第五章-煤层气储层压力、吸附、解吸特征

第五章煤储层压力及吸附/解吸特征第一节煤储层压力第二节煤储层的吸附特征第三节等温吸附曲线的应用第四节影响煤的吸附性因素第五节煤储层的解吸特征第一节煤储层压力一、定义指作用于煤孔隙—裂隙空间上的流体压力（包括水压和气压），故又称为孔隙流体压力。1、开放体系储层压力等于静水压力2、封闭体系储层压力等于上覆岩层压力3、半封闭体系上覆岩层压力由储层内孔隙流体和煤基质块共同承担二、储层压力状态压力系数：即实测储层压力与同深度静水压力之比，%①超压：压力系数1，压力梯度0.98MPa/100m；②正常压力：压力系数=1，压力梯度=0.98MPa/100m；③欠压：压力系数1，压力梯度0.98MPa/100m。我国三十二个矿区煤层气试井结果表明，各煤级煤储层超压状态占33.2%，正常压力状态占21.9%，欠压状态占45.3%，各煤级煤储层中三种状态均有分布，其中中煤级煤储层大多处于欠压状态。超压——煤层气井喷三、储层压力的地质控制1、埋深y=0.0114x-1.4369r=0.82142345678910111250060070080090010001100煤层埋深／m储层压力/MPa线性(实测压力)线性(正常压力)2、地应力P=Gp·HP—储层压力，MPa；Gp—压力梯度（单位垂深内的储层压力增量），MPa/100m；H—煤层中心埋藏深度，m=h·Gw—视储层压力，MPaGw—静水压力梯度；0.98MPa/100m（淡水）；0.98MPa/100m（咸水）h—煤层中点处水头深度，mpp3、水文地质开放体系4、煤层气（瓦斯）压力煤层气（瓦斯）压力是指在煤田勘探钻孔或煤矿矿井中测得的煤层孔隙中的气体压力。煤储层试井测的储层压力是水压，二者的测试条件和测试方法明显不同。煤储层压力是水压与气压的总和，在封闭体系中，储层压力中水压等于气压；在开放体系中，储层压力等于水压与气压之和。吸附方式：物理吸附，范德华力吸附模型：单层吸附，多层吸附，容积充填理论一、朗格缪尔理论第二节煤储层的吸附特征42号煤样012345678024681012p/MPaVL,daf/m3·t-130℃40℃50℃47号煤样024681012024681012p/MPaVL,daf/m3·t-130℃40℃50℃LLmpppVbpabpbpbpVV11VL或Vm或a—最大吸附量；VL、PL——朗格缪尔体积和压力，PL等于1／b二、平衡水等温吸附实验IS-100型气体等温吸附/解吸仪数据采集系统恒温水浴煤样过滤器温度探头压力传感器到色谱仪氦或甲烷气源加湿器水浴温度显示器CDAFvBScT四、多相介质煤岩体的吸附特征（一）气相多组分吸附特征0612182430p/MPa241680Q/cm3·g-1N2CH4+N2CH4CH4+CO2+N2CH4+CO2CO2（二）多相介质的吸附特征1、煤对水和单组分气体CH4的吸附0246810121401234567p/MPaVL,daf/m3t-1Mad=0.00%Mad=0.56%Mad=1.26%Mad=2.08%Mad=2.66%Mad=5.10%2、平衡水条件下煤对CH4的吸附特征y1=7.9593x+3.9913r=0.89y2=-6.5863x+61.122r=0.9705101520253035400123456789Ro，max／％VL,daf／m3.t-1第三节等温吸附曲线的应用一、理论饱和度或实测饱和度含气饱和度是指煤储层在原位温度、压力、水分含量等储层条件下，煤层含气总量与总容气能力的比值。理论饱和度:实际含气量与兰氏体积之比值S理=V实/VLS理—理论饱和度，%；V实—实测含气量，m3/t；padpad吸附等温线:V=ＶＬＰＬ/（P+ＰＬ）Ｖ/Ｐ＝Ｖ/ＰＬ＋ＶＬ/ＰＬ实测饱和度:实测含气量与实测储层压力投影到吸附等温线上所对应的理论含气量的比值。S实=V实/VV=VLP/(P+PL)V实—实测甲烷含量；S实—含气饱和度。V—理论含气量，m3/tVL—Langmuir体积，m3/t；PL—Langmuir压力，MPa；；P—煤储层压力，MPa；吸附状态：过饱和，饱和，欠饱和二、临界解吸压力临界解吸压力：指在等温曲线上煤样实测含气量所对应的压力。临储压力比：临界解吸压力与储层压力之比。三、理论采收率Pad—枯竭压力（据美国的经验可降至的最低储层压力为100磅/平方英寸，约为0.7MPa））实实VVPVPLLcd)()(1adLcdcdLadPPPPPP第四章煤储层的解吸特征一、解吸量与解吸率解吸率：损失气量与解吸气量之和与总气量之百分比。解吸量：损失气量与现场两小时解吸气量之和，即解吸率与该深度下实际含气量的乘积。二、吸附时间定义为实测解吸气体体积累计达到总解吸气量（STP：标准温度、压力）的63%时所对应的时间。吸附时间与产能达到高峰的时间有关，与煤层气长期的产能关系不密切。吸附时间短，则煤层气井有可能在短期内达到产能高峰，有利于缩短开发周期，但不利于气井的长期稳产。解吸量（cm3/g）矿区地层时代煤层编号反射率（%）V1+V2总量解吸率（%）样本数铁法K1120.561.965.2337.5123辽河E0.541.787.8622.62靖远J1+20.921.906.3829.842窑街J1+2煤1,20.640.394.269.103P132.125.629.6754.01韩城C2112.282.374.3959.02P213-10.871.595.4029.412淮南新集P111-21.041.435.1527.814徐州P221.161.364.8228.216峰峰P122.262.936.5344.96P131.864.4812.5135.861潞安C2151.923.9611.8133.514P134.353.7914.2426.6105晋城C2154.327.0518.4638.290P121.431.235.6022.04霍州C2101.531.465.0029.24P29JM,SM5.7610.8253.25恩洪P215JM5.5910.6352.69我国部分矿区煤层甲烷平均解吸量统计结果28.527.638.436.238.149.101020304050603004005006007008003＃埋深/m3＃解吸率/%33.737.739.633.736.638.63032343638404230040050060070080015＃埋深/m15＃解吸率/%沁水盆地中南部解吸率与煤层埋深的关系东北铁法和西北宝积山等中生界煤储层埋深增大，煤层甲烷解吸率却有降低的明显趋势，最佳解吸深度在400~600m之间。由此来看，不同地区和不同时代煤储层甲烷解吸率与埋深之间关系往往大相径庭。表4-7我国部分煤储层吸附时间统计表（据叶建平，有补充）矿区孔号煤层编号埋深/m反射率/%吸附时间/d矿区孔号煤层编号埋深/m反射率/%吸附时间/d40.0425762.250.35~1.6160.13淑166482.270.3870.0427811.270.06~1.5680.13~0.67峰峰龙148161.280.6390.04~1.20二111060.950.5411-28791.040.04平顶山1511三9-109190.822~3谢李G113-18080.890.04~1.50大城大参1411901.090.74810461.291.5036021.740.88~1.0811-29601.140.19~1.80韩城HS3116801.800.33谢李G213-18871.020.25~0.5034371.981潘集G113-16910.770.12~4.60阳泉寿阳HG6155542.129310120.800.63~4.583516.53.1628.66~19.76淮南潘集G213-16950.800.75~2.70晋城枣圆FZ00115630.53.0811.72~2.51淮北CQ37、95600.8433382.52.86~5.68焦作CQ6二18003.270.41晋城CQ915291.53.34~9.58三、解吸速率解吸速率定义为单位时间内的解吸气量。它受控于煤的组成、煤基块大小、煤化程度及煤的破碎程度。自然解吸条件下解吸速率总体表现为快速下降，但初始存在一个加速过程，中间可能受煤孔径结构的影响，解吸速率出现跳跃性变化。储层条件下的解吸速率因压降不同将变得更加复杂。晋城枣园煤层：3号采样深度：513.61~514.01m储层温度：23ºC解吸温度：22~25ºC样品暴露时间：9min损失量:524.87ml解吸气量:17037.28ml残余量：1643.55ml样品重量：1720g吸附时间：8.36d01234567891011121314151617181920210.0010.010.1110100时间/d解吸速率(ml/min)