煤层气产出过程渗透率变化与排采控制

　　本书以影响煤层气井产气的主要控制参数之一———渗透率为主线，系统分析了沁东南地区煤层气富集特征及其主控因素，渗透率特征及其主控因素，在此基础上划分了沁东南地区煤储层排采潜力类型。系统分析了不同储层类型下排采过程压力传递的主控因素，应用渗流理论得出不同储层类型下水压和气压的传播变化规律。根据煤层气井的生产特点，对排采阶段进行了重新划分。应用煤层气地质学、渗流力学、岩石力学、岩体力学等理论，构建了煤层气产出过程煤储层有效应力、基质变形及渗透率变化的数理模型，提出了“回升系数”的概念，量化了不同储层属性条件下渗透率变化规律的差异。根据排采过程中围岩含水层对煤层补给量的大小，提出了层状储层和块状储层的概念。充分考虑不同排采阶段引起渗透率变化的根本，构建了不同情况下合理排采工作制度的数理模型，提出了不同情况下合理排采工作制度制定的方法。本书所介绍的研究成果丰富了煤层气开发地质理论，对现场排采提供了重要的借鉴。本书可供从事煤层气地质及勘探开发领域的科研院所的科技人员、工程技术人员以及高年级本科生、研究生参考使用。

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第一章 绪论 1
第一节 研究意义 2
第二节 研究现状 4
一、煤储层富集高渗的研究现状 5
二、煤储层几何模型研究现状 7
三、煤层气产气潜力评价研究现状 10
四、煤层气井排采过程物性参数变化研究现状 11
五、煤层气垂直井排采控制研究现状 13
第三节 研究方案 15
一、主要研究内容 16
二、研究方法与技术路线 16
三、预期目标 17
第二章　沁东南地区煤层气富集特征及其控制作用 19
第一节 沁东南地区地层与含煤地层 19
一、沁东南地区主要地层 19
二、沁东南地区含煤地层与煤层 22
第二节 沁东南地区3# 煤层含气性特征 24
一、沁东南地区3# 煤层埋深变化特征 24
二、沁东南地区3# 煤层变质程度分布特征 25
三、沁东南地区3# 煤层厚度分布特征 25
四、沁东南地区3# 煤层含气量分布特征 25
五、沁东南地区3# 煤层资源丰度分布特征 27
第三节 沁东南地区3# 煤层煤层气富集的控制作用及富集模式 27
一、埋藏史、热史及构造演化史对含气总格局的控制作用 28
二、水动力环境对煤层气富集的再分配作用 33
三、沁东南地区煤层气富集模式 36
第三章　沁东南地区煤储层渗透率特征及其控制作用39
第一节 沁东南地区煤储层孔隙结构特征 39
一、煤储层孔隙结构研究的主要方法 39
二、沁东南地区孔隙结构特征 44
三、沁东南地区孔径分布的分形特征 50
第二节 沁东南地区煤储层裂隙结构特征 52
一、煤储层裂隙结构研究的常用方法 52
二、沁东南地区煤储层裂隙结构特征 53
第三节 沁东南地区煤储层渗透性特征 59
一、沁东南地区煤体结构分布特征 59
二、沁东南地区煤储层渗透率特征 68
第四节 沁东南地区煤储层渗透率的主控因素 70
一、埋藏史、构造史对煤储层渗透率的影响 70
二、应力-应变-渗透率与煤体结构的关系 73
三、沁东南地区煤储层渗透率的主控因素 78
第四章　沁东南地区煤储层排采潜力类型及排采阶段划分 79
第一节 煤储层排采潜力等级划分思路及指标确定 79
一、煤储层排采潜力类型划分的基本思路 79
二、煤储层排采潜力类型划分关键指标的确定 80
第二节 研究区煤储层排采潜力类型划分 81
一、研究区煤层气富集等级划分 82
二、研究区煤储层能量等级划分 83
三、研究区煤储层导流能力强弱等级划分 86
四、研究区煤储层排采潜力类型划分 87
五、研究区煤储层改造工艺选型 88
第三节 煤层气的产出过程 89
第四节 煤层气井排采阶段划分 91
一、基于流态的煤层气直井排采阶段划分 92
二、基于现场生产特点的煤层气直井排采阶段划分 93
第五节 煤层气井排采过程中压力传播变化规律 94
一、煤层气井排采时边界确定原则 95
二、水力压裂时的裂缝形态 96
三、排采过程中压力传递变化规律 99
第五章　煤层气直井产出过程有效应力变化规律 108
第一节 原始状态下煤储层有效应力变化的数理模型 108
一、煤储层几何概念模型 109
二、煤储层有效应力系数的表征 109
三、原始状态下煤储层有效应力变化的数理模型 111
第二节 排采过程中煤储层有效应力变化的数理模型 113
一、单相水流阶段煤储层有效应力变化的数理模型 114
二、气/水两相流阶段煤储层有效应力变化的数理模型 118
第三节 沁东南地区煤层气直井产出过程储层有效应力变化规律 122
一、煤储层所受有效应力数理模型验算 122
二、不同煤储层参数下有效应力变化规律 124
三、产出过程储层所受有效应力的变化规律 129
第六章　沁东南地区煤层气直井排采过程煤储层基质应变特征 135
第一节 排采过程煤基质应变变化数理模型构建的基本思路 135
第二节 排采过程中煤体力学主要参数变化规律 136
一、排采过程中煤体、基质弹性模量变化的数理模型 136
二、煤储层力学性质变化验算 137
三、原始状态下煤体力学主要参数变化规律 138
四、排采过程中煤体力学主要参数的变化规律 145
第三节 排采过程中煤体基质变形数理模型 148
一、单相水流阶段煤基质变形的数理模型 148
二、气/水两相流阶段基质变形数理模型 151
第四节 沁东南地区煤层气井产出过程煤储层应变特征 156
一、煤体基质变形数理模型验算 156
二、不同煤储层参数下解吸变形变化规律 157
三、沁东南地区煤层气井产出过程储层变形特征 161
第七章　沁东南地区煤层气直井产出过程储层渗透率变化规律 168
第一节 排采过程中煤储层渗透率变化数理模型 168
一、单相水流阶段煤储层渗透率变化数理模型 169
二、气/水两相流阶段煤储层渗透率变化数理模型 170
第二节 沁东南地区煤层气井产出过程储层渗透率变化规律 171
一、煤储层渗透率变化数理模型验算 171
二、原始状态下不同储层参数下渗透率变化规律 173
三、排采过程中煤储层渗透率的动态变化规律 182
四、不同储层条件下渗透率变化规律的差异 185
第八章　沁东南地区煤层气直井的排采控制 195
第一节 煤层气直井的排采特点 195
第二节 煤层气直井的排采系统及施工 196
第三节 煤层气直井排采对产能的影响及控制参数 200
一、排采工作制度制定的基本原则 200
二、排采效果的主要影响因素 201
三、排采时需要控制的参数 202
第四节 不同排采储层类型煤层气直井排采工作制度制定 203
一、中-高渗中硬煤层状储层排采工作制度制定 203
二、低渗软煤层状储层排采动态变化特征 217
三、中-高渗中硬块状储层排采动态变化特征 223
四、低渗软煤块状储层排采动态变化特征 227
第五节 不同排采储层类型煤层气直井典型排采曲线 228
一、中-高渗中硬煤层状储层典型排采曲线分析 228
二、低渗软煤层状储层典型排采曲线分析 232
三、中-高渗中硬煤块状储层典型排采曲线分析 236
四、低渗软煤块状储层典型排采曲线分析 241
参考文献 247