第1页共15页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共15页基于孔隙体积压缩系数可变的深部煤层气渗透率和产能模拟R.R.Tonnsen,SPE,J.L.Miskimins,SPE,ColoradoSchoolofMines摘要未来非常规资源开发的热点问题之一是深部（深度超过5000英尺）煤层气甲烷。该热点的关键问题是，煤的渗透率对于压力改变十分敏感，这就导致了目前公认的深部煤层渗透率低。不过，这一结论是基于当改变应力状态时，煤的孔隙/裂缝系统的等空隙体积压缩这一假设而得出的。模拟潜在深部煤层资源渗透率演变完全基于这一假设。本文论述了这一假设是如何影响渗透率变化的模拟，以及深部煤层的渗透率在开发过程中也许会保持比之前设想的要高很多的体积值。利用早期的工作结果和数据，我们将设想转化成对于深部煤层气资源渗透率的另外一种观点。同时，将模型计算的压缩系数和渗透率结果应用于深部煤层气模拟中，来寻找煤层模拟生产中压缩系数假设的实际区别。基于以上两种假设的模拟结果和实际生产上有着明显的差异。应用模拟的结果可以为深部煤层气资源开采提供有力的支持。图1微观孔隙和宏观孔隙的关系第2页共15页第1页共15页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共15页0引言在深部（>5000英尺）煤层中已经发现有大量的天然气资源。在2003年，Nelson估计落基山脉区域中457万亿立方英尺或352万亿立方英尺的煤层气资源中有77%存在于深层，低渗透的煤层中。Kuuskraa和Wyman（1993）估计在世界范围内有超过2000万亿立方英尺的煤层气资源存在于深部煤层中。无论这一资源量有多大，一般认为，由于渗透率过低以及由此产生的通过煤层驱水的方式来降低孔隙压力的工作无法实现，气体无法大量生产从这些煤层中进行工业性开采的不可能实现的。但是，这些结论是建立在有限的数据和更为有限的假设上面的。当孔隙压力降低时，煤中大量的甲烷气体便会从煤基质的微孔隙中解析出来。之后气体通过煤的内生裂隙系统的孔隙和裂缝中运移到井筒中。有效应力（上覆岩层压力减去空隙压力）的增加伴随着孔隙压力的降低，导致内生裂隙系统中裂缝和孔隙不断关闭。在较高压力下，研究表明当出现孔隙裂缝闭合时流体将无法运移至井筒。有文献表明在假定孔隙体积压缩系数定常时，渗透率呈指数递减。该结论可以从图2中总结出来，图2显示的趋势是在大量不同类型煤块的多种数据中总结出来的，具有代表性。图2渗透率和有效应力的关系大部分的渗透率数据和与压力相关的数据是从浅层煤样中得到的。从不同的煤样中获得大范围内压力变化下的压缩系数和渗透率是十分困难和昂贵的。目前的研究主要集中在浅部煤层中，对于先前的煤层气开采很有意义。在以往看来，我们并不会选择将煤样至于第3页共15页第2页共15页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共15页深部生产环境中进行试验以评价深部煤层的生产潜能。然而，文献中的证据并不能表明可以将浅部煤层的特性推广应用于深部煤层数值模拟过程中。许多证据表明孔隙体积压缩系数恒定的假设并不适用于储层中存在较大的压力瞬变，以及进行有效开采需要大范围压力降的情况下，尽管这种假设适用于浅部煤层并且压力变化较小。煤层中有效压力的大范围变化将长期伴随深部煤层中煤层气的开采。本文质疑在模拟伴随深部煤层气开采时渗透率的变化情况时采用等孔隙体积压缩系数假设的正确性。取而代之的是，在进行由储层压力变化导致的渗透率变化情况的建模时采用孔隙体积压缩系数指数性递减的假设。这一渗透率建模结果被用于深部煤层煤层气开采过程的模拟中。图3回收压力（Prc）和反弹压力（Prb）同无因次渗透率（k/k0）的关系结果表明。假设孔隙体积压缩系数变化时，渗透率的建模结果并没有向先前猜测的那样变化很大，模拟开采的结果也更。如图3所示，反弹压力增高，回收压力增高，表明煤的渗透率会在井的生产寿命内恢复得更快。然而，含有水饱和裂隙系统的煤中的开采模拟表明其无法实现工业性的采气速率。相反的，如果将煤的模型建立成内生孔隙中含水饱和度为零，边有可能出现工业性的采气速率。结论是开发深部煤层气的工作重...
