Triple Medium Physical Model of Post Fracturing High-Rank Coal Reservoir in Southern Qinshui Basin

In this paper, influences on the reservoir permeability, the reservoir architecture and the fluid flow pattern caused by hydraulic fracturing are analyzed. Based on the structure and production fluid flow model of post fracturing high-rank coal reservoir, Warren-Root Model is improved. A new physical model that is more suitable for post fracturing high-rank coal reservoir is established. The results show that the width, the flow conductivity and the permeability of hydraulic fractures are much larger than natural fractures in coal bed reservoir. Hydraulic fracture changes the flow pattern of gas and flow channel to wellbore, thus should be treated as an independent medium. Warrant-Root Model has some limitations and can’t give a comprehensive interpretation of seepage mechanism in post fracturing high-rank coal reservoir. Modified Warrant-Root Model simplifies coal bed reservoir to an ideal system with hydraulic fracture, orthogonal macroscopic fracture and cuboid matrix. Hydraulic fracture is double wing, vertical and symmetric to wellbore. Coal bed reservoir is divided into cuboids by hydraulic fracture and further by macroscopic fractures. Flow behaviors in coal bed reservoir are simplified to three step flows of gas and two step flows of water. The swap mode of methane between coal matrix and macroscopic fractures is pseudo steady fluid channeling. The flow behaviors of methane to wellbore no longer follow Darcy’s Law and are mainly affected by inertia force. The flow pattern of water follows Darcy’s Law. The new physical model is more suitable for post fracturing high-rank coal reservoir.

沁水盆地中高煤阶煤储层覆压孔渗试验研究

为了研究中、高煤阶煤储层在覆压条件下孔隙度、渗透率及应力敏感性的差异变化特征,从山西沁水盆地采集4块中煤阶样品和4块高煤阶样品,开展了覆压孔渗试验对比研究,探讨了中煤阶煤和高煤阶煤的应力敏感性的差异,研究了应力敏感性随煤阶改变的变化规律。研究结果表明:煤的孔隙度随镜质组最大反射率Ro,max的增大呈现先增大后减小的趋势,而渗透率则与镜质组最大反射率之间无明显关系;中、高煤阶煤覆压下的孔隙度和渗透率均随有效应力增加呈现指数式减小;高煤阶煤平均孔隙压缩系数、应力敏感性系数分别是中煤阶煤的1.61倍和1.26倍,高煤阶煤的孔隙度和渗透率损害率分别是中煤阶煤的1.42倍和1.1倍,中、高煤阶煤的无因次渗透率曲率随有效应力的增加而降低,当有效应力为12MPa时,高煤阶煤的平均渗透率曲率是中煤阶煤的1.33倍。随Ro,max的增大,煤的应力敏感性呈现增强的趋势,即高煤阶煤的应力敏感性高于中煤阶煤。因此,在不同煤阶煤储层排采过程中,针对不同煤阶煤储层所采用的生产压差应当有所差异。与中煤阶煤储层相比,高煤阶煤储层随有效应力增加孔隙度、渗透率损害率高,渗透率曲率降低幅度大,因此针对高煤阶煤储层排采过程中所采用的生产压差应低于中煤阶煤储层,才能获得较高的煤层气产出量。

重复荷载下不同饱水压力中阶煤应力敏感性研究

为了查明煤层气开发中有效应力变化对含水中阶煤储层渗透性的影响,对黔西松河区块1+3号煤层的同一煤柱重复开展了应力敏感性试验,分析了重复荷载作用与饱水压力对煤储层渗透率及应力敏感性的影响机理,并探讨了煤层气井储层改造与排采优化措施。研究表明:重复荷载作用与煤样饱水压力共同影响着中阶煤储层气测渗透率及应力敏感性。随着重复荷载次数增加,煤体发生塑性-弹性变形演化,应力敏感性逐渐减弱,渗透率不可逆损害率降低。与10 MPa饱水压力相比,20MPa饱水煤样初始气测渗透率显著降低,应力敏感性减弱并逐渐趋于稳定。中阶煤储层微观孔裂隙发育,渗透率应力敏感性强,煤层气开发工程中应重视煤储层保护。

深部中-高煤级煤储层孔隙结构与吸附性

为了探讨中-高煤级深部煤层孔隙结构特征和吸附性,以陕西宜川和山西柿庄地区埋深100～1800m的中-高煤级样品为研究对象,对样品进行了煤岩煤质分析以及压汞法、核磁共振、低温液氮和等温吸附等测试,结果表明：（1）随着深度的增加,煤层吸附孔含量增多,渗流孔含量减小,渗透性降低,储层物性变差.（2）比表面积和总孔体积在1000m附近出现高值区域,随后才出现如前人所述的随深度逐渐降低的趋势,这与小孔的贡献率一致,可见比表面积和总孔体积并非完全由微孔决定,小孔作用显著.（3）深部煤层吸附性是压力的正效应与温度的负效应共同作用的结果,随着压力的增高,吸附量明显增加,温度每升高1℃,吸附量平均减少0.25cm^3/g;兰氏压力并不是简单地随温度递增而递增,而是存在随温度变化的拐点（35℃）,大于拐点温度时,兰氏压力才呈现增高趋势.

库拜煤田中低阶煤中孔-大孔发育控制因素

库拜煤田是新疆煤层气勘探的重点目标区之一。中孔、大孔为煤储层主要渗流孔隙,其发育程度是决定煤层气是否具有开发价值的重要因素。为厘清库拜煤田中低阶煤中孔-大孔发育控制因素,采集库拜煤田9口煤层气井取芯样品,开展了45次高压压汞试验、31次煤岩组分分析、32次煤岩成熟度测试以及45块取芯样品煤体结构特征描述,提取了库拜煤田中孔、大孔孔隙体积,并分析了控制其发育的地质因素。结果表明:①镜质组含量与成熟度对中孔、大孔的体积控制作用较弱;②原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤中孔、大孔体积接近,糜棱煤中孔、大孔体积明显高出;③镜质组含量大于70%时,随镜质组含量增大,中孔和大孔结构的复杂程度趋于增大;④煤体结构对中孔结构的复杂程度影响微弱,但与大孔结构的复杂程度呈正相关关系;⑤成熟度对中孔的复杂程度控制作用较明显,对大孔的复杂程度控制作用微弱。研究成果可为库拜煤田高渗煤储层的科学评价提供理论支撑。