低煤阶煤储层敏感性分析及对煤层气排采的影响

大佛寺井田位于陕西彬长矿区南部，属陕北黄土高原南部塬梁沟壑区的一部分[1]。总体上为一走向EW，倾向近N的单斜构造形态，断层稀少，构造简单[2]。含煤地层为中侏罗统延安组，共含煤10～15层，其中4煤为全区可采煤层，位于延安组下部，煤厚0.15～35.04 m，平均10.64 m，是煤层气开发的主力煤层。

“京津冀鲁，哪家医院的哪个专科最强，我们就派出医生到哪家医院进修学习。”温秀玲介绍，医院学科选择“背靠大树促发展”，还体现为临床科室频繁地外请专家前来定期查房、手术带教，“请来一位专家，带动一个团队！”2002—2003年，沧州市中心医院与10多家大院、强院建立了“专科专病联盟”的合作模式，密切的科室合作一直延续到了今天。

目前，国内煤层气工作者采用多种方式研究了煤储层的敏感性[3-5]，但低煤阶煤储层的敏感性研究相对较少。大佛寺井田目前已开展多口煤层气井的开发工作，但各井产量有高有低。渗透率作为煤层气井产能影响的主要因素之一，在煤层气排采过程中，有效应力效应和煤基质收缩效应都将对煤层的渗透性产生影响，进而影响煤层气井的产气效果。因此，选用了大佛寺煤矿4煤煤样开展了煤储层敏感性分析试验，分析结果可为井田内煤层气井建立合理的排采工作制度提供有力依据。

1 实验样品及实验装置

实验煤样取自大佛寺侏罗系4煤层，加工成φ50 mm×100 mm标准试件煤样，为保证煤样中黏土等矿物质性质不发生变化，在控制烘干温度60℃，相对湿度40%～50%下，烘干48 h后，每8 h称量煤样1次，2次称量的差值小于10 mg，方可进行实验。敏感性实验装置示意图如图1。

2 速敏实验及结果

由于在排水采气过程中，煤储层中水的流动速度变化容易引起煤粉运移、堵塞孔隙喉道，造成煤储层渗透率发生变化。这主要取决于流体动力的大小，流速过大或压力波动过大都会促使自由微粒运移。因此，有必要开展室内速敏试验。

1）气速敏。流动介质为氮气的速敏实验结果如图2。由图2可以看出，当流动介质为氮气时，随着流速的增加，渗透率呈增大趋势，没有出现突变减小的现象。因此，当流动介质为氮气时，煤储层内无临界流速。另外，当渗流速度为0～1 cm/s范围内增加时，渗透率增加速度最快；之后，随渗流速度的增加，渗透率增加趋于平缓。

  

图1 敏感性实验装置示意图

2.1 实验方法

进行速敏实验时，采用恒压法，定压驱替。选择2个标准煤样，分别以氮气和大佛寺4煤层原地层水为流动介质各做1次。

2.2 实验结果

新生宝宝的身体各器官并没有发育完全，其中也包括胃肠道，所以下面所讲到的黄疸、湿疹等非肠道疾病都会使用到双歧杆菌益生菌制剂。人是一个整体，因为在母体中是无菌环境，益生菌制剂能帮助宝宝更快的建立一个双歧杆菌占优的人体正常胃肠道有益菌群，促进胃肠道发育成熟，从而促进消化排除黄疸减少过敏。

大佛寺井田X-1井的生产曲线如图6。该井为垂直压裂井，投产后，井底流压保持缓慢、平稳下降，随着井底流压的持续下降，X-1井开始产气，且日产气量逐步增大。当井底流压下降至0.6 MPa后，稳流压生产一段时间，目的是为了扩展压降波及的范围，使气体的解吸范围尽可能增大，在此期间产气量一直维持在1 100 m3/d以上。之后继续降井底流压，产气量继续增加，最高产气达1 820 m3/d，产气效果较好。

  

图2 流动介质为氮气的速敏实验结果

2）液速敏。流动介质为地层水的速敏实验结果如图3。由图3可见，当流动介质为地层水时，随着流速的增加，渗透率先增大后变减小，可清晰判断出煤样SM-地层水的临界流速为0.000 5 cm/s。而在渗流速度达到临界流速之后，渗透率随其增加而下降，到一定值后突然增大，分析认为是因实验过程中微小煤粒冲出所致。

在煤层气的排水降压阶段，随着储层内部流体的采出，储层孔隙压力降低，储层原有的受力平衡状态发生改变，有效应力增加，引起岩石孔隙结构和孔隙体积的变化，如孔隙体积的缩小、吼道和裂缝的闭合等，使得储层渗透率变差。因此，有必要进行室内压敏试验。

3 压敏实验及结果

要想有效加强信息安全的管理工作，应该在工作的过程中减少人为因素的影响，并坚持以人为本的管理理念。制定完善的安全管理措施，有效的保证安全技术和相关的安全设备能够满足计算机网络系统的安全需求，减少财政数据信息泄露事件的发生。同时，有关的财政机构还要建立健全的规章制度，对工作人员进行约束。在工作人员上岗工作之前可以对人员进行培训，提高他们的安全防护意识和责任心，增强其专业技能水平，当发生突发事件时能够采取及时有效的防护措施并降低人为事故的发生率。

  

图3 流动介质为地层水的速敏实验结果

3.1 实验方法

实验时，煤心出口通大气，并保持煤心进口注入压力大小不变（0.8 MPa），通过改变围压的大小来调整煤心所承受的净应力。选择2个标准煤样，分别以氮气和大佛寺4煤层原地层水为流动介质各做1次实验。

3.2 压敏实验结果

煤层气井排采初期主要任务是排水降压，随着地层水不断产出，储层压力也不断降低，这必然引起有效应力的升高，导致渗透率降低[6-7]。这意味着压敏产生的渗透率伤害在煤层气井排采过程中是不可避免。但可以采取以时间换取空间的方式，即排水降压阶段可以实施缓慢排采，延长裂缝闭合时间，尽可能多的排出地层水，扩大排采降压范围，充分形成压降漏斗，从而降低其对煤层气井的影响。此外，卸压后渗透率不能完全恢复，也说明煤层气井生产过程中，较大的流压波动会造成煤岩孔隙的永久缩小甚至闭合，对储层的渗透性造成伤害，影响产气效果。因此，从压力敏感性角度考虑，煤层气井的排采应缓慢、稳定。

  

图4 流动介质为氮气的压敏实验结果

综上所述，在煤层气井排采过程中应严格控制排采速度[9]，保证储层压力缓慢、连续、稳定的下降，防止因有效应力快速增加及煤粉运移所导致的煤层渗透率降低，影响产气效果。

  

图5 流动介质为地层水的压敏实验结果

4 对排采作业的影响

1）气压敏。流动介质为氮气的压敏实验结果如图4。由图4可以看出，升压阶段，随着净围压的不断增大，渗透率初期快速下降，之后趋于平缓，渗透率由初期的 0.31×10-3μm2下降到 0.015×10-3μm2，渗透率损害率高达95%。降压阶段，随着围压的不断降低，渗透率有所增大，但增幅不明显，仅恢复到0.1×10-3μm2，不可逆渗透率损害率达 66%。

速敏对排采的影响主要是，当渗流速度大于临界流速后，引起储层中自由微粒以及被水化脱落的黏土矿物的运移，从而堵塞孔隙喉道，造成煤储层渗透率降低。而在实际排采过程中，随地层水一起运移的并不仅仅是自由微粒或黏土矿物，更多是压裂过程中含砂压裂液对煤层的冲刷产生的煤粉[8]，因此，实际开发中引起的速敏要比试验结果严重，对渗透率的影响更大。为了减小速敏对排采的影响，可以通过控制排采强度，将液体的渗流速度控制在临界流速以下。

2）液压敏。流动介质为地层水的压敏实验结果如图5。图5可以看出：升压阶段，随着净围压的增加，渗透率逐渐减小，尤其在初始阶段，下降速度很快，而在后期，则趋于平缓，渗透率由初始0.41×10-3 μm2降低为 0.016×10-3μm2，渗透率损害率高达96%。卸压阶段，随着围压的不断降低，渗透率有所增大，但增幅不明显，仅恢复到 0.11×10-3μm2，不可逆渗透率损害率为73%。

根据Ansoft计算结果，当槽满率为66.76%时，可选择线径为0.95 mm的漆包线，此时热负荷为116.9 ；当槽满率为70%时，可选择线径为0.98 mm的漆包线，此时热负荷为108.7 。对比可知，热负荷降低了7%。

  

图6 X-1井生产曲线图

5 结论

1）流动介质为氮气，流速对储层渗透率基本无伤害；流动介质为地层水，低阶煤储层存在流速敏感性，当渗流速度大于临界流速，储层渗透率有所下降。因此，排采作业时应严格控制排采速度，降低速敏对煤层气井的影响。

5个灰岩样各孔径阶段孔容所占总孔容的百分比均表现为微米孔孔容百分比最大，介于41.43 %～96.30 %，平均为81.05 %；亚微米孔孔容百分比大于纳米孔，前者介于3.70%～15.71%，平均8.74 %，后者介于0～35.71%，平均为7.14%。从研究区5个灰岩样品整体来看，灰岩层孔隙基本都为微米孔，亚微米孔所占比例很少，基质孔隙度介于1.59 %～2.54 %(表1)。

2）低阶煤储层具有强压力敏感性，随着净围压的不断增大，渗透率初期快速下降，之后趋于平缓，渗透率损害率高达90%以上；卸压后，渗透率有所增大，但不能恢复到初始水平，不可逆渗透率损害率达60%以上。

3）压敏产生的渗透率伤害在煤层气井排采过程中不可避免，为了降低其对煤层气井的影响，就必须遵循缓慢、连续、稳定降压的排采原则。

4）由于实验数据相对较少，对于整个井田而言，实验结果可能存在误差，建议在煤层气开发过程中多进行煤储层敏感性方面的实验研究，以便更好地指导生产。

参考文献：

［1］ 范耀.彬长矿区大佛寺井田煤层气直井排采制度优化［J］.煤炭技术，2015，34（11）：176-178.

［2］ 林柏泉，李庆钊，原德胜，等.彬长矿区低煤阶煤层气井的排采特征与井型优化［J］.煤炭学报，2015，40（1）：135-141.

［3］ 陈刚，秦勇，杨青，等.不同煤阶煤储层应力敏感性差异及其对煤层气产出的影响［J］.煤炭学报，2014，39（3）：504-509.

［4］ 白建平.高煤阶煤储层敏感性对煤层气井排采的影响［J］.煤炭科学技术，2014，42（12）：54-57.

［5］ 孟召平，侯泉林.煤储层应力敏感性及影响因素的试验分析［J］.煤炭学报，2012，37（3）：430-437.

［6］ 陈世达，汤达祯，高丽军，等.有效应力对高煤级煤储层渗透率的控制作用［J］.煤田地质与勘探，2017，45（4）：76-80.

［7］ 郭春华，周文，孙晗森，等.考虑应力敏感性的煤层气井排采特征［J］.煤田地质与勘探，2011，39（5）：27.

［8］ 陈振宏，王一兵，孙平.煤粉产出对高煤阶煤层气井产能的影响及其控制［J］.煤炭学报，2009，34（2）：229.

［9］ 张晓阳，吴财芳，刘强.基于排采速率的煤层气井排采制度研究［J］.煤炭科学技术，2015，43（5）：131-135.