煤层气开发――第4章 煤层气气藏工程课件.ppt

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1、第三章煤层气气藏工程第一节煤层气气藏工程原理与方法水产出机理及产能影响因素第二节煤层气井型优选与井网布置第三节试井分析第四节煤层气储层、数值模拟煤层气是一种非常规天然气资源。煤层气储层的特性与常规天然气藏有相似之处，但差别也很大，因此煤层气开发与开采技术与常规天然气差别较大，有其自身的特点。跟据煤层气藏的特点及与常规天然气的差异性，将煤层气藏定义为：受相似地质因素控制、以吸附态为主含有一定资源规模以吸附态为主的煤层气赋存有一定煤层气资源规模、具有独立流体系统的煤岩体称为煤层气藏。煤层气藏具备以下三个条件：煤层气藏是煤层气聚集的基本单元，具有明显的边界与周

2、围地质体分隔；具有独立的流体系统，是指经历了相同的演化过程和相似的地质作用下的基本流体单元即经历了相同的演化过程和相似的地质作用下的基本流体单元；煤岩体是受顶、底板控制连续分布的煤层。在现有的开发技术条件下能够实现商业性开发的煤层气藏称为工业性煤层气藏；反之，称为非工业性煤层气藏。工业性与非工业性是相对的概念，取决于国家对资源丰度的要求、经济政策和工艺技术进步等外部条件。对煤层气而言煤层既是气源岩，又是储集岩。煤层具有一系列独特的物理、化学性质和特殊的岩石力学性质，因而使煤层气在储气机理、孔渗性能、气井的产气机理和产量动态等方面与常规天然气有明显的差别（

3、表3-1），表现出鲜明的特征。特征煤层气藏常规天然气藏气藏类型层状沉积岩局部圈闭气源自生外源储集层岩性有机质高度富集的可燃有机岩，易受入井液、水泥浆的伤害几乎是100%的无机质岩石，不易受伤害双重孔隙结构煤基质块中的孔隙是主要孔隙，占总孔隙体积的绝大部分，裂隙是次要部分，基本上呈等间距分布，使煤具有不连续性主要发育于石灰岩、白云岩、页岩及致密砂岩中，天然裂隙将孔隙分割成一个个方块，裂隙是随机分布的表3-1煤层气藏与常规天然气藏基本特征的对比特征煤层气藏常规天然气藏气体的储存气体绝大部分吸附在煤的内表面上，游离气很少气体主要以游离态储集于岩石的孔隙空间中流

4、动机理在基质中的流动是由浓度梯度引起的扩散，然后由于压力梯度的作用在裂隙中引起渗滤流动是由压力梯度引起的层流，并服从达西定律，在近井地带可出现紊流气产出机理解吸-扩散-渗流在气体自身的压力梯度作用下流动气井生产状况气产量随时间而增加，直至达到最大值，然后下降，起初主要产水，气/水值随时间而增大气产量开始为最大，然后随时间而降低，起初很少或没有水产出，气/水值随时间而减少机械性能由于煤具有脆性且裂隙发育，是一种较弱的岩石，使钻井的稳定性差，并影响水力压裂的效果，在一定条件下，可采用特殊的洞穴完井技术，杨氏模量在700Mpa范围内岩石较坚硬，通常钻井的稳定性

5、好，杨氏模量在700Mpa以上储层性质易被压缩，孔隙体积压缩系数在0.01Mpa-1范围内，因而孔隙度、渗透性对应力较敏感，在生产期间有明显的变化压缩性很小，孔隙体积压缩系数在10-4Mpa-1范围内，孔隙度、渗透性在生产期间变化不明显第一节煤层气水产出机理及产能影响因素煤层气和采出水在裂缝系统中产出需先后经历三个过程：解吸—扩散—渗流。一、气水产出机理说明：（1）基质与割理面的气体解吸：煤基质表面气体解吸，进入割理系统，构成气液两相流体在割理中流动。（2）煤基质中的扩散基质孔隙存在含水饱和度。解吸气在浓度差的作用下由基质扩散到割理中。描述气体扩散方程为

6、：（3）在割理中，流体的渗流早期是单相水的流动，中晚期是气液两相流体的流动；第一节煤层气水产出机理及产能影响因素（3-1）第一节煤层气水产出机理及产能影响因素煤储层中的游离气、溶解气和吸附气在储层条件下处于一种动态平衡。储层压力、温度等的改变将打破这种平衡，引起煤层气三种赋存状态之间的转变。吸附态转变为游离态是储集在煤层中的吸附气得以开采的前提。或采取储层压力降低方式，使气体分子运动的活化能降低，吸附气转变为游离气；或采取竞争吸附手段，让其他气体与甲烷气体争夺储存空间，吸附甲烷转变为游离气；或将二者有机结合，也可使煤层气从吸附态转变为游离态。在此思想指导

7、下，各煤层气开采国采取了抽取煤储层孔-裂隙系统中的水使储层压力降低或采取竞争吸附、增能（注N2、CO2气体）等方法来开采煤层气，从而形成了有别于常规天然气的“排水-降压”特殊开发工艺。1.煤层气的解吸过程第一节煤层气水产出机理及产能影响因素可以根据煤的Langmuir等温吸附曲线来描述煤层气的解吸过程，预测煤储层在生产过程中随着压力下降解吸出的煤层气含量。图3-2煤吸附甲烷气体的Langmuir等温吸附曲线由图可知：VL表示压力趋于无穷大时的吸附量；pL表示吸附量V达到VL/2时所对应的压力值，成为兰式压力；V1表示储层压力下的煤层理论含气量；p1表示煤

8、储层压力；V2表示储层压力下的煤层实际含气量；p2表示临界解吸压力，即甲烷开始解