孟召平,張紀(jì)星,劉 賀,劉珊珊,周曉得

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院,北京 100083;2.三峽大學(xué)三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北宜昌 443002)

考慮應(yīng)力敏感性的煤層氣井產(chǎn)能模型及應(yīng)用分析

孟召平1,2,張紀(jì)星1,劉 賀1,劉珊珊1,周曉得1

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院,北京 100083;2.三峽大學(xué)三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北宜昌 443002)

煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性是影響煤層氣井產(chǎn)能的地質(zhì)因素,在煤層氣井排采過程中如何降低或避免煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性對(duì)煤層氣井產(chǎn)量的影響是值得考慮的問題。在對(duì)煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性分析的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了考慮應(yīng)力敏感性的煤層氣氣井產(chǎn)能模型,提出了用產(chǎn)量降低幅度值(β)描述應(yīng)力敏感性對(duì)煤層氣井產(chǎn)量的影響程度,揭示了有效應(yīng)力對(duì)煤儲(chǔ)層滲透性和煤層氣井產(chǎn)能的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明:煤儲(chǔ)層滲透率隨有效應(yīng)力的增加按負(fù)指數(shù)函數(shù)規(guī)律降低,在煤層氣開發(fā)中煤儲(chǔ)層表現(xiàn)出明顯的應(yīng)力敏感性?？紤]煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性后,煤層氣井的產(chǎn)量低于不考慮應(yīng)力敏感性的氣井產(chǎn)量;隨生產(chǎn)壓差的增大,煤層氣井的產(chǎn)量增加幅度較小,并逐漸趨向穩(wěn)定,且煤層氣井產(chǎn)量下降幅度β值增大;煤層氣井的產(chǎn)量降低幅度β值隨應(yīng)力敏感系數(shù)的增大整體呈增高趨勢(shì)。隨著生產(chǎn)壓差的增加,煤層氣井的產(chǎn)量增加幅度較小,并逐漸趨向穩(wěn)定,說明放大生產(chǎn)壓差并不能獲得最大產(chǎn)量,煤層氣開發(fā)需要制定合理的生產(chǎn)壓差和嚴(yán)格控制排采強(qiáng)度。

煤儲(chǔ)層;應(yīng)力敏感性;煤層氣井;產(chǎn)能模型

應(yīng)力敏感性是指當(dāng)有效應(yīng)力增大時(shí),煤的孔隙度、滲透率等物性參數(shù)降低的現(xiàn)象。煤儲(chǔ)層為孔隙－裂隙型儲(chǔ)集層,有關(guān)裂隙巖體滲透性與應(yīng)力之間關(guān)系已進(jìn)行了廣泛的研究,并取得了顯著進(jìn)展和成效[1－4]。但煤儲(chǔ)層與常規(guī)油氣儲(chǔ)層相比有明顯差異,煤層既是生氣層,又是儲(chǔ)氣層,煤層強(qiáng)度低、變形大,具有雙重孔隙結(jié)構(gòu)特征。由于煤儲(chǔ)層所具有的這些特點(diǎn),必然導(dǎo)致其煤體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)烈不均質(zhì)性和儲(chǔ)層物性的各向異性,表現(xiàn)出明顯的應(yīng)力敏感性[5－11],從而對(duì)煤層氣井產(chǎn)能產(chǎn)生影響。

煤儲(chǔ)層滲透率是決定煤層氣井產(chǎn)能的關(guān)鍵參數(shù),應(yīng)力敏感性對(duì)氣井產(chǎn)能有顯著的影響。李相臣等[12]通過實(shí)驗(yàn)研究了煤儲(chǔ)層變形特征,建立了儲(chǔ)層變形與滲透率變化關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。向祖平等[13]建立了考慮應(yīng)力敏感性的三維氣、水兩相流數(shù)值模型。楊滿平等[14]通過對(duì)煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性的分析,建立了考慮煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性的達(dá)西流動(dòng)和非達(dá)西流動(dòng)氣井產(chǎn)能方程,分析了應(yīng)力敏感性下氣井產(chǎn)能的變化規(guī)律。陳振宏等[15]通過煤樣的應(yīng)力敏感性實(shí)驗(yàn),分析了不同含水條件下煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性特征和模擬分析了應(yīng)力敏感對(duì)煤層氣井產(chǎn)能的影響。陶樹[16]分析了沁南煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化效應(yīng)及氣井產(chǎn)能響應(yīng),建立了煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)模型。以上研究為煤層氣開發(fā)產(chǎn)能研究提供了理論基礎(chǔ),但由于煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性試驗(yàn)可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)有限和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際資料缺乏,在煤層氣開發(fā)過程中,隨著水、氣介質(zhì)的排出,煤巖體與流體之間的耦合作用較為復(fù)雜,煤層氣井實(shí)際滲透率要高于試井滲透率,加之在煤層氣開發(fā)過程中的應(yīng)力敏感性影響,使得煤層氣井產(chǎn)能預(yù)測(cè)研究受到一定的限制,與實(shí)際相差較大。因此,開展煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性研究,建立考慮應(yīng)力敏感性的煤層氣井產(chǎn)能模型,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤層氣井產(chǎn)能,對(duì)于有效開發(fā)我國(guó)煤層氣資源具有理論和實(shí)際意義。以往主要是通過考慮應(yīng)力敏感性分析煤層氣氣井產(chǎn)能變化規(guī)律,確定合理的生產(chǎn)壓差。本文在前人研究的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了考慮應(yīng)力敏感性的煤層氣氣井產(chǎn)能分析模型,進(jìn)一步提出了用產(chǎn)量降低幅度值(β)這一概念來描述不同生產(chǎn)壓差下應(yīng)力敏感性對(duì)煤層氣井產(chǎn)能的影響程度,使煤層氣開發(fā)中生產(chǎn)壓差的確定更趨合理與可靠。

1 煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性

在煤層氣開發(fā)過程中,隨著水、氣介質(zhì)的排出,煤儲(chǔ)層壓力逐漸下降,導(dǎo)致煤儲(chǔ)層有效應(yīng)力(原巖應(yīng)力－煤儲(chǔ)層壓力)增加,煤儲(chǔ)層微孔隙和裂隙被壓縮、閉合,煤體發(fā)生顯著的彈塑性形變,從而使煤儲(chǔ)層滲透率明顯下降,煤儲(chǔ)層表現(xiàn)出明顯的應(yīng)力敏感性,這種性質(zhì)將對(duì)煤層氣井產(chǎn)氣效果產(chǎn)生重大影響。

已有研究結(jié)果表明[9,11],煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性遠(yuǎn)比砂巖的應(yīng)力敏感性強(qiáng),而且煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性試驗(yàn)方法尚無(wú)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SY/ T5336,5358,6358),測(cè)量滲透率隨凈圍壓變化情況,通過試驗(yàn)對(duì)煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

煤儲(chǔ)層無(wú)因次滲透率與有效應(yīng)力之間服從負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系,也就是煤儲(chǔ)層滲透率隨著有效應(yīng)力的增加按負(fù)指數(shù)函數(shù)規(guī)律降低(圖1),其關(guān)系式為

式中,K,K0為滲透率和初始滲透率,10－15m2;a為回歸得到的應(yīng)力敏感系數(shù)(或滲透率模量),MPa－1;b為比例系數(shù);Δσe為從初始到某一應(yīng)力狀態(tài)時(shí)有效應(yīng)力的變化值,MPa;σe為有效應(yīng)力,MPa;σ為原巖應(yīng)力或初始地應(yīng)力,MPa;α為有效應(yīng)力系數(shù),取α=1;p為儲(chǔ)層壓力,MPa。煤層氣的生產(chǎn)是通過抽排煤層及上覆巖層中的地下水,降低煤儲(chǔ)層的孔隙流體壓力進(jìn)行排采,而排采過程中煤儲(chǔ)層所受的地應(yīng)力基本保持不變,實(shí)際變化的是煤儲(chǔ)層的孔隙流體壓力,即煤儲(chǔ)層壓力。由式(2)可得有效應(yīng)力變化值Δσe為

圖1 煤樣無(wú)因次滲透率(K/K0)與有效應(yīng)力σe的關(guān)系Fig.1 Relationship between dimensionless permeability of coal sample and effective stress

式中,pe為原始儲(chǔ)層壓力,MPa。

由式(1)～(3)可以看出,在煤儲(chǔ)層壓力不斷降低的過程中,煤儲(chǔ)層有效應(yīng)力不斷增大,滲透率隨之降低,初期表現(xiàn)劇烈,后期比較平緩;當(dāng)有效應(yīng)力降低以后,煤儲(chǔ)層滲透率有所恢復(fù),但是由于有效應(yīng)力增大的過程中,煤中孔隙－裂隙壓密閉合,造成滲透率損害,滲透率不能恢復(fù)到原始水平,整個(gè)變化過程中煤儲(chǔ)層表現(xiàn)出明顯的應(yīng)力敏感性。應(yīng)力敏感性的強(qiáng)弱可以通過滲透率應(yīng)力敏感系數(shù)(或滲透率模量)a來表示,a值越大,表明煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性越強(qiáng)。

對(duì)于不同地應(yīng)力下,實(shí)際煤儲(chǔ)層承受著一定的原巖應(yīng)力σ(地應(yīng)力),不同位置煤儲(chǔ)層壓力不同,煤儲(chǔ)層所受有效應(yīng)力σe變化范圍應(yīng)為σ－p1→σ－p2,并且煤儲(chǔ)層埋藏越深,這種差距越大。因此在較低地應(yīng)力(埋藏較淺條件)下,隨著有效應(yīng)力的增加,煤儲(chǔ)層在應(yīng)力作用下發(fā)生壓密的塑性變形,造成滲透率大幅度降低;在較高地應(yīng)力(埋藏較深條件)下,煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性將會(huì)減弱。在煤層氣井排采過程中,煤儲(chǔ)層滲透性動(dòng)態(tài)變化的實(shí)質(zhì)是由于排水降壓過程中,煤儲(chǔ)層壓力的降低導(dǎo)致有效應(yīng)力增高所致。因此煤儲(chǔ)層滲透率與有效應(yīng)力之間關(guān)系(K－σe)反映了煤層氣井開發(fā)過程中煤儲(chǔ)層滲透率與生產(chǎn)壓差之間的關(guān)系(K－Δp)。

2 考慮應(yīng)力敏感性的煤層氣氣井產(chǎn)能模型

2.1 煤層氣氣井產(chǎn)能模型

煤層氣的排采經(jīng)歷解吸—擴(kuò)散—滲流等3個(gè)階段,其生產(chǎn)過程包括排水、降壓和采氣。通過排水降壓,在井筒附近形成一定的壓降漏斗,在煤儲(chǔ)層壓力低于臨界解吸壓力的區(qū)域,被吸附的甲烷分子開始從煤基質(zhì)孔隙內(nèi)表面解吸,由吸附態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài),解吸過程可以用Langmuir方程來描述。

由于排采作用導(dǎo)致基質(zhì)孔隙內(nèi)煤層氣產(chǎn)生濃度差,在濃度差的作用下,甲烷分子從基質(zhì)內(nèi)高濃度區(qū)向低濃度區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散,擴(kuò)散過程符合Fick定理。

煤層裂隙中的甲烷氣體在流體勢(shì)(壓力差)的作用下,通過裂隙系統(tǒng)向壓裂裂縫及生產(chǎn)井筒滲流,進(jìn)而使煤層氣連續(xù)產(chǎn)出,煤層甲烷在裂隙系統(tǒng)中的流動(dòng)符合Darcy定理。

假定水平等厚和均質(zhì)的煤層,煤層氣氣體徑向流入井底,如圖2所示[17],氣體為服從達(dá)西流動(dòng)的平面徑向流,并考慮煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性的影響。根據(jù)達(dá)西定律,其滲流方程為

式中,v為r處的氣體滲流速度,m/d;μ為氣體黏度,mPa·s;r為距井的任意半徑,m。

圖2 平面徑向滲流模型[17]Fig.2 Model of plane radial flow[17]

由式(1)～(4)可得滲流流量表達(dá)式為

式中,Qr為半徑r處的流量;h為煤層的有效厚度,m。

根據(jù)氣體連續(xù)方程

和氣體壓縮狀態(tài)方程

式中,ρ為氣體密度,kg/m3;Q為氣體流量,m3/d;Z為氣體壓縮系數(shù);T為氣層溫度,K。

將半徑r處的流量Qr折算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的流量Qsc,有

將式(5)代入式(8),分離變量后積分得

對(duì)式(9)積分可得

這里采用法定計(jì)量單位,標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)條件下Zsc= 1,Tsc=293.15 K,psc=0.101 325 MPa,可移出積分號(hào),則式(10)可簡(jiǎn)化為

式(11)左邊積分并整理后可得

式(13)就是考慮煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性的氣體穩(wěn)定流動(dòng)的達(dá)西產(chǎn)能公式,或稱為考慮煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性的煤層氣平面徑向流模型。

當(dāng)完全不考慮滲透率變異(煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性)的影響時(shí),氣體的滲流是滲透率為K0條件下的達(dá)西滲流,氣井產(chǎn)能公式為

式中,Bg為換算系數(shù);pwf為井底流壓,MPa;Qsc,qsc為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下考慮應(yīng)力敏感性、不考慮應(yīng)力敏感性的氣井產(chǎn)氣量,m3/d;re為井控半徑或泄流半徑,m;rw為井底半徑,m。

2.2 應(yīng)力敏感性對(duì)煤層氣井產(chǎn)量的影響評(píng)價(jià)模型

為了反映應(yīng)力敏感性對(duì)煤層氣井產(chǎn)量的影響程度,定義產(chǎn)量降低幅度值為β,其表達(dá)式為

將Qsc,qsc的表達(dá)式(13),(14)代入式(15),消去同類項(xiàng)后,可得

與β相關(guān)的參數(shù)有a,b,pe,pwf,re,rw,S,其中應(yīng)力敏感系數(shù)a的影響最大。

3 應(yīng)用實(shí)例分析

3.1 煤層氣井產(chǎn)能的計(jì)算

延川南區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地東南緣地區(qū),地理位置位于晉陜交界處,構(gòu)造上隸屬于晉西撓褶帶南部,總體上表現(xiàn)為一向西傾斜的單斜構(gòu)造,構(gòu)造發(fā)育具有明顯的分帶性,盆緣以斷層及伴生的撓褶為主,中部發(fā)育寬緩的褶皺,向西逐漸過渡為比較平緩的單斜構(gòu)造。研究區(qū)地層為典型的華北地區(qū)地層,含煤地層主要為上古生界石炭－二疊系,主要煤層為山西組2號(hào)煤層和太原組10號(hào)煤層,為貧煤和無(wú)煙煤,煤層含氣量大,是煤層氣勘探開發(fā)的目標(biāo)層。

延川南區(qū)塊煤層氣井產(chǎn)氣效果相差較大,但均受到儲(chǔ)層應(yīng)力敏感的影響,實(shí)際產(chǎn)氣量遠(yuǎn)小于理想情況下(不考慮應(yīng)力敏感性)的達(dá)西流動(dòng)氣井產(chǎn)量。

生產(chǎn)壓差是儲(chǔ)層壓力與井底流壓之間的差值。儲(chǔ)層壓力一般通過試井資料確定,井底流壓主要通過套壓和動(dòng)液面來控制且它們之間具有相互調(diào)整的變化關(guān)系,二者的共同作用導(dǎo)致井底流壓的變化,從而影響產(chǎn)氣量的變化。為了分析煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性對(duì)煤層氣井產(chǎn)能的影響,選取延川南區(qū)塊內(nèi)典型煤層氣井(延1井、延3井、延5井和延7井),主要目標(biāo)層為山西組2號(hào)煤層,分別對(duì)煤層氣井在不同生產(chǎn)壓差下考慮應(yīng)力敏感性的產(chǎn)量和不考慮應(yīng)力敏感性的產(chǎn)量進(jìn)行理論對(duì)比分析。計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 煤層氣氣井參數(shù)Table 1 Basic parameters of CBM wells

根據(jù)表1中煤層氣井測(cè)試參數(shù),計(jì)算出考慮和不考慮應(yīng)力敏感的煤層氣穩(wěn)定流動(dòng)氣井產(chǎn)能,計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

從圖3可知,煤層氣井的產(chǎn)能具有以下特點(diǎn):

(1)考慮煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性后,氣井的產(chǎn)量低于不考慮應(yīng)力敏感性的氣井產(chǎn)量,而且隨著生產(chǎn)壓差的增大,二者之間的產(chǎn)量差距也逐漸增加,說明隨著生產(chǎn)壓差的增加,煤儲(chǔ)層受到的有效應(yīng)力逐漸增加,煤儲(chǔ)層滲透率大大降低,影響到煤層氣井產(chǎn)能。

(2)煤儲(chǔ)層的應(yīng)力敏感性對(duì)煤層氣井的產(chǎn)能有很大的影響,隨著生產(chǎn)壓差的增加,氣井的產(chǎn)量增加幅度較小,并逐漸趨向穩(wěn)定,說明增大生產(chǎn)壓差并不能獲得最大產(chǎn)量。

圖3 典型煤層氣井產(chǎn)能隨生產(chǎn)壓差的變化(應(yīng)力敏感系數(shù)取0.187 MPa－1)Fig.3 Relationship between the producing differential pressure and CBM wells productivity(stresssensitivity cofficient is 0.187 MPa－1)

(3)煤層氣的開發(fā)需要制定合理的生產(chǎn)壓差,既要保證較高產(chǎn)量,又要避免生產(chǎn)壓差過大導(dǎo)致煤儲(chǔ)層產(chǎn)生明顯的應(yīng)力敏感性,影響氣井產(chǎn)能。

3.2 應(yīng)力敏感性對(duì)煤層氣井產(chǎn)量的影響程度

隨生產(chǎn)壓差增大,煤層氣井產(chǎn)能下降幅度β增大,如圖4(a)所示。本區(qū)延1井、延3井、延5井和延7井煤層氣井產(chǎn)量下降幅度β值分別為14.10%～30.14%,20.62%～50.93%,3.32%～28.57%和30.98%～43.77%,說明煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性對(duì)產(chǎn)量的影響程度較大。

圖4 生產(chǎn)壓差、應(yīng)力敏感系數(shù)與產(chǎn)能降低幅度的關(guān)系Fig.4 Relationship between the producing differential pressure,stress sensitivity coefficient and the Yield reduced the magnitude of value(β)

為便于對(duì)比分析,取生產(chǎn)壓差為3 MPa,計(jì)算應(yīng)力敏感性對(duì)產(chǎn)量的影響,記為β1－3。計(jì)算得到各井產(chǎn)量降低幅度與應(yīng)力敏感系數(shù)之間關(guān)系曲線,如圖4(b)所示。反映出煤層氣井的產(chǎn)量降低幅度值β隨應(yīng)力敏感系數(shù)的增大整體呈增高趨勢(shì)。

煤層氣排采過程中,產(chǎn)量的減少實(shí)質(zhì)上是由于排采過程中滲透率減小所致。隨著井底流壓的減小,煤儲(chǔ)層有效應(yīng)力逐漸增大,導(dǎo)致孔隙－裂隙發(fā)生閉合,對(duì)煤儲(chǔ)層的滲透性造成傷害,滲透率急劇減小。應(yīng)力敏感系數(shù)a值越大,在同一生產(chǎn)壓差下,滲透率下降得就越厲害(圖5)。為了說明煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性,當(dāng)生產(chǎn)壓差Δp取3 MPa、應(yīng)力敏感系數(shù)取0.187 MPa－1時(shí),煤層氣開采中滲透率降低值在43%左右,這對(duì)煤層氣井在生產(chǎn)時(shí)影響比較顯著。

3.3 氣井產(chǎn)能影響因素的討論

3.3.1 應(yīng)力敏感性的影響

考慮應(yīng)力敏感性后氣井產(chǎn)能明顯低于不考慮應(yīng)力敏感性的產(chǎn)能,而且隨著生產(chǎn)壓差的增大,兩者之間差異幅度也逐漸增大,煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性對(duì)氣井的產(chǎn)能產(chǎn)生重要影響。

以延3井參數(shù)為例,根據(jù)煤樣的應(yīng)力敏感性試驗(yàn)結(jié)果,分別取應(yīng)力敏感性系數(shù)a為0.127,0.187, 0.235 MPa－1,進(jìn)行氣井產(chǎn)能分析,如圖6所示。隨著煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性的增大,煤層氣井產(chǎn)量降低程度增加,而且隨著生產(chǎn)壓差的增大,影響程度也隨之增大。因此,在實(shí)際的生產(chǎn)工作中,必須采取合理的排采措施,制定合理的生產(chǎn)壓差,減少應(yīng)力敏感性對(duì)儲(chǔ)層的傷害,最大幅度地保證氣井的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

圖5 無(wú)因次滲透率與生產(chǎn)壓差的關(guān)系曲線(延3井)Fig.5 Relationship between dimensionless permeability and the producing differential pressure(Yan 3)

圖6 不同應(yīng)力敏感性系數(shù)下氣井產(chǎn)能與生產(chǎn)壓差的關(guān)系Fig.6 Relationship between CBM wells productivity and the producing differential pressure under various stress sensitivity coefficients

3.3.2 井底流壓的影響

在煤層氣井生產(chǎn)過程中,井底流壓是控制氣井產(chǎn)氣量的關(guān)鍵參量。井底流壓越大,生產(chǎn)壓差越小,產(chǎn)氣量就越低(圖7)。

圖7 氣井產(chǎn)能與井底流壓的關(guān)系(延3井)Fig.7 Relationship between CBM wells productivity and flowing bottom-hole pressure(Yan 3)

井底流壓直接反映煤層氣井內(nèi)動(dòng)液面高度,應(yīng)用微分幾何理論、等溫吸附理論、達(dá)西定律等理論方法,求取煤層氣井內(nèi)動(dòng)液面的變化量、排采影響半徑和時(shí)間,最終可求得煤層氣井排采初期的強(qiáng)度。

煤層氣排采過程中,動(dòng)液面和套壓可通過相互調(diào)整控制井底壓力,即可以人為控制井底流壓的變化[18－19]。井底流壓過低或過高均不利于煤層氣井形成壓降漏斗,達(dá)到高產(chǎn)。井底流壓過低,生產(chǎn)壓差就會(huì)過大,煤儲(chǔ)層易于產(chǎn)生應(yīng)力敏感性,滲透性隨之降低,壓降漏斗橫向不易繼續(xù)擴(kuò)展,影響產(chǎn)能;井底流壓越高,生產(chǎn)壓差就會(huì)越低,同樣不利于漏斗的擴(kuò)展。因此,在煤層氣排采中,井底流壓在氣井初次產(chǎn)氣之前降至最低并使之保持穩(wěn)定,比較有利于產(chǎn)氣,但必須人為地控制井底流壓降低速度,既要確保氣井的產(chǎn)能,又要避免生產(chǎn)壓差過大,造成儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性傷害。

4 結(jié) 論

(1)考慮煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性后,煤層氣井的產(chǎn)量低于不考慮應(yīng)力敏感性的氣井產(chǎn)量,而且隨著生產(chǎn)壓差的增大,二者之間的產(chǎn)量差距也逐漸增加,煤儲(chǔ)層受到的有效應(yīng)力逐漸增加,煤儲(chǔ)層滲透率大大降低,影響到煤層氣井產(chǎn)能的增加。

(2)為了反映應(yīng)力敏感性對(duì)煤層氣井產(chǎn)量的影響程度,定義產(chǎn)量降低幅度值為β。隨生產(chǎn)壓差增大,煤層氣井產(chǎn)量下降幅度β值增大,煤層氣井的產(chǎn)量降低幅度β隨應(yīng)力敏感系數(shù)的增大整體呈增高趨勢(shì)。

(3)隨著生產(chǎn)壓差的增加,氣井的產(chǎn)量增加幅度較小,并逐漸趨向穩(wěn)定,說明放大生產(chǎn)壓差并不能獲得最大產(chǎn)量,煤層氣開發(fā)需要制定合理的生產(chǎn)壓差。

(4)煤層氣井內(nèi)動(dòng)液面高度直接反映了井底流壓大小,井底流壓越大,生產(chǎn)壓差越小,產(chǎn)氣量就越低,當(dāng)排采強(qiáng)度過大時(shí),會(huì)引起井內(nèi)動(dòng)液面下降的速度過快,導(dǎo)致煤儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性影響煤層氣井產(chǎn)能,因此在煤層氣井排采過程中要嚴(yán)格控制排采強(qiáng)度。

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Productivity model of CBM wells considering the stress sensitivity and its application analysis

MENG Zhao-ping1,2,ZHANG Ji-xing1,LIU He1,LIU Shan-shan1,ZHOU Xiao-de1
(1.College of Geosciences and Surveying Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083,China;2.Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area,Ministry of Education,China Three Gorges University,Yichang 443002,China)

The stress sensitivity of the coal reservoir is one of the geological factors affecting the productivity of CBM wells,how to reduce or avoid effect of the stress sensitivity on CBM well production is a question worth considering in CBM wells production process.Through the analysis of the stress sensitivity of coal reservoir,the productivity model of CBM wells considering the permeability stress sensitivity was deduced,then the yield reduced the magnitude of value (β)was put forward to describe the influence degree of the stress sensitivity on the productivity of CBM wells,and the impact of the effective stress on the permeability of coal reservoir and the effect law of CBM wells productivity were finally revealed.Research results show that the permeability of coal reservoir reduces with the effective pressure increases by the negative exponential law and coal reservoir shows obvious stress sensitivity during the development of CBM wells.The productivity of CBM wells which consider the stress sensitivity of the coal reservoir is lower than that don’t.With the producing differential pressure increases,CBM wells productivity increases significantly,and gradually tend to be stable,and the yield reduced the magnitude of value(β)increases meanwhile.The value(β)should be theoverall increased with increasing the stress sensitive coefficient of coal reservoir.The production of CBM well increases to a lesser extent with the pressure difference increases and gradually tend to be stable.Enlarging the production pressure difference can not get the maximum yield.Therefore CBM development need to be draw up a reasonable production pressure difference and strictly control the production intensity.

coal reservoir;stress sensitivity;CBM wells;productivity model

P618.11

A

0253－9993(2014)04－0593－07

孟召平,張紀(jì)星,劉 賀,等.考慮應(yīng)力敏感性的煤層氣井產(chǎn)能模型及應(yīng)用分析[J].煤炭學(xué)報(bào),2014,39(4):593－599.

10.13225/j.cnki.jccs.2013.1780

Meng Zhaoping,Zhang Jixing,Liu He,et al.Productivity model of CBM wells considering the stress sensitivity and its application analysis [J].Journal of China Coal Society,2014,39(4):593－599.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2013.1780

2013－12－04 責(zé)任編輯:韓晉平

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41372163,41172145);國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973)資助項(xiàng)目(2012CB214705)

孟召平(1963—),男,湖南汨羅人,教授,博士生導(dǎo)師,博士。E－mail:mzp@cumtb.edu.cn