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摘要：煤层气储层具有低渗透裂缝性的特征，压力敏感性强，钻井过程中很容易造成储层损害。结合山西沁水盆地某区块的煤心，分别开展了煤岩受围压条件下的压力敏感性实验研究，分析了煤岩渗透率随围压的变化规律，认为围压增大会导致煤岩裂缝宽度变小，造成煤层气储层渗透率降低，该结论对于煤层气储层钻完井方案设计和储层保护均具有重要的实际意义。
关键词：围压；孔隙压力；渗透率
世界范围内煤层气储层普遍具有低渗透裂缝性特征，必须经过水力压裂等增产措施才能获得工业价值[1]。煤层气储层天然裂缝与割理系统十分发育，孔隙度、渗透率等物性参数对应力极为敏感[2]。因此，开展低渗透裂缝性煤层气储层的应力敏感性研究对于降低储层损害具有重要的实际意义。
1 低渗透裂缝性煤岩的应力敏感性研究
应力敏感性反映了岩石孔隙几何学及裂缝壁面形态对应力变化的响应程度。大量现场实践与室内试验研究表明，煤层气储层具有较强的应力敏感性[3]，当受到应力损害后，即使应力减小或撤去，其渗透率也难恢复至应力损害前的初始值。
1.1 实验过程
（1）选取直径3cm，长度5cm左右的煤心，采用劈缝的方法对煤样进行人工造缝，然后将煤样封裹好进行烘干，测气体渗透率，然后抽空饱和，测定其孔隙度。
（2）设定入口压力为1.0MPa，围压为2.0MPa，采用质量分数为1%的标准盐水作为实验驱替流体，测量煤样损害前的液体渗透率。
（3）保持入口压力为0.5MPa不变，缓慢增加围压，使煤样受到的净围压依次为3.0MPa，5.0MPa，7.0MPa，9.0MPa，11.0MPa，13MPa，15MPa，20MPa。
（4）在每个压力点测量液体的流量，直至流量稳定。
（5）缓慢减小围压，使净围压依次为15MPa，13MPa，11MPa，9.0MPa，7.0MPa，5.0MPa，3.0MPa.
（6）每个压力点持续2h后，测定岩样渗透率，所有压力点测完后实验结束。
1.2 实验结果
以净围压为横坐标，以煤岩的渗透率为纵坐标，绘制煤样应力敏感性曲线，如图1和图2所示。
1.3 实验分析
（1）由图1和图2可以看出，随着净围压增大，煤岩渗透率降低，这是由于净围压增大使煤样受到的有效应力增大，煤样受到压缩，孔隙和裂隙变小，微裂缝闭合，从而导致渗透率下降。
（2）当净围压从3.0MPa升高至20MPa时，1#和2#两块煤样的渗透率下降99%以上，说明该区块煤岩的应力敏感性极强。
（3）随着净围压的增加，初始阶段渗透率急剧下降，后期下降比较缓慢，直至趋于稳定，表明初始加压阶段，裂缝闭合较快，而当有效应力超过11MPa后，裂缝的闭合趋势减缓，且闭合后渗透率值远小于初始渗透率。
（4）煤样经加压-卸压过程后，渗透率无法恢复，表明受应力敏感性引起的渗透率下降具有不可逆性，煤岩受到了永久性的损害。
为了研究煤岩渗透率与净围压的内在关系，以净围压为横坐标，以加压过程中的煤岩渗透率为纵坐标绘制曲线（如图3和图4），运用Excel进行拟合回归，可得到煤岩渗透率与净围压的关系式。
拟合结果表明，煤样渗透率与净围压的变化关系均很好地满足了指数关系，且相关系数均大于0.99，说明该拟合函数能很好地反映渗透率的应力敏感性。
3. 结论
（1）煤岩具有极强的应力敏感性，当煤岩受到的应力增大时，渗透率降低很快，而且受应力敏感性引起的渗透率下降具有不可逆性，即使煤岩应力条件恢复至初始状态，其渗透率也不可恢复，容易造成煤岩永久性伤害。
（2）由于煤岩是基质孔隙-微裂缝型双重孔隙介质，煤岩渗透率受裂缝宽度的影响较大，煤层气钻采过程中应采取储层保护措施，预防裂缝闭合，降低储层损害。
参考文献
[1] 张亚蒲.煤层气增产技术[J].特种油气藏,2006,13( 1) : 95-98．
[2] Fatt I. Davis D H.,1952,Reduction in permeability with overburden pressure,Vol.12 No.4, Journal of Petroleum Technology,pp.34-41．
[3]Eric P. R., Richard L. C., 2008,A permeability model for coal and other fractured,sorptive-elastic media,Vol.13 No.3, Journal of SPE 104380,pp.314-324．
论文作者:高云伟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/13
标签：应力论文; 敏感性论文; 裂缝论文; 孔隙论文; 煤层气论文; 压力论文; 块煤论文; 《基层建设》2017年第22期论文;