渗透率变化分析

1. 渗透率变化分析

1.围压稳定,改变驱替流速
根据实验监测数据可知(图5-23,图5-24,图5-25),在等围压、变流速实验条件下,随着驱替流速增大,煤岩渗透率有增大趋势,且流速越大,不同煤岩组分的3号煤、5号煤、11号煤渗透率变化趋势越接近;相同驱替流速条件下,3号煤、5号煤、11号煤的渗透率变化特征各异。低驱替流速条件下,11号煤的渗透率明显小于3号煤及5号煤,而随着驱替流速的提高,三种实验样品的渗透率均相应地增大,但11号煤的渗透率增大幅度大于3号煤及5号煤,至高驱替流速条件时,11号煤、3号煤及5号煤的渗透率几乎一致。11号煤的渗透率变化相对简单,首先为快速提升阶段,随后为平稳持续阶段,3号煤、5号煤的渗透率变化则相对复杂,实验过程中出现较大幅度的波动,驱替流速变大后,波动的起伏相对较弱。
初步分析认为:煤岩中黏土矿物可显著影响渗透率的变化。11号煤的黏土矿物含量最高,其黏滞吸附力最强,黏滞吸附作用会使分散的煤粉颗粒迅速聚合。同时黏土矿物在驱替液的冲蚀作用下容易从骨架颗粒上脱落,随驱替液易于迁移而产出,渗透率则迅速提升。3号煤、5号煤的黏土矿物含量较少,在围压稳定时,煤粉颗粒相对更分散,颗粒间结合力更小,驱替流速越小,煤粉的运移排出过程就越复杂,渗透率变化则会越无序(李小明等,2015)。

图5-23 不同煤岩组分的原生结构煤在5MPa-5mL/min条件下渗透率曲线


图5-24 不同煤岩组分的原生结构煤在5MPa-15mL/min条件下渗透率曲线


图5-25 不同煤岩组分的原生结构煤在5MPa-25mL/min条件下渗透率曲线

2.驱替流速稳定,改变围压
根据实验监测数据可知(图5-26,图5-27,图5-28),在等流速、变围压实验条件下,随着围压增大,煤岩渗透率均有所降低,不同煤岩组分的3号煤、5号煤、11号煤渗透率变化差异明显。11号煤的渗透率变化最小,其次是5号煤,渗透率变化最大的是3号煤。初步分析认为:煤岩中镜质组的易脆性影响渗透率的变化。围压的提高会造成性脆易碎的镜质组破裂,趋于碎屑、粉末状。这导致3号、5号煤形成了更多的煤粉颗粒。同时较少的黏土矿物含量无法有效地使煤粉颗粒聚合,导致煤粉整体运移缓慢,而后期煤粉排出增多未能疏通逐渐堵塞的有效导流裂缝,表现为渗透率持续降低。

图5-26 不同煤岩组分的原生结构煤在10mL/min-3MPa条件下渗透率曲线


图5-27 不同煤岩组分的原生结构煤在10mL/min-5MPa条件下渗透率曲线


图5-28 不同煤岩组分的原生结构煤在10mL/min-7MPa条件下渗透率曲线

综上所述,渗透率受煤岩中镜质组及黏土矿物含量的影响较大。其中11号煤的渗透率受驱替流速的影响最大,3号煤次之,5号煤最小;3号煤的渗透率受围压的影响最大,5号煤次之,11号煤最小。镜质组含量越多,产出煤粉受围压变化的影响越大;黏土矿物含量越多,产出煤粉受驱替流速变化的影响越大。因此,针对具有不同组分特征的煤储层,开采煤层气、控制煤粉产出需要采取合理的生产调控方案,尽量减轻、缓和煤储层压力波动,降低对煤储层的伤害(李小明等,2015)。

2. 渗透率变化分析

保持围压稳定,改变驱替流速的物理模拟实验中,驱替导流监测平台将对导流室内煤砖样渗透率进行实时记录。根据不同实验条件下所记录的数据绘制渗透率变化曲线(图5-9),由此可知,随着驱替流速的逐步增大,煤砖样的渗透率将会相应提高。分析认为,煤砖及支撑剂充填层受到驱替液的冲蚀作用,煤砖内部将会产生一定数量的煤粉颗粒。这些煤粉颗粒自煤砖骨架结构中脱落后,首先充填于支撑剂充填层的裂隙之中,此时,煤粉的存在会堵塞裂隙,降低其导流能力。而随着驱替的持续进行,堵塞在通道中的煤粉将会随驱替液从裂隙通道中排出,扩大有效裂隙通道的展布空间,进而提高渗透率(曹代勇等,2013,姚征,2013)。

图5-9 围压稳定、改变驱替流速实验中渗透率的变化

① 1D(达西)≈0.987×10-12m2。

3. 渗透率变化分析

研究煤体结构差异性对煤粉产出渗透率的影响,需在相同实验条件下分析同一煤层的不同煤体结构煤样产出煤粉过程中渗透率变化的异同。以3号原生结构煤和碎粒煤在10mL/min-3MPa条件下的实验为例,分析不同煤体结构煤样在煤粉产出过程中渗透率的变化规律。

图5-41 3号原生结构煤与碎粒煤在10mL/min-3MPa下产出煤粉渗透率对比图

从图5-41可以看出,3号原生结构煤和碎粒煤在产出煤粉的过程中渗透率分布曲线都呈现出前期逐渐增大,后期趋于稳定的现象,碎粒煤渗透率最终稳定在0.06mD,而原生结构煤渗透率值则稳定在0.20mD,原生结构煤实验渗透率值远大于碎粒煤。分析认为,原生结构煤受构造作用影响较小,煤层内部孔隙结构相对完整,原生煤粉颗粒粒径偏小,易随驱替液排出,煤粉产出渗透率值较大;而碎粒煤受构造作用影响较大,煤层内部破碎严重,孔隙裂隙相对狭窄,造成煤粉产出过程中的渗透率比原生结构煤更低(王孝亮,2014)。

4. 渗透率的有效渗透率

英文：effective permeability定义：在非饱和水流运动条件下的多孔介质的渗透率。多相流体在多孔介质中渗流时，其中某一项流体的渗透率叫该项流体的有效渗透率，又叫相渗透率。

5. 渗透率预测

渗透率反映流体在岩石中运移的难易程度，大量的统计资料表明，渗透率K与孔隙度φ存在很大的相关度，所以目前常利用渗透率与孔隙度的统计关系来估算渗透率。从图4.4的拟合关系可以看出渗透率与孔隙度的回归关系如下

煤田3D3C地震勘探研究：以淮南顾桥煤矿为例

相关系数能够达到0.854，将图4.3的孔隙度剖面进一步换算成图4.5的渗透率剖面。

图4.4 渗透率剖面


图4.5 渗透率剖面（单位：10-3μm2）

6. 渗透率的简介

岩石渗透性的好坏，以渗透率的数值大小来表示，有绝对渗透率、有效渗透率和相对渗透率三种表示方式。

7. 渗透率的定义

8. 相对渗透率的介绍

某一相流体的相对渗透率是指该相流体的有效渗透率与绝对渗透率的比值。当岩石为油水两相流体饱和时，油水两相流体的相对渗透率为：Kro =Ko/K式中 Kro  ,Krw为油水相对渗透率，无量纲。