组成,面割理可长达几百米,端割理仅发育在两条面割理之间,纵横交错的割理构成了甲烷气的渗流通道[1]。
渗透率是煤层气甲烷开采中一个最为关键的参数。
煤基质的渗透率极低,一般可不考虑,通常所说的煤层渗透率是指煤层割理渗透率。
煤层气储层渗透性影响因素分析
煤变质作用指由褐煤转变为烟煤、无烟煤、超无烟煤的物理化学作用。煤变质的范围是从褐煤到石墨的演变。煤的变质是温度、压力和时间长期作用的结果，其中温度是煤变质的主导因素，在煤的埋藏过程中，温度加速化学煤化作用，而压力可以促进物理结构煤化作用，时间无疑是煤变质的因素之一。煤变质作用是促使煤中显微裂隙和内生裂隙发育的重要外部因素，煤变质作用可使煤中孔隙产生次生变化，也可经过煤层中孔隙、裂隙的发育改变煤的机械力学性质，进而对其渗透性产生影响。一般低变质和高变质程度的煤割理欠发育，渗透性差；中变质程度的煤割理发育，渗透性好。
Schwerer等人得到如下煤储层孔隙度和渗透率关系式[18]：
（7）
（8）
式中，Cf为孔隙压缩系数，单位 ；P0为初始压力，Mpa；Kf、Kf0分别为裂隙系统的绝对渗透率和初始时刻裂隙系统的绝对渗透率，10−3µm2。
由于煤体自身的性质不同，其基质收缩率也不尽相同，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基质收缩应变的实验数据极少，这是由于实验的难度和涉足的研究较少所致。
煤层气开发过程中，随着气、水介质的排出，煤基质发生收缩，由于煤基质在侧向上受围压限制，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，造成裂缝宽度增加，渗透率增高。煤储层渗透率增加的倍数与煤储层绝对渗透率关系密切。绝对渗透率愈大，煤基质收缩效应愈明显，收缩效应引起的渗透率增量随流体压力的减少而增大。
ห้องสมุดไป่ตู้5 煤基质收缩
基质收缩效应是指当储层压力低于临界解吸压力后，吸附的煤层气发生解吸导致煤基质收缩，储层物性改善的效应。Gray认为,由于煤层气解吸时，煤基质会收缩使得裂隙扩张，从而导致煤层渗透率的增大[14]；Harpalani等通过室内试验发现，气体压力减小时，煤层气解吸，煤基质体积减小，且煤基质体应变与解吸的气体量呈线性关系[15]。Harpalani和Chen通过室内试验研究了与解吸有关的煤岩体基质体积变化后得出，解吸引起的煤基质收缩变化远大于基质的压缩率[16]；Mavor等利用美国San Juan盆地的现场实测数据验证了“基质收缩理论”的正确性[17]。
山西沁水煤田煤层渗透性及其影响因素研究
山西沁水煤田煤层渗透性及其影响因素研究[摘要] 渗透率作为评价煤层气储层储气能力的重要的参数，煤体结构、孔裂隙发育程度、原岩应力对其有重要的影响。
通过对沁水煤田中三个井煤层扩散系数的分析，得出本区煤体的渗透性差异较大，但整体上3号煤层的渗透率大于15号煤层的渗透率。
[关键字] 沁水煤田渗透率扩散系数煤层气又称为瓦斯，是在煤的形成过程中伴生且储存于煤体中的一种气体，甲烷是其主要成分[1，3]。
煤层气是一种无污染、燃烧热值高的洁净能源，可作为燃料被广泛应用[3，4]。
自20世纪80年代以来，煤层气已被世界许多国家和地区广泛重视。
煤层气的勘探开发及利用能够缓解目前能源紧张的矛盾，解决目前由于采煤过程中大量煤矿瓦斯排放到大气中引起的环境污染问题，还能够减少煤矿井下瓦斯突发引起的事故。
沁水煤田是我国煤层气最重要的富集地区，煤层气资源丰富，具有含气量高、甲烷浓度大、理论含气饱和度高和资源丰度大的总体特点。
这是我国煤层气开发的重点，所以说对沁水煤田樊庄勘探区煤储层渗透性的分析是十分重要的。
1 研究区域所处位置樊庄勘探区位于山西省晋城市西北85km。
行政区划隶属沁水县端氏、樊庄、胡底、固县；高平市杜寨、野川、原村、马村、东周；晋城市大阳、下村等乡镇。
地理座标为：东经112°29′29”-112°46′23”；北纬35°39′59”-35°50′00”。
勘探区南北长18.53-19.96km，东西宽16.37-19.27km，面积319.16km2。
2 渗透性及其影响因素2.1 渗透性储集层的渗透性是指在一定压力差下，允许流体通过其连通孔隙的性质，渗透率是评价渗透性能的重要指标。
煤层渗透率一般很低，通常小于1×10-3μm2；且渗透率具有各向异性，主要是由于煤体在形成过程中所受的构造应力方向不同所造成的，一般面割理方向的渗透率比端割理方向大。
2.2 渗透率参数渗透率作为衡量流体通过多孔介质的一项重要指标，它是评价煤层气储层储气能力的重要的参数，也是决定煤层气产量高低的关键性因素。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
压裂和裸眼洞穴造缝方面的例子有：铁法 煤田大兴井田DT1井便经历了裸眼造穴、清 煤田大兴井田DT1井便经历了裸眼造穴、清 水压裂、清水携砂压裂和大规模高砂比高 压力压裂的过程。
其他影响煤层渗透率的因素
除以上所列出的影响因素外，磁场、流变、 煤中水分含量以及化学因素等都会影响渗 透率，至于其影响机理的研究还有待加强。
增大渗透率的方法
目前，主要的储层强化措施是人工造缝。 采用的主要方法有清水加砂或不加砂压裂、 凝胶加砂压裂、洞穴激励造缝等。对于剖 面上煤层不集中分布，单层煤厚不大的多 煤层井，多采用水力压裂的办法。埋深不 大的煤层(小于600m)在压裂时可以不加砂， 大的煤层(小于600m)在压裂时可以不加砂， 埋深大的煤层则必须加砂压裂。对于厚度 较大、渗透性又很好的煤层则采用洞穴激 励造缝的措施。
基质收缩效应
煤层气开发过程中，储层压力降到临界压力以下 时，煤层气便开始解吸，随孔隙压力降低，气体 解吸量增加，基质微孔隙表面自由能增加，基质 发生收缩，产生新的裂隙或割理，孔隙度增大， 从而使得渗透率增高：△K 从而使得渗透率增高：△Kms=α(△V／V) 而△V V=βV 而△V／V=βVd，Vd=VLP／(PL+P) 故有△K αβV 故有△Kms=αβVd=CVd 式中：V为基质体积；△V为基质体积变化量；V 式中：V为基质体积；△V为基质体积变化量；Vd 为解吸量；V 为解吸量；VL、PL分别为Langmuir体积和压力； 分别为Langmuir体积和压力； α、β为取决于煤体性质的常数，C=αβ。 为取决于煤体性质的常数，C=αβ。
图4 煤样的渗透率与气体压力之间 的关系
表1 煤储层渗透率评价表
Klinkenberg效应 Klinkenberg效应
由气体分子和固体分子间的相互作用产生的效应 称Klinkenberg效应。它可以由下式表述： Klinkenberg效应。它可以由下式表述： Ka=K0(1+b/pm) 式中：K 为初始绝对渗透率；K 为渗透率；P 式中：K0为初始绝对渗透率；Ka为渗透率；Pm为 平均气体压力；b Klinkenberg系数。由 平均气体压力；b为Klinkenberg系数。由 Klinkenberg效应所引起的渗透率增量为：K Klinkenberg效应所引起的渗透率增量为：K滑移 =K0*b／pm *b／
电场对煤样渗透率的影响
图3为Q煤样的渗透率与电场强度 E的变化关系。由此可以看出，在 实验电场强度范围内煤样的 渗透率与电场强度成线性关系， 即随着电场强度的增加而呈线性 增加。符合下列关系K=A+B 式中K——渗透率(m3) E——电场强度(KV/m)| A，B为常数。在煤样两端加上电 场后，相当于在瓦斯流动方向煤 体中建立了电势差，煤体中的瓦 斯渗流将出现电动效应，且电场 强度越大，电动效应越显著，从 而瓦斯在煤体中的渗透率随着电 场强度的增高而增大。
煤层气储层渗透率影响 因素及研究意义
汇报提纲
1 2 3 4 选题意义、 选题意义、研究内容 煤层渗透率的影响因素 增大煤层渗透率的方法 结论及展望
选题意义、研究内容
煤层气作为能源开发是我国十一五计划的 内容之一，国家计划在2015年煤层气的利 内容之一，国家计划在2015年煤层气的利 用率达到60%。然而，煤层气开的决定因 用率达到60%。然而，煤层气开的决定因 素是煤层的渗透率。天然气由于渗透率较 高易于开发和利用。研究如何增加煤层的 渗透率对于煤层气的开发具有重大的意义。
渗透率的定义
渗透率是煤岩渗透流体能力大小的度量， 它是煤层气甲烷开采中一个最为关键的参 数，也是最复杂且难以确定的参数。由于 煤具有较软、低弹性模量的力学性质，在 钻井或开采中外界条件的改变可对其产生 强烈的影响。通常所说的煤层渗透率是指 煤层割理渗透率。
煤样的渗透率是根据达西公式计算的，即
式中K——渗流流量(m3/s)， p——测量点的大气压(Pa) P1——进口瓦斯压力(Pa) P2——出口瓦斯压力(Pa) L——试样长度，(m) A ——试样横截面积(m2) ——气体粘性系数(Pa·s)
图3 煤样渗透率与电场的关系
瓦斯解析对煤样渗透率的影响
由图4看出，当增大气体压力时， 在低压阶段(气压小于3MPa)，煤样 的渗透率减小，这是由于克林伯格 效应的结果，同时瓦斯的吸附也使 煤样的渗透率减小；当气体压力大 于3MPa后，煤样的渗透率随着气压 的增大而增大。在降压阶段，煤的 渗透率随着气体压力降低而减小， 当气体压力小于3MPa以后，随着气 压力的降低，煤样的渗透率开始增 大。根据同一煤样做的吸附实验结 果表明，在气体压力达到3MPa左右 时吸附瓦斯达到饱和，也就是说， 在上述渗流实验中，当气体压力降 至3MPa时，吸附瓦斯开始解吸，瓦 斯渗透率的增加是由于瓦斯的解吸 造成的，这与文献的结果是相吻合 的。
渗透率的影响因素
有效应力对煤样渗透率的影响 煤化程度对煤样渗透率的影响 电场对煤样渗透率的影响 瓦斯解析对煤样渗透率的影响 Klinkenberg效应和基质收缩效应对煤层渗透率的影响
有效应力对煤样渗透率的影响
如图1为煤样的渗透率 随平均有效应力的变化 规律。可以看出，煤样 的渗透率K与平均有效 应力呈指数关系，即满 足关系式 式中平均有效应力 a,b为拟合常数。在应力 集中带，由于裂隙及大 孔隙受压而闭台，可使 渗透力降低；在卸压带， 由于原有裂隙的张开、 扩大以及新裂隙的形成， 可使渗透能力急剧提高。
图1 煤样渗透率与平均有效应力的 关系
பைடு நூலகம்化程度对煤样渗透率的影响
由图2可以看出，在同一应力状态 下，随着煤化程度的增高，煤的 渗透率降低。(Q煤样的挥发分最 小，Y煤样的挥发分位子中间，N 煤样的挥发分最大，因随着挥发 分的减少，煤化程度逐渐增高， 所以，煤样Q的煤化程度最高，Y 煤样次之，N煤样的煤化程度最 低)煤样渗透率的这种变化也是由 煤的孔豫度决定的。因为在一定 范围内(碳含量小于60)，孔隙度 随着煤化程度的增加而降低。高 变质的煤结构紧密，孔隙度低， 因而渗透率低。