地应力对煤储层渗透性影响的机理 研究.pdf

《地应力对煤储层渗透性影响的机理 研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

第33卷第2期煤田地质与勘探Vol.33No.22005年4月COALGEOLOGY&EXPLORATIONApr.2005文章编号:1001一1986(2005)02-0030-02地应力对煤储层渗透性影响的机理研究连承波，李汉林(石油大学地球资源与信息学院，山东东营257061)摘要:利用裂缝储层孔隙结构模型理论和弹性力学原理，从微观角度对地应力影响煤储层渗透性的机理进行了研究，得出了煤储层中地应力与渗透率的相关关系，其结果与从宏观角度统计分析的结果相吻合，进而在一定条件下揭示了地应力对煤储层渗透性影响的机理。关键词:地应力;煤储层;割理;渗透率中图分类号:P618.11文献标识码:AMechanismresearchaboutefectofin-situstressoncoalbedpermeabilityLIONCheng-bo,LIHan-lin(SchoolofEarthResourcesandInformation，PetroleumUniversity，Dongying257061，China)Abstract:Inthelightofmodelaboutporestructureincrackreservoirandelasticdynamicprinciple,thestudyofmechanismaboutefectofin-situstressoncoalbedpermeability,andtherelationshipbetweenin-situstressandcoalbedpermeabilityisderived.Theconclusionoftheoreticalderivationisaccordancewithmacro-statisticanalysisresults,andmechanismaboutefectofin-situstressoncoalbedpermeabilityisdiscovered.Keywords:in-situstress;coalreservoir;cleat;permeability透率值变化与有效地应力的变化呈指数关系[3]01引言Mckee等(1998)通过对美国皮申斯、圣胡安和黑勇煤储层被钻开或投人开采之后，随着气体的排士盆地煤层渗透率与埋藏深度关系的研究发现，随出，煤储层的流体压力将不断地变化，由煤储层的原着煤层埋藏深度和有效应力增加，煤层割理缝的宽地应力减去储层流体压力所得到的有效地应力川也度减小，渗透率呈指数降低[41。何伟钢等(1999)对随之改变。这会造成煤体变形，改变煤储层的孔隙中国阳泉、韩城、峰峰、平顶山、沁源等矿区的煤层实结构，进而使煤储层的渗透率发生变化。国内外的测渗透率与原地最小主应力进行相关分析发现，煤大量统计资料表明，煤储层的渗透性对地应力的变层渗透率与原地最小主应力为指数关系[5]0化非常敏感。煤储层属于低孔隙度、低渗透率的非3地应力对煤储层渗透性影响机理分析常规储层，在开采过程中渗透率降低速度快、程度大。因此，有必要结合实验进行机理分析，探讨煤储地应力对煤储层渗透性的影响，其实质是通过层渗透率随地应力变化的规律。对煤储层的孔隙结构产生变形，而使其渗透性发生变化。因此，笔者从煤储层的孔隙结构分析人手，构2国内外学者的分析结果造出合理的煤储层假设模型，进而对应力与应变的国内外许多学者曾就地应力对煤样渗透性影关系探讨，结合渗透率与孔隙结构的关系，分析地应响，进行过实验测试和分析。他们发现，煤样的渗透力对煤储层影响的机理。率对地应力极为敏感，且煤样的渗透率随着地应力3.1煤储层的孔隙结构分析的变化而呈指数变化。张广洋等(1994)通过对四川众所皆知，煤储层的孔隙结构是由基质孔隙和南桐煤田的煤样实验，发现煤样的渗透率随平均有裂缝孔隙组成的双重孔隙系统。煤储层的基质孔隙效应力的变化规律，得出煤样的渗透率与平均有效是植物遗体残片之间及其同矿物质堆积物之间的一应力呈指数关系[27oEneve:等(1997)通过对澳大利种粒间孔隙困，其半径只有几!an，再加上其表面的亚煤层渗透率与地应力的相关性研究发现，煤层渗吸附作用使之几乎无渗透能力。煤储层中有许多裂收稿日期:2004-05-26基金项目:国家重点基础研究规划项目(973项目)中国煤层气成藏机制及经济开发基础研究(2002C1311702)作者简介:连承波(1979-)，男，山东荣成人，石油大学(华东)地球资源与信息学院硕士生，从事数学地质与油气地质研究. 第2期连承波，李汉林:地应力对煤储层渗透性影响的机理研究缝即割理，将煤体切割成许多基质块体。煤中的割理密度一般很大，这对煤储层是非常重要的，因为它不仅提供了储集空间，同时它相互交错可形成网络系统使基质孔隙相互连通，大大提高煤储层的渗透性能。3.2模型的建立通过分析煤储层的孔隙结构，可以看出煤层中图1坐标系统的割理系统决定了煤储层的渗透性能。由此可建立Fig.lCoodinatesystem煤储层单元体积模型，其具体特征如下:割理面的应力可以用一应力矢量来描述，该应8.煤储层单元体积内具有N组割理面，且割力矢量的法向分量为。。n181，并有:理间相互独立，这些割理面的产状可用其平均倾角an二fix,。(3)和平均倾向方位角表示。割理面在法向应力v。作用下，其增量形式的弹b.假设割理面的弹性常数为E(杨氏模量),G性本构关系191可写为:(剪切模量)和入(拉梅常数)。dan=(A+2G)den，(4)c.由于剪应力导致的法向变形比法向应力导式中。。为割理面法向应变。致的变形小得多，在分析割理面变形时，可只考虑法设由。。产生的法向相对位移为x，应变增量可向应力作用下割理面的法向变形，变形标记采用压由相对位移增量表示为:缩为正。d.可以认为单元体积范围内煤储层为均匀de。二(5)b一x介质。式中b为割理初始张开度。将式(5)代人式(4)并为了便于研究，建立图1所示的坐标系统，其中积分可得:全局坐标系二、y,z，局部坐标系:，,y和了分别为割理面的最大倾斜方向、走向和外法线方向，并固定于x=b(1一e一T+zc(6)割理面上。此时，割理的实际开度为b’:这样在单元体积内，地应力在整体坐标系中的b'二b一x二be一T+-2G。(7)应力分量为:3.4煤体的渗透与孔隙结构几何形状的关系分析r氏、....1.煤储层的渗透率包括基质渗透率和裂缝渗透少口一、丐，-.!..率。但是由于煤层的基质孔隙太小，其表面的吸附.L氏作用很大，基质渗透率可忽略不计。这样煤层气在地应力在第i组割理面内的应力分量为{口}‘煤体中的渗流，其本质是煤层气在割理及其相互交到ax‘Ii，应力标记采用压应力为正，拉应力为负。错形成的网络中的渗流。前人利用达西定律结合裂3.3地应力与煤储层孔隙结构变形关系的推导缝储层结构特征推导出裂缝式储层单组裂缝渗透率由于割理的张开度与其延伸长度很小，所以第Kf表达式为〔’。〕:夕i组割理面内的应力分量{川‘与全局坐标系下的凡口一-一，‘Cosa(8)应力分量I川的关系可表示为:{。}‘=[S]、{。(1)式中b为裂缝的平均宽度，刀为裂缝的平均间距式中[S]‘为第i组割理面的应力转换矩阵它表a为裂缝面与压力梯度轴的夹角。从式(8)中不难看出:裂缝储层的渗透率的大小示为尸与裂缝张开度的3次方成正比例关系。lessina;sin'Risin'aicos'Q;甜a;eseses将式(7)中的b‘带人式(8)得:eses月es含一es一es，‘es告sina;sin2pi一21s‘一sin2g;(2)es[6e-x+ic〕’eses=Kfe一T+zc，(9)es一2sin2asin';一2sin2aicos'Pi合sin2a;K号=12D式中Kf为煤储层原始渗透率;Kvf为煤储层在受式中。，为第i组割理面的平均倾角;且为第i割地应力作用后的渗透率。理面的平均倾向方位角。 第33卷第2期煤田地质与勘探Vol.3No.22005年4月COALGEOLOGY&EXPLORATIONApr.2005文章编号:1001-1986(2005)02-0032-03废弃矿井煤层气储层描述韩保山(煤炭科学研究总院西安分院，陕西西安710054)摘要:综合研究和展示了废弃矿井煤层气储层特征及其空间分布规律和运移机理。参考煤层气储层描述技术，研究了废弃矿井煤层气储层描述技术，提出了废弃矿井煤层气储层描述的内容。关键词:废弃矿井;煤层气;储层描述中图分类号:P618.11文献标识码:AReservoircharacterizationofabandonedniemethane(AMM)HANBao-shan(Xi'anBranchofCCRI，Xi'an710054,China)Abstract:街thestudyofstorageandmigrationcharacteraboutAMM,andbasedonthetheoryofcoalgeology,oilgeologyandtheefectofmining,referredthemethodologyofoilandcoalbedmethanereservoircharacterization,thispaperresearchesandshowsthe，characteranditsdistributionre酗arities,andmigrationmechanismaboutAMM.Extendedfromthetechnologyofcoalbedmethanereservoircharacterization,thispaperresearchesthetechnologyofAMMreservoircharacterization,andpresentsthecontentofAMMreservoircharacterization.Keywords:abandonedcoalmine;CBM;reservoircharacterization吸、扩散和渗流的地质和数学模型，这样就需要系统1引言地对目标储层进行描述。在此基础上，建立废弃矿由于在进行废弃矿井煤层气资源预测和产量预井煤层气储层的地质模型，称为储层描述技术。测过程中，需要建立废弃矿井煤层气在储层中的解由于废弃矿井煤层气储层(储集空间)受到采动收稿日期:2004-05-30甚金项目:“国家973计划‘中国煤层气成藏机制及经济开采基础研究’项目”资助作者简介:韩保山(1973-)，男，河南安阳人，煤炭科学研究总院西安分院工程师、硕士，从事煤层气评价及开发研究.由(9)式可以看出，煤储层的渗透率的变化与有[2」张广洋，胡耀华，姜德义等.煤的渗透性实验研究[Jl.贵州工效地应力的变化之间呈指数关系，这一关系与国内学院学报，1995,24(4):65一68.[3]EneverJRE,HenningA.Therelationshipbetweenpermeabilityand外学者所分析的结果一致。efectivestressforAustraliancoalanditsimplicationswithrespectto4结论coalhedmethaneexplorationandreservoirmodelling[A].Proceedingsofthe1997InternationalCoalbedMethaneSymposium[C].1997,13-通过建立合理的煤储层结构模型，利用岩石力22.学原理与裂缝结构理论研究了地应力与煤储层渗透[4]McKeeCR,BumbAC,KoenigRA.StressDependentpermeabilityandporisityofCoal仁Ml.RockyMountainAssociationofGeologist,率之间的本构关系，其结果与国内外学者分析所得1998,143一153的结论一致，在一定条件下从理论上解释了地应力[5]何伟钢，唐书恒，谢晓东.地应力对煤层渗透性的影响[Jl辽对煤储层渗透率影响的机理。宁工程技术大学学报，2000,19(4):353一355.在煤层气的开采中应充分考虑地应力对煤储层[6〕王生维，陈钟惠.煤储层孔隙、裂隙系统研究进展.地质科技情渗透率的影响机理，研究煤储层渗透率在开采过程报[Jl.1995,14(1):53一59.[7〕张胜利.煤层割理及其在煤层气勘探开发中的意义【Jl.煤田中地应力变化及煤储层渗透率变化的规律，提出合地质与勘探，1995,23(4):27一31.理的开采方案，确保煤层气的安全、高效的开采，以[Ml周创兵，熊文林.地应力对裂隙岩体渗透特性的影响[J].地震求最大的社会效益和经济效益。学报.1997,19(2):154一163.[9l陶振宇，潘别桐.岩石力学原理与方法〔Ml.武汉:中国地质大参考文献学出版社，1991,183一184.[1〕李志明，张金珠等.地应力与油气勘探开发〔MI.北京:石油工[10」吴元燕，陈碧玉油矿地质学汇Ml.北京:石油工业出版社，业出版社，1997,1一27.1996.170一179.