CN108760597A - 一种评价煤储层压敏效应的实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种评价煤储层压敏效应的实验方法，包括煤样采集，煤岩样品制备，实验数据采集及实验数据处理等四个步骤。本发明提出了一种适用于煤储层压敏效应测试的实验方法，采用适合于煤储层样品获取的采集方法，利用惰性气体氦气作为流体介质，可以准确的测量煤储层压敏效应实验中的各项参数，准确评价煤储层的压敏效应，为煤层气勘探开发提供实验数据支持，且检测评价作业仿真性高，数据检测作业精度高，在极大的提高对煤层检测作业工作精度、效率的同时，另具有良好的通用性，可有效满足复杂地质条件下煤层检测作业的需要。
Description
技术领域
本发明涉一种评价煤储层压敏效应的实验方法，属煤层气勘探开发技术领域。
背景技术
煤储层是一种“双重孔隙”结构，即由基质孔隙和裂隙组成，其中基质孔隙是煤层气的主要储存空间，裂隙是煤层气的主要渗流产出通道。大直径孔隙和裂隙发育情况在很大程度上决定了煤储层的渗透率大小。一般来说，煤层气被裂隙中的水封存在煤基质的微孔隙内，形成了储层流体压力、储层围压和作用在煤基质骨架上的有效应力三者之间的稳定平衡系统，随着开发过程中储层流体排出，流体压力降低，压力平衡系统遭到破坏，此时储层围压不变，会导致作用在煤基质骨架上的有效应力增大，煤储层受到压缩，储层中的微小孔道闭合，从而引起渗透率的降低，而渗透率的降低必然会影响煤储层渗流能力的降低，进而影响到煤层气井的产能。这种随压力的变化渗透率发生变化的现象称为渗透率的压力敏感效应，因渗透率的压力敏感而影响到煤层气开发称为压敏效应。压力敏感效应在煤层气井网部署、排水降压以及最终采收率等方面具有重要影响。因此厘清煤储层的压力敏感效应对于煤层气的勘探开发具有重要的实际意义。
当前的煤储层压敏效应的测试通常参照中国石油天然气行业标准“储层敏感性流动实验评价方法”(SY/T5358-2010)来进行的,并参照该标准对煤储层的应力敏感性进行评价。但煤储层性质(变质程度、孔-裂隙发育特征、显微组分、灰分、水分、挥发分等)与岩层的性质(岩石组成和岩性、胶结和蚀变的程度、胶结物类型、孔隙结构、颗粒分选性及接触关系等)、岩石力学特征(应力、应变、破坏、稳定性等)有较大的区别；该标准的岩样准备与煤储层的样品准备存在较大区别；且该标准的实验过程中采用的流体介质为空气、氮气、氯化钾溶液或者中性煤油，以上4种流体介质对煤储层渗透率的准确测定都不合适；由于存在以上问题，本发明提供了一种适用于煤储层压敏效应测试的实验方法。
发明内容
为了解决现有分类技术上的一些不足，本发明提供一种评价煤储层压敏效应的实验方法。
为了实现上面提到的效果，提出了一种评价煤储层压敏效应的实验方法，其包括以下步骤：
一种评价煤储层压敏效应的实验方法，包括以下步骤：
第一步，煤样采集，在新鲜煤壁上选择层理均匀的煤体，并将煤壁上部煤体去掉，使所选煤体保留为台阶形状，然后把制成的台阶状煤体的上部平面整理平整，在煤体上表面用记号笔划出一个边长15—25cm的正方形标记线，然后用沿着画出标记线对煤体进行裁切，制备得到正方体煤样毛坯，然后将与正方体煤样毛坯同轴分布的硬质框罩套在正方体煤样毛坯外，并通过聚氨酯浇注在硬质框罩与正方体煤样毛坯质检缝隙内，并在聚氨酯凝固后，将位于硬质框罩外部的煤样毛坯从煤壁上裁断，并在铁框上贴上标签，然后对裁断后的煤样毛坯进行密封防护，并防止到配备了防震材料的转运箱内转运至实验室内，最后在实验室内拆除硬质框罩，并将聚氨酯与煤样毛坯进行分离，即得到了大块煤样；
第二步，煤岩样品制备，首先由裁切设备将第一步制备得到的大块煤样进行至少三次裁切处理，制备得到长23—33mm、高45—60mm的长方体；然后用砂纸对煤样表面打磨，直至达到实验所需规格，即可得到成品煤岩样品；
第三步，实验数据采集，对第二步并保持轴向压力和气压恒定条件下，首先设定煤岩样品压力实验函数，然后根据压力实验函数，结合第二步制备得到的煤岩样品结构，将煤岩样品安装到压力实验设备上，并在煤岩样品外表面设定至少10个压力采集点，然后一方面对煤岩样品施加0.5—5Mpa的轴向压力，另一方面为煤岩样品由压力为0.3—1Mpa氦气进行包覆，最后对煤岩样品外表面缓慢施加均匀围压，且设定至少三个围压检测段，每个围压检测端内围压保持30—40分钟，相邻两个围压检测段的压力差为1Mpa，在完成检测围压检测后，匀速对围压进行卸载，且卸载过程中，每个围压检测端内围压保持50—80分钟，并直至煤岩样品围压回复到第三步前的轴压值，从而完成对煤样压力检测作业过程，在进行检测的同时，由实验设备在氦气流动状态及压力稳定后，测量煤样压力检测过程中的压力、流量、时间、温度、渗透率参数并记录监测数据；
第四步，实验数据处理，完成第三步作业后，首先设定氦气在煤储层中渗透率函数、渗透率的变化率函数、最大岩心渗透率损害率函数及不可逆渗透率损害率函数，然后将第三步中检测得到的数据分别带入到氦气在煤储层中渗透率函数、渗透率的变化率函数、最大岩心渗透率损害率函数及不可逆渗透率损害率函数中进行运算，然后对计算结果进行统计和比对，获取煤储层压敏效应的具体参数
进一步的，所述的第一步中，所述的标签内容包括煤样的上下方位、取样地点信息。
进一步的，所述的第一步中，所述的密封防护处理时，对煤样毛坯进行封蜡或包裹塑料薄膜处理。
进一步的，所述的第一步中，所述的硬质框罩为框架结构。
进一步的，所述的第二步中，裁切作业时，每次裁切厚度为1—5厘米；砂纸打磨作业时，每次打磨量为0.5—3毫米，且总打磨量为5—15毫米。
进一步的，所述的成品煤岩样品的高径比为2—3。
进一步的，所述的压力实验函数为：
P＝ρgh
式中：P—煤岩样品所处的净上覆压力，MPa；
ρ—岩石密度，103kg/m3，取2.5；
h—煤岩埋深，m。
进一步的，所述的氦气在煤储层中渗透率函数为:
式中：kg—煤岩渗透率，单位为10-3um2；
U—测试条件下流体的黏度，单位为mPa·s；
L—岩样长度，单位为cm；
A—岩样横截面积，单位为cm2；
Pa—测试条件下的标准大气压力，单位为Mpa；
Qo—气体在一定时间内通过岩样的体积，单位为cm3/s；
P1—岩样进口压力，单位为MPa；
P2—岩样出口压力，单位为MPa；
煤岩样品渗透率的变化率函数为：
式中：Db—不同压力值下渗透率的变化率；
Ki—初始渗透率，单位为10-3um2；
Kn—压力增加或降低以后煤岩渗透率，单位为10-3um2；最大岩心渗透率损害率函数为：
Dbt＝max(Db1，Db2，....，Dbn)
式中：Dbt—为煤储层压力敏感性损害率；
Dbn—为压力增加过程中不同压力下渗透率的变化率；不可逆渗透率损害率为：
式中：Db’—为不可逆压力敏感损害率；
ki—为初始渗透率，单位为10-3um2；
ki’—为恢复到净上覆压力时煤岩渗透率，单位为10-3um2。
本发明的有益效果：本发明提出了一种适用于煤储层压敏效应测试的实验方法，采用适合于煤储层样品获取的采集方法，利用惰性气体氦气作为流体介质，可以准确的测量煤储层压敏效应实验中的各项参数，准确评价煤储层的压敏效应，为煤层气勘探开发提供实验数据支持，且检测评价作业仿真性高，数据检测作业精度高，在极大的提高对煤层检测作业工作精度、效率的同时，另具有良好的通用性，可有效满足复杂地质条件下煤层检测作业的需要。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明压力敏感性损害程度评价指标表。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
如图1—2所述的一种评价煤储层压敏效应的实验方法，包括以下步骤：
第一步，煤样采集，在新鲜煤壁上选择层理均匀的煤体，并将煤壁上部煤体去掉，使所选煤体保留为台阶形状，然后把制成的台阶状煤体的上部平面整理平整，在煤体上表面用记号笔划出一个边长20cm的正方形标记线，然后用沿着画出标记线对煤体进行裁切，制备得到正方体煤样毛坯，然后将与正方体煤样毛坯同轴分布的硬质框罩套在正方体煤样毛坯外，并通过聚氨酯浇注在硬质框罩与正方体煤样毛坯质检缝隙内，并在聚氨酯凝固后，将位于硬质框罩外部的煤样毛坯从煤壁上裁断，并在铁框上贴上标签，然后对裁断后的煤样毛坯进行密封防护，并防止到配备了防震材料的转运箱内转运至实验室内，最后在实验室内拆除硬质框罩，并将聚氨酯与煤样毛坯进行分离，即得到了大块煤样；
第二步，煤岩样品制备，首先由裁切设备将第一步制备得到的大块煤样进行至少三次裁切处理，制备得到长27mm、高52mm的长方体；然后用砂纸对煤样表面打磨，直至达到实验所需规格，即可得到成品煤岩样品，并总共制备5个煤岩样品；
第三步，实验数据采集，对第二步并保持轴向压力和气压恒定条件下，首先设定煤岩样品压力实验函数，然后根据压力实验函数，结合第二步制备得到的煤岩样品结构，将煤岩样品安装到压力实验设备上，并在煤岩样品外表面设定10个压力采集点，然后一方面对煤岩样品施加1Mpa的轴向压力，另一方面为煤岩样品由压力为0.5Mpa氦气进行包覆，最后对煤岩样品外表面缓慢施加均匀围压，且设定至少三个围压检测段，每个围压检测端内围压保持30分钟，相邻两个围压检测段的压力差为1Mpa，在完成检测围压检测后，匀速对围压进行卸载，且卸载过程中，每个围压检测端内围压保持60分钟，并直至煤岩样品围压回复到第三步前的轴压值，从而完成对煤样压力检测作业过程，在进行检测的同时，由实验设备在氦气流动状态及压力稳定后，测量煤样压力检测过程中的压力、流量、时间、温度、渗透率参数并记录监测数据；
第四步，实验数据处理，完成第三步作业后，首先设定氦气在煤储层中渗透率函数、渗透率的变化率函数、最大岩心渗透率损害率函数及不可逆渗透率损害率函数，然后将第三步中检测得到的数据分别带入到氦气在煤储层中渗透率函数、渗透率的变化率函数、最大岩心渗透率损害率函数及不可逆渗透率损害率函数中进行运算，然后对计算结果进行统计和比对，获取煤储层压敏效应的具体参数
本实施例中，所述的第一步中，所述的标签内容包括煤样的上下方位、取样地点信息。
本实施例中，所述的第一步中，所述的密封防护处理时，对煤样毛坯进行封蜡。
本实施例中，所述的第一步中，所述的硬质框罩为框架结构。
本实施例中，所述的第二步中，裁切作业时，每次裁切厚度为3厘米；砂纸打磨作业时，每次打磨量为1毫米，且总打磨量为10毫米。
本实施例中，所述的成品煤岩样品的高径比为2.6。
本实施例中，所述的压力实验函数为：
P＝ρgh
式中：P—煤岩样品所处的净上覆压力，MPa；
ρ—岩石密度，103kg/m3，取2.5；
h—煤岩埋深，m。
进一步的，所述的氦气在煤储层中渗透率函数为:
式中：kg—煤岩渗透率，单位为10-3um2；
U—测试条件下流体的黏度，单位为mPa·s；
L—岩样长度，单位为cm；
A—岩样横截面积，单位为cm2；
Pa—测试条件下的标准大气压力，单位为Mpa；
Qo—气体在一定时间内通过岩样的体积，单位为cm3/s；
P1—岩样进口压力，单位为MPa；
P2—岩样出口压力，单位为MPa；
煤岩样品渗透率的变化率函数为：
式中：Db—不同压力值下渗透率的变化率；
Ki—初始渗透率，单位为10-3um2；
Kn—压力增加或降低以后煤岩渗透率，单位为10-3um2；
最大岩心渗透率损害率函数为：
Dbt＝max(Db1，Db2，....，Dbn)
式中：Dbt—为煤储层压力敏感性损害率；
Dbn—为压力增加过程中不同压力下渗透率的变化率；
不可逆渗透率损害率为：
式中：Db’—为不可逆压力敏感损害率；
ki—为初始渗透率，单位为10-3um2；
ki’—为恢复到净上覆压力时煤岩渗透率，单位为10-3um2。
根据上述步骤，测试5个煤岩样品压力敏感损害程度值，然后求取平均值，根据压力敏感性损害程度评价指标表得到煤岩样品敏感性损害程度结果。
根据表格可以看出煤矿5件煤岩样品的测试结果，其中样品1、样品2、样品3、样品4和样品5的压力敏感性损害程度为弱。该煤矿的5件煤岩样品的压力敏感性损害程度为弱。
实施例2
如图1—2所述的一种评价煤储层压敏效应的实验方法，包括以下步骤：
第一步，煤样采集，在新鲜煤壁上选择层理均匀的煤体，并将煤壁上部煤体去掉，使所选煤体保留为台阶形状，然后把制成的台阶状煤体的上部平面整理平整，在煤体上表面用记号笔划出一个边长25cm的正方形标记线，然后用沿着画出标记线对煤体进行裁切，制备得到正方体煤样毛坯，然后将与正方体煤样毛坯同轴分布的硬质框罩套在正方体煤样毛坯外，并通过聚氨酯浇注在硬质框罩与正方体煤样毛坯质检缝隙内，并在聚氨酯凝固后，将位于硬质框罩外部的煤样毛坯从煤壁上裁断，并在铁框上贴上标签，然后对裁断后的煤样毛坯进行密封防护，并防止到配备了防震材料的转运箱内转运至实验室内，最后在实验室内拆除硬质框罩，并将聚氨酯与煤样毛坯进行分离，即得到了大块煤样；
第二步，煤岩样品制备，首先由裁切设备将第一步制备得到的大块煤样进行至少三次裁切处理，制备得到长30mm、高55mm的长方体；然后用砂纸对煤样表面打磨，直至达到实验所需规格，即可得到成品煤岩样品，并总共制备5个煤岩样品；
第三步，实验数据采集，对第二步并保持轴向压力和气压恒定条件下，首先设定煤岩样品压力实验函数，然后根据压力实验函数，结合第二步制备得到的煤岩样品结构，将煤岩样品安装到压力实验设备上，并在煤岩样品外表面设定10个压力采集点，然后一方面对煤岩样品施加1Mpa的轴向压力，另一方面为煤岩样品由压力为0.5Mpa氦气进行包覆，最后对煤岩样品外表面缓慢施加均匀围压，且设定至少三个围压检测段，每个围压检测端内围压保持40分钟，相邻两个围压检测段的压力差为1Mpa，在完成检测围压检测后，匀速对围压进行卸载，且卸载过程中，每个围压检测端内围压保持70分钟，并直至煤岩样品围压回复到第三步前的轴压值，从而完成对煤样压力检测作业过程，在进行检测的同时，由实验设备在氦气流动状态及压力稳定后，测量煤样压力检测过程中的压力、流量、时间、温度、渗透率参数并记录监测数据；
第四步，实验数据处理，完成第三步作业后，首先设定氦气在煤储层中渗透率函数、渗透率的变化率函数、最大岩心渗透率损害率函数及不可逆渗透率损害率函数，然后将第三步中检测得到的数据分别带入到氦气在煤储层中渗透率函数、渗透率的变化率函数、最大岩心渗透率损害率函数及不可逆渗透率损害率函数中进行运算，然后对计算结果进行统计和比对，获取煤储层压敏效应的具体参数
本实施例中，所述的第一步中，所述的标签内容包括煤样的上下方位、取样地点信息。
本实施例中，所述的第一步中，所述的密封防护处理时，对煤样毛坯进行封蜡。
本实施例中，所述的第一步中，所述的硬质框罩为框架结构。
本实施例中，所述的第二步中，裁切作业时，每次裁切厚度为3厘米；砂纸打磨作业时，每次打磨量为1毫米，且总打磨量为10毫米。
本实施例中，所述的成品煤岩样品的高径比为2.6。
本实施例中，所述的压力实验函数为：
P＝ρgh
式中：P—煤岩样品所处的净上覆压力，MPa；
ρ—岩石密度，103kg/m3，取2.5；
h—煤岩埋深，m。
进一步的，所述的氦气在煤储层中渗透率函数为:
式中：kg—煤岩渗透率，单位为10-3um2；
U—测试条件下流体的黏度，单位为mPa·s；
L—岩样长度，单位为cm；
A—岩样横截面积，单位为cm2；
Pa—测试条件下的标准大气压力，单位为Mpa；
Qo—气体在一定时间内通过岩样的体积，单位为cm3/s；
P1—岩样进口压力，单位为MPa；
P2—岩样出口压力，单位为MPa；
煤岩样品渗透率的变化率函数为：
式中：Db—不同压力值下渗透率的变化率；
Ki—初始渗透率，单位为10-3um2；
Kn—压力增加或降低以后煤岩渗透率，单位为10-3um2；最大岩心渗透率损害率函数为：
Dbt＝max(Db1，Db2，....，Dbn)
式中：Dbt—为煤储层压力敏感性损害率；
Dbn—为压力增加过程中不同压力下渗透率的变化率；不可逆渗透率损害率为：
式中：Db’—为不可逆压力敏感损害率；
ki—为初始渗透率，单位为10-3um2；
ki’—为恢复到净上覆压力时煤岩渗透率，单位为10-3um2。
根据上述步骤，测试5个煤岩样品压力敏感损害程度值，然后求取平均值，根据压力敏感性损害程度评价指标表得到煤岩样品敏感性损害程度结果。
根据表格可以看出煤矿5件煤岩样品的测试结果，其中样品1、样品2、样品3、样品4和样品5的压力敏感性损害程度为中等偏强。该煤矿的5件煤岩样品的压力敏感性损害程度为中等偏强.
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种评价煤储层压敏效应的实验方法，其特征在于：所述的评价煤储层压敏效应的实验方法包括以下步骤：
第一步，煤样采集，在新鲜煤壁上选择层理均匀的煤体，并将煤壁上部煤体去掉，使所选煤体保留为台阶形状，然后把制成的台阶状煤体的上部平面整理平整，在煤体上表面用记号笔划出一个边长15—25cm的正方形标记线，然后用沿着画出标记线对煤体进行裁切，制备得到正方体煤样毛坯，然后将与正方体煤样毛坯同轴分布的硬质框罩套在正方体煤样毛坯外，并通过聚氨酯浇注在硬质框罩与正方体煤样毛坯质检缝隙内，并在聚氨酯凝固后，将位于硬质框罩外部的煤样毛坯从煤壁上裁断，并在铁框上贴上标签，然后对裁断后的煤样毛坯进行密封防护，并防止到配备了防震材料的转运箱内转运至实验室内，最后在实验室内拆除硬质框罩，并将聚氨酯与煤样毛坯进行分离，即得到了大块煤样；
第二步，煤岩样品制备，首先由裁切设备将第一步制备得到的大块煤样进行至少三次裁切处理，制备得到长23—33mm、高45—60mm的长方体；然后用砂纸对煤样表面打磨，直至达到实验所需规格，即可得到成品煤岩样品；
第三步，实验数据采集，对第二步并保持轴向压力和气压恒定条件下，首先设定煤岩样品压力实验函数，然后根据压力实验函数，结合第二步制备得到的煤岩样品结构，将煤岩样品安装到压力实验设备上，并在煤岩样品外表面设定至少10个压力采集点，然后一方面对煤岩样品施加0.5—5Mpa的轴向压力，另一方面为煤岩样品由压力为0.3—1Mpa氦气进行包覆，最后对煤岩样品外表面缓慢施加均匀围压，且设定至少三个围压检测段，每个围压检测端内围压保持30—40分钟，相邻两个围压检测段的压力差为1Mpa，在完成检测围压检测后，匀速对围压进行卸载，且卸载过程中，每个围压检测端内围压保持50—80分钟，并直至煤岩样品围压回复到第三步前的轴压值，从而完成对煤样压力检测作业过程，在进行检测的同时，由实验设备在氦气流动状态及压力稳定后，测量煤样压力检测过程中的压力、流量、时间、温度、渗透率参数并记录监测数据；
第四步，实验数据处理，完成第三步作业后，首先设定氦气在煤储层中渗透率函数、渗透率的变化率函数、最大岩心渗透率损害率函数及不可逆渗透率损害率函数，然后将第三步中检测得到的数据分别带入到氦气在煤储层中渗透率函数、渗透率的变化率函数、最大岩心渗透率损害率函数及不可逆渗透率损害率函数中进行运算，然后对计算结果进行统计和比对，获取煤储层压敏效应的具体参数。
2.根据权利要求1所述的一种评价煤储层压敏效应的实验方法，其特征在于：所述的第一步中，所述的标签内容包括煤样的上下方位、取样地点信息。
3.根据权利要求1所述的一种评价煤储层压敏效应的实验方法，其特征在于：所述的第一步中，所述的密封防护处理时，对煤样毛坯进行封蜡或包裹塑料薄膜处理。
4.根据权利要求1所述的一种评价煤储层压敏效应的实验方法，其特征在于：所述的第一步中，所述的硬质框罩为框架结构。
5.根据权利要求1所述的一种评价煤储层压敏效应的实验方法，其特征在于：所述的第二步中，裁切作业时，每次裁切厚度为1—5厘米；砂纸打磨作业时，每次打磨量为0.5—3毫米，且总打磨量为5—15毫米。
6.根据权利要求1所述的一种评价煤储层压敏效应的实验方法，其特征在于：所述的成品煤岩样品的高径比为2—3。
7.根据权利要求1所述的一种评价煤储层压敏效应的实验方法，其特征在于：所述的压力实验函数为：
P＝ρgh
式中：P—煤岩样品所处的净上覆压力，MPa；
ρ—岩石密度，103kg/m3，取2.5；
h—煤岩埋深，m。
8.根据权利要求1所述的一种评价煤储层压敏效应的实验方法，其特征在于：所述的氦气在煤储层中渗透率函数为:
式中：kg—煤岩渗透率，单位为10-3um2；
U—测试条件下流体的黏度，单位为mPa·s；
L—岩样长度，单位为cm；
A—岩样横截面积，单位为cm2；
Pa—测试条件下的标准大气压力，单位为Mpa；
Qo—气体在一定时间内通过岩样的体积，单位为cm3/s；
P1—岩样进口压力，单位为MPa；
P2—岩样出口压力，单位为MPa；
煤岩样品渗透率的变化率函数为：
式中：Db—不同压力值下渗透率的变化率；
Ki—初始渗透率，单位为10-3um2；
Kn—压力增加或降低以后煤岩渗透率，单位为10-3um2；
最大岩心渗透率损害率函数为：
Dbt＝max(Db1，Db2，....，Dbn)
式中：Dbt—为煤储层压力敏感性损害率；
Dbn—为压力增加过程中不同压力下渗透率的变化率；
不可逆渗透率损害率为：
式中：Db’—为不可逆压力敏感损害率；
ki—为初始渗透率，单位为10-3um2；
ki’—为恢复到净上覆压力时煤岩渗透率，单位为10-3um2。
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