模拟地层条件煤岩气水流动行为研究

发布时间：2017-12-15 17:16

本文关键词：模拟地层条件煤岩气水流动行为研究

【摘要】：煤层气作为一种清洁能源,其开发不仅能弥补常规天然气供应的短缺,还能降低煤矿开采过程中的瓦斯灾害。煤岩储层基质微孔是煤层气吸附赋存的主要空间,裂隙是气、水的主要渗流通道。煤岩储层中气水的渗流是影响气井产量的重要因素,由于煤岩储层本身具有低孔低渗、性脆易碎、吸附性强、非均质性强等特征,且渗透率具有应力敏感性,因此模拟地层条件下的煤岩气水流动行为研究具有重要意义。论文选取沁水盆地太原组15号煤层为研究对象,分析了煤岩的矿物组分,并利用扫描电镜、液氮吸附等手段对煤岩孔隙-裂隙结构进行了表征。煤样中微裂隙较为发育、孔隙连通性差,具有易碎、渗透率低等特性,且煤样中微孔发育,孔径分布在1～1Onm之间,主要集中在2nm附近。揭示了煤岩的吸附特性及吸附气对煤岩物理性质的影响。运用HKY-II型全自动吸附气含量测试系统,测定了平衡水煤样对单组分气体的吸附强度,表明气体在煤岩中吸附强度为C02CH4N2;分别测量了吸附CH4前后的煤样表面与模拟地层水的润湿接触角,表明吸附CH4导致煤岩的疏水性增强;吸附各类气体后会导致煤岩基质膨胀,吸附性越强,膨胀量越大;同时吸附会导致煤岩力学性质弱化。明晰了有效应力和孔隙压力对煤岩流体渗流能力的影响机理。随有效应力的增加,煤岩气相、液相渗透率均逐渐降低,当有效应力增至一定值后,渗透率将不再变化而趋于稳定;当有效应力不变时,随孔隙压力的增加,煤岩的气相渗透率逐渐降低,气体吸附性越强,渗透率降低越明显。煤岩CH4和CO2渗透率随孔隙压力增加存在临界值,基质膨胀和有效应力分别在临界值前后对渗透率的变化起主导作用;在孔隙压力变化的整个过程中,氦气的渗透率表现为随孔隙压力增大不断增大。煤岩吸附甲烷之后,水湿性减弱,煤岩表面对液体的黏附力减弱,增加了液体的流动性,岩心液相渗透率增加。运用自行研制的煤岩气水两相渗流实验装置,分别测定了煤岩氦气-水相对渗透率曲线和CH4-水相对渗透率曲线。相比于氦气测试的气水相对渗透率,采用CH4测试的煤岩气相相对渗透率降低,液相相对渗透率升高,束缚水饱和度降低。在煤岩气水流动行为实验研究中,应选取全直径岩心,考虑煤岩吸附气平衡后再饱和地层水,测试过程中通过降低回压的方式不断降低孔隙压力,模拟气井生产动态。
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD841

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