煤储层能量及其对煤层气开发的影响——以郑庄区块为例

煤储层内不同相态物质在地层演化过程中积聚有不同类型能量。为明确煤层气开发过程中,不同相态物质状态随能量变化而发生改变及其对煤层气开发影响,利用单位体积弹性变形势能公式和等效弹簧模型计算煤岩基块弹性势能及裂缝开度最大缩减量;利用朗格缪尔等温吸附公式和理想气体等温膨胀做功公式推算等温条件下吸附煤层气膨胀能;利用纳维-斯托克斯方程定性分析煤层水压强能、重力势能和动能间转化关系;利用氦气、甲烷和去离子水渗透率测试平行试验研究影响煤岩导流能力主要因素。综合分析煤层气开发全过程中,各相态物质间能量转化及各物质状态改变;并于郑庄区内选定地质条件相似但能量特征不同4个相邻煤层气井组,结合各自产出特征和局部煤储层能量特征,探讨煤储层能量对煤层气开发影响。结果表明:在系统能量平衡被打破之后,煤岩通过膨胀对外做功释放弹性势能,引发裂隙开度缩减;吸附煤层气是煤层气产出动力源,通过解吸、扩张释放膨胀能,同时持续侵占煤层水流动空间;裂缝开度缩减会阻碍煤层水压强能与吸附煤层气膨胀能间联系,使后者不再随前者变化而改变。研究认为:煤层水压强能越大,煤储层产水潜力越强;吸附煤层气膨胀能越大,越利于煤层气产出;煤岩基块弹性势能和裂缝开度最大缩减量越小,越利于煤层气开发;煤岩基质变形对煤储层内流体产出影响不明显,而流体运移方式以及传质效率的改变对煤储层内流体产出影响明显。煤储层局部小范围内所承载能量存在差异,此种差异对煤层气井产出影响显著。煤储层能量是决定煤层气开发效果关键要素。