中阶煤储层气水流动特征与合层排采模拟研究——以黔西大河边区块为例

作     者：莫有新 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周效志

授予年度：2022年

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

主      题：中阶煤储层 气水渗流 储层敏感性 低场核磁共振 合层排采 

摘      要：原位煤层气开发过程中,煤储层孔裂隙中水的连续流动直接影响到储层压降漏斗扩展与煤层气的解吸、产出,因此对保障煤层气井高产、稳产具有重要的意义。本文以六盘水煤田水城矿区大河边区块为研究区,以区内合层开发煤层气井主力产层1#、7#、11#煤层为研究对象,综合运用煤层气地质学、储层地质学、煤层气开发工程等相关理论,分析了研究区煤层气地质条件与合层开发煤层气井多产层特征,开展了系列物理模拟实验,研究了应力敏感性与速度敏感性影响的煤储层渗透率变化规律,并基于水驱、气驱条件下的煤样的低场核磁共振测试,探讨了煤储层孔裂隙中水的赋存、运移特征及其对煤层气解吸产出的影响。基于上述研究,进一步建立了反映煤储层中气体解吸与气水流动的多物理场耦合数学模型,利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件构建了工程尺度的井区地质模型,在排采曲线拟合与煤储层参数反演的基础上,开展了煤层气井合层排采制度优化与长期产能预测,量化表征了合层排采管控与煤层气井气水产出的影响,并提出了研究区煤层气井合层排采管控建议,对大河边区块及周边相似地质条件区原位煤层气高效开发具有指导意义。论文研究主要取得了以下认识与成果:(1)研究区龙潭煤系薄至中厚煤层群发育,含煤27～39层,可采及局部可采10层,1#、7#、11#煤为煤层气开发的主力产层。区内煤层埋藏较深,受大河边向斜构造展布控制,总体呈近环形分布。煤体结构以块状、碎粒状为主,少量煤层为块状、粉状。煤中显微裂隙、气孔较发育,孔裂隙连通性较好;压汞孔隙率为1.669%～6.385%,平均孔径介于27.67～45.99nm;试井渗透率在0.0129-0.0164m D,均属于低渗透率煤储层;煤储层压力系数为0.81-0.92,多为低压异常压力系统。(2)气测压敏实验中,随有效应力增大,1#、7#、11#煤样气测渗透率k均呈下降趋势。当有效应力降低,气测渗透率k逐渐恢复,但存在不可逆损失。相同实验条件下,1#、7#、11#煤样的渗透率损害率为88.04%、86.13%、74.24%,渗透率不可逆损害率为40.54%、52.89%、38.13%,分别属于中等偏弱、中等偏强、中等偏弱应力敏感储层。气测速敏实验中,1#、7#、11#煤修正后的气测渗透率损害率分别为26.87%、8.01%、9.24%,表明各煤样的气测速敏效应均较弱。(3)低场核磁共振分析1#、7#、11#煤样有效孔隙度为0.15%、3.01%、1.32%,残余孔隙度为1.52%、3.37%、3.01%,总体表现出煤岩有效孔隙度越大,煤样渗透率越大的相关性。干燥煤试样中,以横向弛豫时间T16ms的微-小孔隙吸附水为主;煤样加载围压后,T谱呈现典型的“三峰特征。低压注水条件下,微-小孔与中-大孔间流体联系微弱;随注水压力增大,水携带煤粉运移改变了部分超大孔隙-裂隙结构;注水压力下降阶段,微-小孔内吸附水偏向稳定聚集于横向弛豫时间为1-3ms的小孔周围。(4)饱水煤样加载围压后,T谱呈现典型“三峰或“四峰特征,微-小孔吸附水峰明显大于其它峰。低压注气条件下,中-大孔隙内水分向过渡孔中运移,煤体含水饱和度上升。随着注气压力升高,煤体含水饱和度下降,水分在气体的驱动下向外运移。随着注气压力持续增大,中-大孔内残余的毛细管束缚水和超大孔-裂隙内自由水逐渐减少,最后几乎被全部排出。在整个气驱过程,微-小孔内的吸附水量相对稳定。(5)煤层气开采的多场耦合数值模拟结果表明:煤储层渗透率变化与煤层气井的排采密切相关,适当增加煤层气井排采强度利于提高合采煤层气井的产气效果。煤储层压力在生产过程中逐渐降低,促使储层有效应力增加,降低了煤储层渗透率,且煤储层渗透率的降幅随着井内液柱单日降幅的增大而增大。在井内液柱压力逐渐降低(套压不变)过程中,煤层气井产气速度逐渐升高。随着液柱压力单日降幅由0.01MPa/d逐渐增大至0.08MPa/d,煤层气井产气速度和累积产气量总体上呈先升高后下降的变化趋势。与其他液柱降幅速度相比,0.05MPa/d的降幅能够获得较高的产气速度和累计产气量。相较于0.01MPa/d的液柱降幅,在0.05MPa/d降幅下煤层气井的最高日产气量增幅为25.18%,平均日产气量增幅为0.132165%,累计产气量增幅为1.210448%;生产6394天后,1#、7#、11#、13#煤层在生产井附近的含气量分别由原来的13.3m/t、12.9m/t、10.5m/t、14.9m/t、降至12.1m/t、11.7m/t、9.4m/t、13.7m/t。合层排采早期,适当提高井底流压降幅,可促进煤储层压降漏斗快速扩展,提高井筒周围煤层气解吸程度。