地应力对煤层气开发的影响

1、地应力对煤层气开发的影响专 业： 石油工程2班 学生姓名： * 指导教师： * 毕业答辩答辩提纲一煤层气产出机理及产量影响因素二煤储层特征及物性影响因素三地应力对煤储层物性及产量的影响四地应力对渗透率动态变化的影响五结论 1.1 煤层气产出机理解吸 扩散 渗流 1 煤层气产出机理及产量影响因素 1.2 产量影响因素煤层气产量受很多因素影响，如地质因素、煤储层物性、开发技术、经济因素。对产量造成影响的煤储层物性，主要有含气量、渗透率、孔隙度。调研发现，产气量随含气量、孔隙度和渗透率的增加而增大。 1 煤层气产出机理及产量影响因素 2.1 煤储层特征煤层作为煤层气的储存场所，是一种典型的孔隙裂隙双

2、重介质结构。基质孔隙具有极强的吸附能力，很大比表面积，决定煤层气储集能力；裂隙系统的储集能力差，但是其渗透率却很高，是气、水渗流的主要通道。 2 煤储层特征及物性影响因素 2.2.1 含气量影响因素研究表明，煤层含气量的影响因素主要包括煤的变质程度、温度、压力、煤质、煤层有效埋藏深度、储层有效厚度、储层物性等，其中，煤变质程度起着根本性作用。 2 煤储层特征及物性影响因素影响因素煤层含气量特点有效埋藏深度在一定的深度范围内,煤层埋藏深度增加,煤化程度增加,煤的生烃量增加,且煤层气的保存能力增强,含气量也随之增加.但到一定深度时,随着深度增大,煤层含气量的增加变得非常缓慢,基本符合朗格缪尔吸附定

3、律.有效厚度一般煤层厚度越大,煤层气生成量越多,煤储层含气量越高,反之则越低.煤的变质程度一般情况下,随煤变质程度的增高,煤层气生成量增加,煤层气含量也增大,但煤的变质程度达到超无烟煤阶段时,煤层气的含量会减小.温度一般情况下,地层温度升高,吸附态气体相对减少,煤层含气量降低.压力通常情况下,随着压力的增大,吸附气含量整体表现为增加趋势.即煤层含气量与压力呈正相关关系.煤质煤层中水分和灰分含量越高,煤对甲烷的吸附量越低.水文地质当水文地质控气作用为水力运移逸散作用时,导致煤层气运移、散失,煤层含气量小;当水文地质控气作用起封闭和封堵作用时,有利于煤层气保存、富集,此时煤层含气量大.区域构造构造

4、地质条件对含气性的影响较为复杂一般来讲,压性构造对煤层气有聚集作用,此时煤层气含量会较大.张性构造对煤层气的保存不利,此时煤层气含量会较小.地堑型构造比地垒型构造煤层气保存条件好.煤层顶底板岩性(盖层或围岩)顶板岩性越致密、厚度越大.其渗透性就越低,对煤层气的保存越有利,此时煤层含气量越大。岩浆活动作用杨起等人通过华北和美国煤层气地质条件的对比,基于华北煤变质特点,认为区域岩浆热变质有利于提高含气量。 2 煤储层特征及物性影响因素 2.2.2 渗透率影响因素有效应力有效应力增加，导致裂缝宽度变小，甚至趋于闭合，使煤的绝对渗透率下降。基质收缩效应煤层气开发过程中, 随储层压力降低,气体解吸量增加

5、，基质发生收缩,增加了裂隙或割理,使得渗透率增高。克林伯格效应 2 煤储层特征及物性影响因素 3 地应力对煤储层物性及产量影响 3.1 地应力的计算 3.2 地应力对主要物性的影响 3.3 地应力对累积产气量的影响 3.4 得出结论 实例论证 3 地应力对煤储层物性及产量影响井号井号闭合压力闭合压力（MPa）破裂压破裂压力力（MPa）储层压力储层压力（MPa）闭合压力闭合压力梯度梯度（MPa/m）破裂压破裂压力力梯梯度度（MPa/m）W19.59010.6924.480.01480.0165W211.44216.8536.070.01290.0190W38.4368.7784.500.0148

6、0.0154W410.97014.6265.270.01410.0188W58.1548.3703.760.01510.0155W611.14514.3305.740.01330.01713.1 地应力的计算采用水力压裂的方法，统计测试所得的相关参数。井号井号W1W2W3W4W5W6最小水平主应力最小水平主应力(MPa)10.03713.80411.07215.20811.39214.227最大水平主应力最大水平主应力(MPa)14.54315.31812.48013.98412.67215.255 将测试所得参数，根据以下公式，计算出最大水平主应力、最小水平主应力。式中 Pc 闭合压力，MP

7、a； Pf 破裂压力，Mpa； Po储层压力，MPa； T 抗拉强度，Mpa。min=hcPmax03hcfPPPT3.1 地应力的计算 3.2 地应力对主要物性的影响利用煤岩分析中的等温吸附曲线求得含气量；利用注入/压降试井方法测得渗透率。现对3#煤层6口生产井相关物性参数，进行统计分析。井号W1W2W3W4W5W6含气量(m3/t)14.009.0012.0019.0015.5020.00渗透率 （md）1.610.971.661.382.071.13孔隙度%4.555.265.965.065.3333.95 3.2 地应力对主要物性的影响 3.2 地应力对主要物性的影响 3.2 地应力对

8、主要物性的影响分析矛盾 提出问题 地应力越大渗透率越小产气量越低含气量越大产气量越高 3.2 地应力对主要物性的影响井名井名WL2-003WL2-005WL2-007WL2-009WL2-010WL2-015WL2-016WL2-018WL2-019最小水平最小水平主应主应力力（MPa）11.327012.61259.641519.225518.539515.89009.855012.047512.0400累积产气累积产气量量（m3）2560872163141412560741975971100569010262242348418292643517210793.3 地应力对累积产气量的影响 现

9、求取韩城矿区WL2井组10口生产井的最小水平主应力，统计10口生产井截止到2014年5月20日的累积产气量，如下表所示。3.3 地应力对累积产气量的影响最小水平主应力（MPa）累积产气量（105m3）WL2-003WL2-005WL2-007WL2-009WL2-010WL2-011WL2-015WL2-016WL2-018WL2-01989101112131415161718192005001000m05001000WL2-003WL2-005WL2-007WL2-009WL2-010WL2-011WL2-015WL2-016WL2-018WL2-0198101214161820222426

10、28m3.3 地应力对累积产气量的影响得出结论地应力通过影响煤储层主要物性，间接影响产气量。煤储层物性中渗透率对产气量的影响最为明显。实例论证2014年我国煤层气年产量为36108m3，2005年美国煤层气年产量500108m3。分析影响产量因素中的地质因素，与美国相比我国的煤岩变质程度高，含气量高，渗透率低，产气量却远低于美国。 3.4 得出结论 实例论证 4.1 影响机理 4.2 数学分析 4.3 生产实例验证 4.4 提出增产措施4 地应力对渗透率动态变化影响开发过程中，地应力影响下的正效应和负效应的平衡最终决定了渗透率的具体变化。一方面，流体压力降低，有效应力增大，裂隙收缩，可导致渗透

11、率降低，称为应力敏感效应，也称负效应；另一方面，储层压力降低，煤层气解吸导致煤基质收缩，裂隙进一步开启，可导致渗透率增大，称为基质收缩效应，也称正效应。4.1 影响机理应力敏感效应数学模型是从煤中孔隙变形的角度，研究应力对煤样渗透率的影响。基质收缩效应数学模型基于固体变形理论，分析对煤裂隙渗透率和孔隙度的影响。 综合渗透率 K0=K1+K2 通过达西公式，建立渗透率与产气量之间的关系。 4.2 数学分析4.3 生产实例验证 WL1井日产气变化规律05001000150020002500300035002009/07/252009/09/252009/11/252010/01/252010/03

12、/252010/05/252010/07/252010/09/252010/11/252011/01/252011/03/252011/05/252011/07/252011/09/252011/11/252012/01/252012/03/252012/05/252012/07/252012/09/252012/11/252013/01/252013/03/252013/05/252013/07/252013/09/252013/11/252014/01/252014/03/252014/05/252014/07/252014/09/252014/11/25日产气量/(m3.d-1)生产时间

13、/dWL2-010井日产气量变化规律图4.3 生产实例验证（1）应力敏感在排水期和稳产初期表现强烈，使渗透率减小幅度比较大，产气量急剧降低。WL1井于2005年8月11日开始投产，经过59天的排水，到2005年10月9日，日产气量达到3107.6m3/d的峰值，峰值产量较高，此后产量很快降低，稳产时间极短，到2007年3月3日，产气量降低到500m3/d以下。（2）基质收缩主要发生在递减期，使渗透率增大，产气量提高显著并且具有一定的周期性。WL1井在递减期，生产到2010年11月14日，渗透率开始出现反弹，产量出现小幅回升，由2077.9m3/d回升到2331.2m3/d，26天之后，生产到2010年12月9日，渗透率再次反弹，产量又出现了一次回升。在2011年6月30日、2013年12月29日、2014年7月9日、2014年10月28日产量都出现小幅度的回升。递减期内产量出现了多次回升。4.3 生产实例验证排水降压阶段，可适当加大排量，缩短排水期，以动液面持续稳定下降为目标；产量上升阶段，当见到产气时，应适当降低排量，以产量平稳上升为目标；稳产阶段，要稳定排量，以保证压降漏斗持续、稳定扩展，以实现延长稳产时间为目标；产量递减阶