一种计算煤层气不同生产阶段气水渗透率的方法技术

本申请公开了一种计算煤层气不同生产阶段气水渗透率的方法，该方法包括：根据开采阶段的不同，将所述生产阶段分为以下四个阶段：单相水流动阶段、近井地带非饱和单相流动阶段、近井地带气水两相流动阶段、单相气流动阶段；根据有效应力效应、因气体解吸引起的煤基质收缩效应、因水解吸引起的煤基质收缩效应、克林肯伯格效应对渗透率的制约，结合渗透率与压力的经验模型计算所述渗透率。本发明专利技术首次针对煤层气井四个生产阶段，分别提出了一种综合考虑煤层气井排采过程中“四效应”影响的气水渗透率计算模型，进而可以更准确、快速地预测煤层气井动态渗透率。

A method to calculate the gas water permeability in different production stages of coalbed methane

【技术实现步骤摘要】
一种计算煤层气不同生产阶段气水渗透率的方法
本申请涉及采矿
，具体涉及一种计算煤层气不同生产阶段气水渗透率的方法。
技术介绍
煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源。煤储层渗透率是影响煤层气产量的关键性参数。在实际的煤层气开采过程中发现，随着气体的产出、煤层有效应力的增加，储层煤岩的渗透率下降，但是由于煤岩体本身及排采方式的独特性，其储层物性变化复杂。煤层气井排采过程中，煤储层物性受多方面因素影响，处于动态变化中。国内外学者对煤层气渗透率动态变化做了大量的理论及试验研究，概括起来其主要受有效应力效应、基质收缩效应和克林肯伯格效应制约。有效应力效应是指排采降压导致煤体本身承受的有效应力增加，煤体被压实使其物性降低的效应。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。基质收缩效应指当储层压力小于临界解吸压力后，吸附的煤层气发生解吸导致基质收缩、储层物性改善的效应。克林肯伯格效应是指在渗透率较低时，气体分子自由流动的平均展布与通道展布一致气体分子会与通道壁发生碰撞，从而促进达西流动的效应。关于开采过程中煤储层物性的变化规律目前仍是一个难点问题，严重制约了我国煤层气勘探开发的步伐，是目前亟待解决的重要问题。但是，以往的研究并未全面地报道影响煤储层动态渗透率的关键机理，并未对上述的煤层气井各个生产阶段的相渗规律进行过细致深入的定量表征。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提出了一种计算煤层气不同生产阶段气水渗透率的方法，以便解决或者至少部分解决上述存在的技术问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供一种计算煤层气不同生产阶段气水渗透率的方法，所述方法包括：根据开采阶段的不同，将所述生产阶段分为以下四个阶段：单相水流动阶段、近井地带非饱和单相流动阶段、近井地带气水两相流动阶段、单相气流动阶段；根据有效应力效应、因气体解吸引起的煤基质收缩效应、因水解吸引起的煤基质收缩效应、克林肯伯格效应对渗透率的制约，结合渗透率与压力的经验模型计算所述渗透率。进一步的，所述计算所述渗透率包括：煤储层在所述单相水流动阶段时煤层气井气水渗透率的计算，和/或煤储层在所述近井地带非饱和单相流动阶段时煤层气井气水渗透率的计算，和/或煤储层在所述近井地带气水两相流动阶段时煤层气井气水渗透率的计算，和/或煤储层在所述单相气流动阶段时煤层气井气水渗透率的计算。进一步的，所述煤储层在所述单相水流动阶段时煤层气井气水渗透率的计算包括以下步骤：步骤301、构建应力敏感对煤储层影响的应力表征模型：式(1)中：σ是有效水平应力，σ0是原始条件下有效水平应力，ν是泊松比，p是储层压力，p0是原始储层压力；步骤302、建立因气体解吸引起的煤基质收缩下的应变量模型：式(2)中：是非平衡条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，是煤基质内部气体压力与外部气体压力平衡时对应的气体吸附引起的煤基质膨胀量，t是时间，τ是扩散时间；所述煤基质内部气体压力与外部气体压力平衡时对应的气体吸附引起的煤基质膨胀量可作假设进行模型简化：式(3)中：εL是朗格缪尔膨胀系数，pL是压力系数，p∞是最终压力值；那么，所述因气体解吸引起的煤基质收缩膨胀量模型可简化为：式(4)中：是非平衡条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，是原始气体压力条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，是最终气体压力条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，t是时间，τ是扩散时间；步骤303、建立所述煤储层在单相水流动阶段下的煤层气井气水渗透率表征模型：式(5)中：k是渗透率，k0是初始渗透率，cf是煤岩割理的压缩系数，ν是泊松比，p是储层压力，p0是原始储层压力，E是煤岩弹性模量，是原始气体压力条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，τ是扩散时间，t是时间。进一步的，所述煤储层在所述近井地带非饱和单相流动阶段时煤层气井气水渗透率的计算包括以下步骤：步骤401、构建应力敏感对煤储层影响的应力表征模型：式(6)中，σ是有效水平应力，σ0是原始条件下有效水平应力，ν是泊松比，p是储层压力，p0是原始储层压力；步骤402、建立因气体解吸引起的煤基质收缩下的应变量模型：式(7)中，是非平衡条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，是煤基质内部气体压力与外部气体压力平衡时对应的气体吸附引起的煤基质膨胀量，t是时间，τ是扩散时间；所述煤基质内部气体压力与外部气体压力平衡时对应的气体吸附引起的煤基质膨胀量可作假设进行模型简化：式(8)中，εL是朗格缪尔膨胀系数，pL是压力系数，p∞是最终压力值；那么，所述因气体解吸引起的煤基质收缩膨胀量模型可简化为：式(9)中，是非平衡条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，是原始气体压力条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，是最终气体压力条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，t是时间，τ是扩散时间；步骤403、求解孔隙水排出引起的煤基质收缩下的应变量式(10)中，C1是第一层吸附的水分子浓度，C2是第一层吸附的水分子浓度，Cs是1千克煤基质上水分子的吸附位数目，K1是第一层吸附下的平衡常数，K2是第二层吸附下的平衡常数，ag是水活跃系数，ρ是煤基质的密度，V0是因1摩尔水分子吸附引起的煤基质体积变化量；步骤404、建立所述煤储层在近井地带非饱和单相流动阶段下的煤层气井气水渗透率表征模型：式(11)中：k是渗透率，k0是初始渗透率，B是气体滑脱系数，是平均压力，cf是煤岩割理的压缩系数，ν是泊松比，p是储层压力，p0是原始储层压力，E是煤岩弹性模量，是原始气体压力条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，τ是扩散时间，t是时间，ρ是煤基质的密度，V0是因1摩尔水分子吸附引起的煤基质体积变化量，Cs是1千克煤基质上水分子的吸附位数目，K1是第一层吸附下的平衡常数，K2是第二层吸附下的平衡常数，ag是水活跃系数。进一步的，所述煤储层在所述近井地带气水两相流动阶段和所述单相气流动阶段时煤层气井气水渗透率的计算包括以下步骤：步骤501、构建应力敏感对煤储层影响的应力表征模型：式(12)中，σ是有效水平应力，σ0是原始条件下有效水平应力，ν是泊松比，p是储层压力，p0是原始储层压力；步骤502、建立因气体解吸引起的煤基质收缩下的应变量模型：式(13)中，是非平衡条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，是煤基质内部气体压力与外部气体压力平衡时对应的气体吸附引起的煤基质膨胀量，t是时间，τ是扩散时间；所述煤基质内部气体压力与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算煤层气不同生产阶段气水渗透率的方法，其特征在于，所述方法包括：/n根据开采阶段的不同，将所述生产阶段分为以下四个阶段：单相水流动阶段、近井地带非饱和单相流动阶段、近井地带气水两相流动阶段、单相气流动阶段；/n根据有效应力效应、因气体解吸引起的煤基质收缩效应、因水解吸引起的煤基质收缩效应、克林肯伯格效应对渗透率的制约，结合渗透率与压力的经验模型计算所述渗透率。/n

【技术特征摘要】
1.一种计算煤层气不同生产阶段气水渗透率的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据开采阶段的不同，将所述生产阶段分为以下四个阶段：单相水流动阶段、近井地带非饱和单相流动阶段、近井地带气水两相流动阶段、单相气流动阶段；
根据有效应力效应、因气体解吸引起的煤基质收缩效应、因水解吸引起的煤基质收缩效应、克林肯伯格效应对渗透率的制约，结合渗透率与压力的经验模型计算所述渗透率。


2.根据权利要求1所述的计算煤层气不同生产阶段气水渗透率的方法，其特征在于，所述计算所述渗透率包括：
煤储层在所述单相水流动阶段时煤层气井气水渗透率的计算；和/或
煤储层在所述近井地带非饱和单相流动阶段时煤层气井气水渗透率的计算；和/或
煤储层在所述近井地带气水两相流动阶段时煤层气井气水渗透率的计算；和/或
煤储层在所述单相气流动阶段时煤层气井气水渗透率的计算。


3.根据权利要求2所述的计算煤层气不同生产阶段气水渗透率的方法，其特征在于，所述煤储层在所述单相水流动阶段时煤层气井气水渗透率的计算包括以下步骤：
步骤301、构建应力敏感对煤储层影响的应力表征模型：



式(1)中：σ是有效水平应力，σ0是原始条件下有效水平应力，ν是泊松比，p是储层压力，p0是原始储层压力；
步骤302、建立因气体解吸引起的煤基质收缩下的应变量模型：



式(2)中：是非平衡条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，是煤基质内部气体压力与外部气体压力平衡时对应的气体吸附引起的煤基质膨胀量，t是时间，τ是扩散时间；
所述煤基质内部气体压力与外部气体压力平衡时对应的气体吸附引起的煤基质膨胀量可作假设进行模型简化：



式(3)中：εL是朗格缪尔膨胀系数，pL是压力系数，p∞是最终压力值；
那么，所述因气体解吸引起的煤基质收缩膨胀量模型可简化为：



式(4)中：是非平衡条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，是原始气体压力条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，是最终气体压力条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，t是时间，τ是扩散时间；
步骤303、建立所述煤储层在单相水流动阶段下的煤层气井气水渗透率表征模型：



式(5)中：k是渗透率，k0是初始渗透率，cf是煤岩割理的压缩系数，ν是泊松比，p是储层压力，p0是原始储层压力，E是煤岩弹性模量，是原始气体压力条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，τ是扩散时间，t是时间。


4.根据权利要求2所述的计算煤层气不同生产阶段气水渗透率的方法，其特征在于，所述煤储层在所述近井地带非饱和单相流动阶段时煤层气井气水渗透率的计算包括以下步骤：
步骤401、构建应力敏感对煤储层影响的应力表征模型：



式(6)中，σ是有效水平应力，σ0是原始条件下有效水平应力，ν是泊松比，p是储层压力，p0是原始储层压力；
步骤402、建立因气体解吸引起的煤基质收缩下的应变量模型：



式(7)中，是非平衡条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，是煤基质内部气体压力与外部气体压力平衡时对应的气体吸附引起的煤基质膨胀量，t是时间，τ是扩散时间；
所述煤基质内部气体压力与外部气体压力平衡时对应的气体吸附引起的煤基质膨胀量可作假设进行模型简化：



式(8)中，εL是朗格缪尔膨胀系数，pL是压力系数，p∞是最终压力值；
那么，所述因气体解吸引起的煤基质收缩膨胀量模型可简化为：



式(9)中，是非平衡条件下因气体吸附引起的煤基质膨胀量，是原始气体压...

【专利技术属性】
技术研发人员：石军太，苗亚楠，张雷，侯伟，李相方，巢海燕，闫霞，王倩，张慧，刘其虎，
申请(专利权)人：中石油煤层气有限责任公司，中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11