煤层气储层煤粉运移规律试验研究--重点

1、收稿日期 2011-02-20基金项目 国家科技重大专项 (2011ZX05061 。 作者简介 张公社 (1960- , 男 , 1983年大学毕业 , 硕士 , 教授 , 现主要从事石油工程方面的教学与研究工作。煤层气储层煤粉运移规律试验研究张公社 , 田文涛 , 陶 杉(油气资源与勘探技术教育部重点实验室 (长江大学 , 湖北 荆州 434023 白建梅 , 石惠宁 , 程 浩 (中石油华北油田分公司采油工艺研究院 , 河北 任丘 062552摘要 在研究煤粉形成及运移规律的基础上 , 通过室内人造 裂缝的方法 , 开展了不同 粒径的煤粉 在不同裂缝宽度 、 不同流动速度下的运移规 律试

2、验 , 研究了裂 缝宽度 、 流动速 度 、 煤粉粒 径与出 粉量 、 渗 透率的关系 , 对制定生产中煤粉控制措施 具有重 要的指导 意义 。 研 究结果 表明 , 随着 流量的 增大 , 煤心 出口端煤粉含量增多 , 煤岩的渗透率下降 , 渗透率 伤害率升 高 ; 在排 水的初 始阶段 , 在 相同裂 缝宽度 、 相同颗粒直径下 , 随着排水体积的增加 , 渗透 率伤害 率非常 大 , 但是排 出一定 体积之 后再继 续排水 , 渗 透率下降速度减慢 。关键词 煤岩 ; 裂缝宽度 ; 流动速度 ; 煤粉粒径 ; 出粉量中图分类号 T E311文献标识码 A 文章编号 1000-9752(2

3、011 09-0105-04在煤层气储层中 , 裂缝是煤层气的主要运移通道。与常规砂岩相比 , 煤的弹性模量小 , 泊松比低 , 硬度差 , 这说明在相同外界条件下 , 煤岩比普通砂岩更易受力发生破坏 , 从而产生煤粉 , 堵塞煤岩裂 隙。加之煤岩渗透率较低且具有不可恢复特性 , 因此煤粉造成煤岩渗透率下降直接影响着煤层气井的产 量。对沁水盆地南部樊庄区块煤层气排采井生产资料调研结果表明 , 2010年 3月 21日 , 43口水平井有 5口井的排出水中含有较多的煤粉颗粒 , 且这 5口井相对产气较少。因此研究煤粉在裂缝中的运移机理 对煤层气储层保护以及生产参数确定具有重要作用。1 煤粉形成机

4、理煤粉产生源头有很多 , 影响煤岩表面性质的任何过程都可能产生煤粉1。煤粉产生机理主要有以下 几个方面 : 煤岩固有颗粒 2。 在钻井、压裂、开采过程中 , 煤岩外部压力条件改变 , 导致煤基质应力条件变化 , 煤岩逐渐失去原有的应力平衡 , 煤岩的弹性自调节效应导致煤粉的产生 3。 由于煤岩是 抗压和抗拉强度较低的脆弱介质 , 钻井时 , 煤岩受钻具研磨或较大的压力波动、水力冲击震动 , 液柱的 机械碰撞等外力作用都容易遭到破坏 , 从而产生煤粉。 煤层气解吸过程导致煤岩收缩 , 产生微裂缝 , 破坏了煤岩完整性。煤岩完整性的损失是煤粉产生的一个潜在源头 1。2 煤粉运移规律试验研究2 1

5、试验方法将钻切后的煤岩心沿轴向从中间切开 , 然后重新闭合 , 并用胶带将圆柱体缠紧 , 两端面暴露在外。 将处理后的煤岩心饱和水后装入岩心夹持器 , 加围压至一定值 , 通过围压调节裂缝尺寸。将煤层水以一 定的速度注入煤岩心 , 测定岩心渗透率 , 然后根据渗透率与裂缝宽度的关系将渗透率转换成裂缝宽度。 裂缝宽度确定后 , 将含有煤粉颗粒的煤层水在一定流速下注入煤岩心 , 测定不同时刻出口端流出液体积 和液体中的固相浓度以及压力的变化。绘制流速与出粉量、流速与渗透率伤害率之间的关系曲线。 2 2 裂缝宽度与渗透率的关系由于基质孔隙渗透率极低 , 因此通常所说的煤储层渗透率实际上是指煤中裂隙渗

6、透率 , 在不考虑煤105 石油天然气学报 (江汉石油学院学报 2011年 9月 第 33卷 第 9期Journal of Oil and Gas Technology (J JPI Sep 2011 Vol 33 No 9基质孔隙有渗透能力的前提下 , M ckoe 和 H ansno 4将裂缝的渗透率方程推导为 :K =f 212(1式中 , K 是裂缝的渗透率 , m 2; f 是裂缝孔隙度 , 小数 ; W 为裂缝宽度 , m 。 2 3 试验结果及分析试验采用了 3种 缝宽 的煤 岩心 , 分 别为 第 一级 别缝 宽 37 6138 m 、第 二 级别 缝宽 22 7123 53

7、m 、第三级别缝宽 13 6313 98 m 。2 3 1 流动速度与出粉量的关系保持每块煤心入口端煤粉颗粒含量都一定 (300m g/L , 注入相同倍孔隙体积前提下 , 分别进行相 同缝宽、不同颗粒直径及相同颗粒直径、不同缝宽时的流速与出粉量关系试验 , 结果分别见图 1和图2。从图 1和 2中曲线的趋势可以看出 , 随着流速的增大 , 煤心出口端煤粉含量增多。由此可见 , 在生 产过程中 , 排水速度对煤粉的产出有至关重要的作用。图 1 相同裂缝宽度 、 不同颗粒直径出口 图 2 相同颗粒直径 、 不同裂缝宽度出口端煤粉含量与流速的关系端煤粉含量与流速的关系 (缝宽 =38 m, 注入

8、300倍孔隙体积 (颗粒直径 =5 45 m 、注入 300倍孔隙体积 2 3 2 缝宽 、 颗粒尺寸与出粉量的关系缝宽、颗粒尺寸与出粉量的关系比较复杂 , 这与固相颗粒在砂岩多孔介质中的运移规律相似。一 般情况下 , 在缝宽大、颗粒小的情况下 , 裂缝宽度越大 , 进入裂缝的煤粉量越大。出粉量的多少不仅取 决于缝宽 , 也取决于裂缝长度和颗粒直径 , 这与裂缝端面架桥原理有关。2 3 3 煤粉迁移与渗透率的关系图 35表示的是不同裂缝宽度的煤岩心中煤粉运移时流速与渗透率伤害率之间的关系曲线。从所 有曲线的趋势中可以看出 , 无论缝宽、粒度如何改变 , 在煤粉运移时煤岩的渗透率都随流速的增大而

9、下 降 , 渗透率伤害率升高。煤粉迁移的过程中 , 煤粉在裂缝割理中逐渐沉积 , 使得裂缝宽度变窄 , 渗透率 下降。流速增大使得煤粉易发生迁移 , 更多的煤粉进入裂缝系统 , 堵塞流动通道 , 造成渗透率伤害。裂缝宽度、颗粒尺寸对煤粉运移过程中的渗透率伤害也有一定的影响。从图 3中可以看出 , 当缝宽 为 38 m 时 , 颗粒越细 , 渗透率伤害越严重 , 出口端煤粉含量越大。这是由于裂缝越宽 , 颗粒越细 , 越 容易进入裂缝并发生堵塞。2 3 4 不同排水阶段煤粉迁移与渗透率的关系图 610反映了不同排水阶段煤粉迁移时渗透率的伤害率。以图 6中 3块岩心的试验数据为例 , 在 相同裂缝

10、宽度、相同颗粒直径下 , 随着注入体积的增加 , 渗透率伤害更加严重。在排水的初始阶段 , 随 着注入体积的增加 , 渗透率伤害率非常大 , 但是排出一定体积之后 , 再注入流体渗透率下降速度减慢 , 表明煤岩渗透率伤害主要发生在煤粉运移的初始阶段 , 因此在降压排采过程初期 , 就应当严格控制煤粉 产生。106 石油天然气学报 (江汉石油学院学报 2011年 9月 图 3 相同裂缝宽度 、 不同颗粒直径 图 4 相同裂缝宽度 、 不同颗粒直径渗透渗透率伤害率与流速的关系率伤害率与流速的关系 (缝宽 =38 m, 注入 300倍孔隙体积 (缝宽 =23 m, 注入 300倍孔隙体积 图 5 相

11、同颗粒直径 、 不同裂缝宽度渗透率伤害率 图 6 相同裂缝宽度 、 相同颗粒直径时不同与流速的关系注入体积渗透率伤害率与流速的关 系 (颗粒直径 =5 45 m 、注入 300倍孔隙体 积 (缝宽 =38 m 、颗粒直径 =5 45 m图 7 相同裂 缝宽度 、 相同颗粒直径时不同 图 8 相同裂缝宽度 、 相同颗粒直径时不同注入体 积渗透率伤害率与流速的关系注入体积渗透率伤害率与流速的关系 (缝宽 =38 m 、颗粒直径 =10 m (缝宽 =23 m 、颗粒直径 =5 45 m3 结 论1 较低的排采速度可以降低煤粉对煤层渗透率的伤害 , 有利于煤层气长久开采。107 第 33卷第 9期

12、张公社等 :煤层气储层煤粉运移规律试验研究 图 9 相同裂缝宽度 、 相同颗粒直径时不同 图 10 相同裂缝宽度 、 相同颗粒直径 、 不同注入注入体积渗透率伤害率与流速的 关系体积时渗透率伤害率与流速的关系 (缝宽 =23 m 、颗粒直径 =10 m (缝宽 =13 m 、颗粒直径 =5 45 m2 当裂缝宽度较大时 , 渗透率伤害相对较小且出粉量在低流速下较少 , 因此应在尽量满足生产要 求的条件下 , 努力扩大裂缝宽度 , 控制排采速度。3 在降压排采过程初期 , 就应当严格控制煤粉产生。参考文献 1Rich ard P M , Jerald J , H inkel D S Coal f

13、ines origin, effects and meth ods to control as sociated damage J SPE 90 105, 19902陈振宏 , 王一兵 , 孙平 煤粉产出对高煤阶煤层气井产能的影响及其控制 J 煤炭学报 , 2009, 34(2 :2292323秦勇 中国高煤级煤的显微岩石学特征及结构演化 M 徐州 :中国矿业大学出版社 , 19944何更生 油层物理 M 北京 :石油工业出版社 , 1993 3941编辑 萧 雨(上接第 99页 PNN 测井资料显示 , 31号小层俘获截面值为 23c u , 为中低俘获值 ; PNN 测井解释含油饱和度 为

14、 46%, 具有较高的含油饱和度 , 将第一次解释的含油饱和度提高了近 45%, 说明该层具有较好的含 油性 , 综合分析 , 解释该层为油水同层。通过裸眼井资料的辅助判断 , PNN 测井资料的定性定量分析 , 将原先误以为水层的低阻油层较好 地识别出来 , 为低阻油层的识别提供了新的技术途径 , 为油田的挖潜增储做出了贡献。4 结 论1 根据对乌南油田低阻油气层的成因分析 , 认为乌南油田低阻形成的主要因素有 :复杂的孔隙结 构、高的泥质含量、高的矿化度和低的含油饱和度等。2 PNN 测井仪测量的是被地层俘获后剩余的热中子数。在低阻油气层中 , 运用 PNN 测井资料与 常规的侧向 -感应

15、测井相结合 , 充分发挥 PNN 测井技术在识别低阻油气层中的优势 , 从而提升低阻油 气层解释的准确性。参考文献 1赵国海 , 王志敏 脉冲中子 -中子 (PNN 测井技术 J 石油机械 , 2005, 33(8 :75782赵文杰 , 白全胜 , 金秀珍 , 等 低电阻率油气层的测井解释 J 测井技术 , 1998, 22(增刊 :33393黄志洁 , 李疾翎 , 马焕英 , 等 PNN 测井解释方法改进及应用 J 中国海上油气 , 2009, 21(2 :9598编辑 龙 舟108 石油天然气学报 (江汉石油学院学报 2011年 9月96Genetic Analysis and Iden

16、tification of Low Resistivity Reservoirs in Wunan OilfieldLI De xin , GUO H a i min (First A uthor s A d dr ess:Institute of Geolog y and Ge op hysics , Chinese Ac ade my of S cience s, B eij in g 100029, Ch ina; Qing hai Oilf ield Te sting Company , CNP C, M angy a 816400, Qingh ai, ChinaAbstract:W

17、ith the impro vement o f petro leum ex plo ratio n, abnor mal reserv oir s have been discov ered constantly , petr ole um reserv es and petr oleum production have also g row n constant ly T he major g enesis o f low r esistivity reserv oirs w ere analyzed based on the dat a of co re and fo rmatio n

18、wat er in Wunan Oilfield A comprehensive identificat ion method co m bined w ith P N N lo g and co nv ent ional inductio n latero lo g is pro po sed W ith this method, the inter pr etation co incidence r a tio of t he low resistiv ity reserv oir s is impro vedKey words:W unan Oilfield; low resistiv

19、ity; PN N lo g100Response C haracteristics of Transient Electromagnetic in Production WellsREN Zhi ping , DANG Rui rong , SONG Xi jin (A uthor s A d dr ess:K ey L abor atory of P hotoele ctr ic L ogg in g and Detecting of Oil and Gas, M inistr y of Ed ucation (X i an S hiyou Univ er sity , X i an 71

20、0065, S haanx i, ChinaAbstract:T he t ransient electr omag netic r esponse character istics in pro duction wells wer e studied An electr omagnetic response mo del for multi cylindr ical layer media w as established, and the g ener al for mula fo r expressing the tr ansient e lectro magnetic response

21、 in pro duction w ells w as deduced T he influence of casing co nductivit y, thickness, magnetic per meability , the parameters o f emissio n coil, receiv ing co il and tr ansmitt er receiv er distance w ere analyzed thro ug h nu mer ical calculatio ns T he r esult sho ws that the vo ltag e o f resp

22、onse electro motive fo rce (EM F decreases with time in cr ease , the higher the casing conductiv ity is, the mo re slow ly t he response vo ltag e attenuat es T he thicker the casing is, the low er t he v olt age of the ear ly sig nal is T he weaker of casing magnetism intensit y is, the hig her th

23、e amplit ude o f r e ceived sig nal is T he vo ltag e o f r esponse sig nal decreases w ith the increase o f t ransm itter r eceiver distance, M o reov er the incr ease o f coil number of and the radius o f transmitter can impro ve sig nal strength and enlarg e detective r ang es Key words:pr oducti

24、on well; transient electro magnetic r esponse; cylindr ical layer ed media; casing ; coil system 105Experimental Research of Coal Grain Migration Rules of C oalbed MethaneZH ANG Go ng she , TIAN Wen tao , TAO S ha n , BAI Jian mei , SH I Hui ning , CHENG H a o (First A uthor s Ad d ress :K ey L abor

25、ator y of E xp lor ation Tec hnologies f or Oil and Gas Resource s (Yang tz e Univ ersity , M inistry of E du cation, J ingz hou 434023, H ubei, Ch inaAbstract:A labo rato ry ex per iment w as per formed on m igr atio n laws of coal dust o f differ ent g rain sizes in differ ent fracture widths w it

26、h differ ent flo w velocities on the bases o f study ing coal g rain fo rmat ion and mig rat ion T he relation a mong coal dust quantity , fr actur e w idth, flow velocity , g rain size and permeability w as st udied, w hich was impo rtant for establishing the co nt rolling measures of co al g rain

27、T he results indicat e that the hig her f low rate is, the mo re quanti ty of co al g rain is and t he hig her permeability damage is, at the initia l stage o f drainag e, w ith the increase of injectio n vo lume, permeability damage r ate is ver y hig h in t he same fr acture w idth and g rain size

28、, but the per meabilit y damage ratio beco me slow ly, ev en if fluid is injected, after a cert ain volume o f dr ainageKey words:co al fo rmation; fr actur e width; flow velocity ; coal gr ain size; quantity of coal gr ain109Analysis on Optimal Time of Commingled Production in the Low Permeability

29、and Porosity Gas Reser voirYAN Chang hui , LI Zhe ng jian , ZHENG Jun , WANG Xin, ZHANG Jun jie (First A uth or s A dd re ss:S tate K ey laborator y of Reser v oir G eology an d Ex p loitation , Cheng du Univ ersity of T ech nology , Cheng du 610059, S ic huan, ChinaAbstract:T he comming led pro duc

30、tion was mostly used in the lo w per meability and po ro sity g as r eser voirs But it w ould reduce the recov ery per cent I n order to det ermine the optimal time and impro ve the recov ery , aiming at Daniudi Gas Reservo ir char acter istics of pr essure being clo se, lo w permeability and lo w p

31、o rosit y, long co re parallel ex periment was conducted to simulate the multilayer co mmingled pr oductio n of t he gas r eser vo irs, w e painted curv es of flo w pr essure and r eco very ratio were plo tted and the ult imate recover ies affected by differ ent pressur e and physical pr operty w er

32、e compared in t he case of div erse time of multiple zone comming led pro duction Finally the optim izat ion time w as deter mined T he ex perimental results indicat e that the o pt imization time is the init ial perio d of pro duction In this per io d high recov ery can be o btained W hen pressur e

33、 differ ence is induced between lay ers, it wo uld have a less impact on oil recov er y w ith poo r physical pro pert y of high pressur e layers Co nt rar ily it w ould hav e a g r eat er impact on o il r eco very It is a gr eed w ith the f ield production and reliability is highKey words:Daniudi G

34、as Field; lo w permeability and po ro sity gas r eser vo ir; o rig inal pr essure; optimal time of co mmin gled pro duction; long co re parallel experiment113Technical Study on Anti water Lock in Low Permeability Reservoirs of Oilfield in the West of South China SeaWANG Cha ng jun, WANG Zheng lia ng

35、 , LUO Jue she ng (A uthor s A dd re ss :Colle ge of Chemistr y and Env ironmenta l Eng i neer ing , Yangtz e Univ er sity , J ingz hou 434023, H ube i, ChinaAbstract:In allusion to the ser ious pr oblems o f w ater lo ck in the 2nd member of Zhuhai F ormat ion o f W enchang Oilfield and 3rd member o f L iuhua F or mation in Weizhou O ilfield in the w est o f So ut h China Sea, a nov el ant i wat er lo ck ag ent SAT RO w as dev elo ped, its major composit ion