考慮煤粉堵塞影響的煤儲層滲透率模型及其應(yīng)用

石軍太 吳嘉儀 房燁欣 魯家國侯晨虹 李相方 張遂安 熊先鉞

1. 中國石油大學(xué)（北京）煤層氣研究中心 2. 油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室g中國石油大學(xué)（北京）3. 中海石油氣電集團(tuán)有限責(zé)任公司 4. 中石油煤層氣有限責(zé)任公司

0 引言

煤儲層滲透率是影響煤層氣井產(chǎn)能的關(guān)鍵因素之一，是開展煤層氣藏數(shù)值模擬、氣井生產(chǎn)動態(tài)分析和排采制度設(shè)計的基礎(chǔ)。隨著煤層氣井排采的進(jìn)行，煤儲層滲透率將發(fā)生變化，其數(shù)值主要受應(yīng)力敏感[1-4]、基質(zhì)收縮[5-6]、氣體滑脫[4,7-9]以及產(chǎn)出的煤粉堵塞滲流通道[10]等因素的影響。目前，應(yīng)用最廣泛的煤儲層滲透率模型是綜合考慮基質(zhì)收縮與應(yīng)力敏感效應(yīng)的Palmer-Mansoori模型[11-12]；另外，還有學(xué)者通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)[13]、理論推導(dǎo)[14-16]、生產(chǎn)數(shù)據(jù)反推[17]等方法，建立了考慮兩個或者三個影響因素的煤儲層滲透率數(shù)學(xué)模型。但是，上述模型均沒有考慮產(chǎn)出的煤粉堵塞滲流通道對煤儲層滲透率的影響。

我國部分煤層氣藏地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，原生結(jié)構(gòu)受到的破壞相對嚴(yán)重，且煤巖膠結(jié)性較差。因此在煤層氣的生產(chǎn)過程中極易發(fā)生煤巖破碎，造成嚴(yán)重的煤粉產(chǎn)出問題。大量煤粉隨流體在煤層裂隙中運(yùn)移，并發(fā)生沉降與聚集[18]，最終堵塞滲流通道，極大降低了儲層滲透率，進(jìn)而影響煤層氣井的產(chǎn)能。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者通過對煤層氣生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)，結(jié)合理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)分析等手段，對煤粉的產(chǎn)出機(jī)理[19-22]、運(yùn)移特征[23-24]、產(chǎn)出規(guī)律[25]及防治措施[26-27]等方面開展了深入的研究。李仰民等[28]從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，將煤層氣井排采過程中儲層的傷害類型劃分為煤粉堵塞、地層氣鎖及應(yīng)力閉合3種，并指出煤粉堵塞是最主要的儲層傷害類型。魏迎春等[25]對韓城區(qū)塊煤粉產(chǎn)出特征進(jìn)行了觀測與分析，認(rèn)為煤粉的產(chǎn)生普遍存在于煤層氣井排采過程中，尤其在排釆初期和產(chǎn)氣量快速上升期。白建梅等[22]認(rèn)為，現(xiàn)場產(chǎn)出的煤粉主要有煤巖中的固有煤粉、機(jī)械破壞產(chǎn)生的煤粉、氣液沖刷產(chǎn)生的煤粉和應(yīng)力改變引起煤巖破壞產(chǎn)生的煤粉4種。王旱祥等[29]和蘭文劍[30]利用巖層破壞和地層出砂理論，對煤層氣井排采過程中煤層被破壞的機(jī)理進(jìn)行了探討，認(rèn)為煤粉產(chǎn)生的機(jī)理包括壓實(shí)破壞、剪切破壞和滑移破壞3種，煤粉的產(chǎn)出與生產(chǎn)壓差或抽排速度密切相關(guān)，較低的排采速度可以降低煤粉對煤儲層滲透率的傷害。還有不少學(xué)者針對煤儲層速敏傷害機(jī)理開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究[31-34]，如Huang等[34]開展了單相水流動條件下煤粉的啟動運(yùn)移實(shí)驗(yàn)，對裂縫內(nèi)煤粉的產(chǎn)出規(guī)律進(jìn)行了研究。

前人雖然對煤粉產(chǎn)出機(jī)理進(jìn)行了研究，建立了煤粉啟動運(yùn)移模型，但由于忽略了真實(shí)煤粉顆粒形狀不規(guī)則、分布不均勻等特征，在現(xiàn)場進(jìn)行應(yīng)用時部分模型的預(yù)測結(jié)果與實(shí)際情況差異較大，還有部分模型由于求解較困難，使其在現(xiàn)場推廣應(yīng)用時面臨困難；而且上述模型均未考慮流速的直接影響，但該因素對煤粉的產(chǎn)出影響較大。為此，筆者建立了考慮煤粉堵塞影響的煤儲層滲透率模型，然后基于該模型對前人開展的室內(nèi)煤樣速敏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了曲線擬合，求得各煤樣的滲透率模型；在此基礎(chǔ)上，將建立的煤儲層滲透率模型引入到前期編制的煤層氣井動態(tài)分析軟件中，并進(jìn)行了兩口煤層氣井的生產(chǎn)歷史擬合；以其中一口煤層氣井W1的擬合結(jié)果為基準(zhǔn)，研究了煤粉堵塞參數(shù)對煤儲層滲透率及煤層氣井生產(chǎn)動態(tài)的影響。以期為煤層氣井的產(chǎn)能預(yù)測和合理排采制度的確定提供理論支撐。

1 煤粉對煤儲層滲透率的影響

1.1 煤粉產(chǎn)出、堵塞滲流通道的機(jī)理

煤層中產(chǎn)出的煤粉來源于煤層固有煤粉（煤巖中含有黏土礦物，其抗拉、抗壓強(qiáng)度低，在地層流體沖刷作用及構(gòu)造變形影響下將產(chǎn)生）和次生煤粉（在機(jī)械破壞、排采降壓等工程因素誘導(dǎo)下形成）[10,22]。固有煤粉和次生煤粉在地層水的作用下運(yùn)移至割理裂隙，最終被攜帶出井筒，或者在煤儲層中發(fā)生聚集、沉降，進(jìn)而導(dǎo)致滲流通道被堵塞。

煤儲層儲集空間是典型的雙重介質(zhì)孔隙系統(tǒng)，既有基質(zhì)孔隙又有割理裂隙[35-37]，如圖1-a所示。煤層氣未采出時，煤儲層割理裂隙充滿了地層水[38-41]，煤層氣主要以吸附態(tài)存在于基質(zhì)孔隙表面，煤層中的固有煤粉以及由于前期射孔、壓裂等工程措施而產(chǎn)生的少量次生煤粉附著于煤基質(zhì)表面，或者游離在裂隙水中，如圖1-b所示。

在煤層中流體被采出后，隨著流速的變化，煤巖基質(zhì)塊和煤粉顆粒的受力情況發(fā)生改變，從而導(dǎo)致煤粉的產(chǎn)生與運(yùn)移。針對煤儲層中流體，存在著煤粉臨界產(chǎn)出流速和煤粉臨界堵塞流速。當(dāng)流體速度較小時，煤粉顆粒所受拖曳力相對較小，附著的固有煤粉和少量次生煤粉不會脫落。隨著生產(chǎn)壓差增大，流體速度增大，當(dāng)其大于煤粉臨界產(chǎn)出流速時，煤粉受到的流體拖曳力大于其與煤巖基質(zhì)塊之間的黏附力，此時基質(zhì)塊表面附著的煤粉顆粒將脫落；同時，巖石因拉伸作用可能會產(chǎn)生破碎，進(jìn)一步生成次生煤粉，如圖1-c所示；這部分煤粉隨著流體在儲層滲流通道中運(yùn)移，并被攜帶出井筒。若流體速度進(jìn)一步增大，當(dāng)其大于煤粉臨界堵塞流速時，儲層巖石在拖曳力和拉伸應(yīng)力的雙重作用下發(fā)生更嚴(yán)重的破碎，從而產(chǎn)生大量次生煤粉，如圖1-d所示，由于大量煤粉在割理裂隙中聚集、沉降，使裂隙被堵塞，即發(fā)生煤粉堵塞現(xiàn)象。

圖1 煤粉產(chǎn)出與堵塞滲流通道示意圖

1.2 煤儲層滲透率隨流體流速的變化規(guī)律

根據(jù)煤粉產(chǎn)出、堵塞滲流通道的機(jī)理，將煤儲層滲透率隨流體流速的變化過程劃分為3個階段，分別為滲透率穩(wěn)定、上升和下降階段，如圖2所示，圖中K表示煤儲層滲透率，Kmax表示煤儲層最大滲透率，v表示流體流速，vcr1表示煤粉臨界產(chǎn)出流速，vcr2表示煤粉臨界堵塞流速，階段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別對應(yīng)滲透率穩(wěn)定、上升和下降階段。

圖2 煤儲層K—v關(guān)系示意圖

1.2.1 滲透率穩(wěn)定階段

當(dāng)流體速度小于vcr1時，煤層固有煤粉不脫落，且無次生煤粉產(chǎn)生，因此，此階段煤儲層滲透率隨流速的增加基本不變。

1.2.2 滲透率增加階段

當(dāng)流體速度介于vcr1和vcr2之間時，煤層固有煤粉將脫落，同時部分煤巖基質(zhì)塊發(fā)生破碎，產(chǎn)出少量次生煤粉。這部分煤粉隨流體在儲層滲流通道中運(yùn)移，并被攜帶出井筒，由于該過程對于流體滲流通道具有疏通作用，從而使煤儲層滲透率呈上升趨勢。

1.2.3 滲透率下降階段

當(dāng)流體速度大于vcr2時，煤儲層巖石發(fā)生嚴(yán)重破壞，大量次生煤粉將產(chǎn)生。由于大量煤粉在水中聚集、沉降，割理裂隙被堵塞，進(jìn)而導(dǎo)致煤儲層滲透率降低。

不同地區(qū)煤樣的流速敏感性評價實(shí)驗(yàn)[42-45]也表明煤儲層滲透率隨流速的變化規(guī)律與圖2中曲線的變化趨勢比較吻合。值得注意的是，滲透率增加階段流速的變化范圍相對較小，并且滲透率的增加不明顯，而在滲透率下降階段，流體流速越大，煤粉堵塞滲流通道的現(xiàn)象越嚴(yán)重，滲透率受損害的程度也越大。為此，筆者此次主要針對滲透率下降階段，研究煤粉堵塞對煤儲層滲透率的影響。

2 考慮煤粉堵塞影響的煤儲層滲透率模型

2.1 模型的建立

針對流體的流動速度（v）大于vcr2以后的煤儲層滲透率下降階段（階段Ⅲ），定義滲透率損害率（D），即

式中Kmax表示煤巖最大滲透率，mD；K表示不同v對應(yīng)的滲透率，mD。

分析滲透率損害率（D）隨相對流速（v-vcr2）的變化規(guī)律，如圖3所示，當(dāng)v大于vcr2以后，將發(fā)生煤粉堵塞現(xiàn)象，使得K逐漸下降，D逐漸增大，且隨著相對流速的增加，D的變化趨勢呈現(xiàn)先快速上升、后逐漸趨于平緩的特點(diǎn)。

上述變化規(guī)律可以借鑒Langmuir方程的形式來進(jìn)行表征，并引入了滲透率損害率指數(shù)（n），如式（2）所示。筆者將vcr2、Dmax、v0.5及n四個參數(shù)稱為煤粉堵塞參數(shù)。

圖3 煤儲層D與相對流速（v-vcr2）關(guān)系示意圖

式中Dmax表示理論最大滲透率損害率；v表示流速，cm/s；vcr2表示實(shí)驗(yàn)中與Kmax對應(yīng)的流速，cm/s；v0.5表示0.5Dmax對應(yīng)的相對流速，cm/s；n表示滲透率損害率指數(shù)，無因次。

聯(lián)立式（1）、（2），得到滲透率在下降階段的計算式，即

定義無因次速度，其計算式為：

則式（2）變形為：

2.2 煤粉堵塞參數(shù)的確定

將式（2）作如下變形：

然后，設(shè)置中間變量M、N，則式（6）轉(zhuǎn)變?yōu)槭剑?），即

其中

首先，根據(jù)煤樣速敏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定vcr2；然后，假設(shè)一個n的初值，并計算相應(yīng)的的關(guān)系曲線進(jìn)行線性擬合，同時在一定范圍內(nèi)調(diào)整n，使擬合誤差盡量小。

利用擬合直線的斜率（M）和截距（N），計算得到Dmax和v0.5，如式 （8）、（9）所示，然后代入式（3），則可以得到滲透率（K）下降階段的計算式。

3 模型的驗(yàn)證

3.1 不同區(qū)塊煤樣的速敏實(shí)驗(yàn)

基于前人取得的煤樣速敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果[42-46]，分析煤樣滲透率流體隨流速的變化規(guī)律，并確定vcr2。如圖4-a所示，6塊保德區(qū)塊煤樣發(fā)生速敏的臨界流量介于1～1.5 mL/min，其中BD-1、BD-2、BD-3、BD-4煤樣滲透率前期較穩(wěn)定、后期逐漸降低，BD-5、BD-6煤樣的滲透率前期小幅度升高而后逐漸降低。如圖4-b所示，沁水盆地QS-2、QS-4煤樣滲透率隨著流量增加而下降，且前期變化趨勢較陡，后期相對平緩；而ZZ-1、ZZ-2煤樣滲透率均隨流量的增加呈現(xiàn)先上升后降低的變化趨勢，兩個煤樣發(fā)生速敏的臨界流量為0.25 mL/min；當(dāng)流量小于1.0 mL/min時，XS-2煤樣滲透率隨流量增加而小幅上升，當(dāng)流量大于1.0 mL/min，煤樣滲透率隨流量增加而下降。如圖4-c所示，柳林區(qū)塊LL-4煤樣滲透率隨流速增加呈現(xiàn)上升—降低—穩(wěn)定的變化趨勢；該區(qū)塊LL-5煤樣滲透率隨流速增加則呈現(xiàn)先快速下降而后基本穩(wěn)定的變化趨勢。如圖4-d所示，黃隴煤田低階煤樣HL-1和HL-2的滲透率隨流速增加呈現(xiàn)上升—穩(wěn)定—下降的變化趨勢，且流速的變化范圍相對較小。

3.2 煤粉堵塞參數(shù)的擬合與分析

根據(jù)上述煤樣滲透率隨流速或流量的變化趨勢可以看出，前期滲透率穩(wěn)定階段和滲透率增加階段出現(xiàn)在部分煤樣中，并且這兩個階段對應(yīng)的流速或流量的變化范圍相對較小，滲透率增加的幅度也相對較小；而滲透率下降階段普遍存在于各組煤樣的速敏實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，且多數(shù)煤樣滲透率下降的幅度都大于50%，說明煤粉堵塞對滲透率的影響更大。

圖4 不同區(qū)塊煤樣隨流量、流速變化曲線圖

基于本文所建立的模型，對各組煤樣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了曲線擬合（圖5），R2均超過95%（表1），模型計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本都吻合，證實(shí)所建立的滲透率模型可靠，可以較準(zhǔn)確地擬合煤樣滲透率隨流速增大而下降的變化趨勢。如表1所示，保德區(qū)塊BD-1、BD-2、BD-3、BD-4煤樣的vcr2相對較大，平均為0.126 cm/s，而Dmax較小，平均為65.87%，說明該區(qū)塊煤儲層滲透率受煤粉堵塞的影響相對較小；沁水盆地煤樣的vcr2小，平均為0.01 cm/s，而Dmax大，平均為82.48%，說明煤粉堵塞對于該盆地煤儲層滲透率的影響不可忽視；黃隴煤田煤樣的vcr2更小，平均僅為0.003 6 cm/s，說明該煤田煤儲層滲透率受煤粉堵塞的影響更大。

4 模型在煤層氣井生產(chǎn)歷史擬合中的應(yīng)用

為準(zhǔn)確擬合并預(yù)測煤層氣井的生產(chǎn)動態(tài)，前期已經(jīng)建立了綜合考慮應(yīng)力敏感效應(yīng)、基質(zhì)收縮效應(yīng)、裂縫中發(fā)生流體變質(zhì)量流以及裂縫導(dǎo)流能力遞減影響的壓裂直井產(chǎn)能方程，并借助MATLAB平臺編制了煤層氣井動態(tài)分析軟件[47]。筆者此次將建立的滲透率模型引入到該軟件中，然后用于煤層氣井生產(chǎn)歷史的擬合。

將煤層氣井的壓力數(shù)據(jù)輸入改進(jìn)的煤層氣井動態(tài)分析軟件，進(jìn)行煤層氣井生產(chǎn)歷史擬合，通過調(diào)整煤儲層物性參數(shù)和煤粉堵塞參數(shù)，使煤層氣井的生產(chǎn)歷史獲得較好的擬合效果，從而保證調(diào)整后的煤儲層物性參數(shù)和煤粉堵塞參數(shù)較可靠。

圖5 部分煤樣速敏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線擬合結(jié)果圖

表1 基于煤樣速敏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的煤粉堵塞參數(shù)表

以韓城區(qū)塊W1井和保德區(qū)塊W2井為例來展示考慮煤粉堵塞影響的煤層氣井生產(chǎn)歷史擬合結(jié)果。這兩口煤層氣井生產(chǎn)時間均在2 000 d左右。W1井在見套壓前和憋套壓階段水質(zhì)清澈，而在初產(chǎn)氣階段，水色變黑，大量煤粉產(chǎn)出，需要在歷史擬合過程中考慮煤粉的影響。W2井生產(chǎn)前期和中期產(chǎn)水量相對較高，水色基本為清，后期間歇出水，水色微黑—黑，說明同樣存在煤粉的問題。將這兩口井的實(shí)際井底流壓和套壓數(shù)據(jù)輸入編制的煤層氣井動態(tài)分析軟件，分別采用考慮和不考慮煤粉堵塞效應(yīng)的滲透率模型來擬合日產(chǎn)氣量，如圖6所示，若不考慮煤粉堵塞效應(yīng)的影響，在合理范圍內(nèi)多次調(diào)整煤儲層物性參數(shù)，擬合效果均不佳，而考慮煤粉堵塞效應(yīng)的影響后，擬合的日產(chǎn)氣、累計產(chǎn)氣曲線與實(shí)際產(chǎn)氣曲線基本吻合，進(jìn)而驗(yàn)證了本文所建立的考慮煤粉堵塞影響的煤儲層滲透率模型可靠。由于擬合過程中考慮了應(yīng)力敏感效應(yīng)，設(shè)置滲透率變化指數(shù)（單位孔隙壓力下的滲透率變化率）是煤巖有效孔隙體積壓縮系數(shù)的3倍，因此只需要對原始狀態(tài)下的滲透率進(jìn)行調(diào)整，擬合后確定的煤儲層參數(shù)和煤粉堵塞參數(shù)如表2所示。韓城區(qū)塊W1井的vcr2為2.0 m/d，遠(yuǎn)小于保德區(qū)塊W2井的vcr2（14.5 m/d），說明韓城區(qū)塊W1井的生產(chǎn)動態(tài)受煤粉堵塞的影響更嚴(yán)重。

5 煤粉堵塞參數(shù)對煤儲層滲透率及煤層氣井生產(chǎn)動態(tài)的影響

為了研究不同煤粉堵塞參數(shù)對煤儲層滲透率及煤層氣井生產(chǎn)動態(tài)的影響，以韓城區(qū)塊W1井生產(chǎn)歷史擬合后得到的儲層參數(shù)和4個煤粉堵塞參數(shù)為基礎(chǔ)，將煤粉堵塞參數(shù)值進(jìn)行上下浮動，各自再另取兩個數(shù)值（表3），然后對W1井的生產(chǎn)動態(tài)進(jìn)行模擬，模擬時間為3 000 d，對井底壓力（pw）的設(shè)置如圖7所示。

5.1 vcr2的影響

設(shè)置vcr2分別為0.5 m/d、2.0 m/d、20.0 m/d，其他3個參數(shù)Dmax、v0.5和n取W1井歷史擬合后的數(shù)值（Dmax取值為0.90，v0.5取值為5.0 m/d，n取值為1.2），不同vcr2下K—v的關(guān)系曲線如圖8-a所示，當(dāng)v大于vcr2后，K則開始下降，并且vcr2越小，K越容易受到煤粉堵塞的影響。對不同vcr2取值條件下W1井的生產(chǎn)動態(tài)進(jìn)行模擬，如圖8-b所示，vcr2越大，日產(chǎn)氣量峰值越高，累計產(chǎn)氣量越大。當(dāng)vcr2等于20.0 m/d時，煤層中流體流速超過該數(shù)值難，因此煤層中不易發(fā)生煤粉堵塞現(xiàn)象，煤儲層滲透率僅受到應(yīng)力敏感的影響而下降。vcr2等于0.5 m/d時，由于煤層中流體流速很容易超過該數(shù)值，大量煤粉產(chǎn)生，進(jìn)而堵塞滲流通道，造成滲透率下降嚴(yán)重，使得煤層氣井日產(chǎn)氣量峰值與累計產(chǎn)氣量大幅降低。W1井?dāng)M合后的vcr2等于2.0 m/d，臨界堵塞流速已較低，對應(yīng)的產(chǎn)氣曲線和滲透率變化曲線與vcr2等于0.5 m/d時很接近，說明該井的儲層滲透率很容易受到煤粉堵塞的影響。因此，對于vcr2較小的煤儲層，需特別注意控制排采速度，盡量減小煤粉堵塞滲流通道對煤儲層滲透率的傷害。

圖6 W1、W2井日產(chǎn)氣量、累計產(chǎn)氣量擬合結(jié)果圖

5.2 Dmax的影響

設(shè)置Dmax分別為0.50、0.90、0.99，其他3個參數(shù)vcr2、v0.5和n取W1井?dāng)M合后的數(shù)值（vcr2取值為2.0 m/d，v0.5取值為5.0 m/d，n取值為1.2），不同Dmax下K—v的關(guān)系曲線如圖9-a所示，整體表現(xiàn)為在v相同的情況下，Dmax越大，K越低。對不同Dmax取值條件下W1井的生產(chǎn)動態(tài)進(jìn)行模擬，如圖9-b所示，Dmax越大，日產(chǎn)氣量早期峰值越低，累計產(chǎn)氣量也越小。

5.3 v0.5的影響

設(shè)置v0.5分別為 1.0 m/d、5.0 m/d和 10.0 m/d，其他3個參數(shù)vcr2、Dmax和n取W1井?dāng)M合后的數(shù)值（vcr2取值為2.0 m/d，Dmax取值為0.90，n取值為1.2），不同v0.5下K—v的關(guān)系曲線如圖10-a所示，當(dāng)v大于vcr2（2.0 m/d）以后，在v相同的情況下，v0.5越小，K越低。因此，煤粉堵塞現(xiàn)象產(chǎn)生后，v0.5越小，煤儲層滲透率的下降程度越大，日產(chǎn)氣量早期峰值越低，累計產(chǎn)氣量也越小（圖10-b）。W1井?dāng)M合后的v0.5等于5.0 m/d，其對應(yīng)的滲透率變化曲線和產(chǎn)氣曲線介于v0.5等于1.0 m/d和10 m/d對應(yīng)曲線的中間偏上，說明受到煤粉堵塞影響之后，W1井滲透率下降的程度中等偏小，通過對該井的排采制度進(jìn)行及時調(diào)整，還可以進(jìn)一步減輕煤粉堵塞產(chǎn)生的不利影響。

5.4 n的影響

設(shè)置n分別為0.8、1.2和5.0，其他3個參數(shù)vcr2、Dmax和v0.5取W1井?dāng)M合后的數(shù)值（vcr2取值為2.0 m/d，Dmax取值為0.90，v0.5取值為5.0 m/d），不同n下K—v的關(guān)系曲線如圖11-a所示，n越大，煤層氣井在流體相對流速等于v0.5（對應(yīng)圖11-a中K—v關(guān)系曲線v等于7.0 m/d處）時滲透率下降得越急劇。對不同n取值條件下W1井的生產(chǎn)動態(tài)進(jìn)行模擬，如圖11-b所示，n越大，日產(chǎn)氣量、累計產(chǎn)氣量越小，產(chǎn)氣峰值出現(xiàn)的時間也越早。這是由于vcr2相同，則發(fā)生煤粉堵塞現(xiàn)象的時間一致，但是由于n越大，煤層氣井在流體相對流速等于v0.5時滲透率下降幅度越大，從而導(dǎo)致煤層氣井日產(chǎn)氣量遞減越早且越低，累計產(chǎn)氣量則越低。

表2 擬合后的煤儲層參數(shù)及煤粉堵塞參數(shù)統(tǒng)計表

表3 煤粉堵塞參數(shù)取值表

圖7 W1井pw變化曲線圖

6 結(jié)論

1）所建立的考慮煤粉堵塞影響的煤儲層滲透率模型包含了vcr2、Dmax、v0.5及n四個煤粉堵塞參數(shù)，可以定量描述煤儲層滲透率隨流體流速的變化，該模型可以嵌入到煤層氣數(shù)值模擬軟件或氣井動態(tài)分析軟件中，應(yīng)用范圍廣。

圖8 不同vcr2下煤儲層K—v及氣井日產(chǎn)氣量、累計產(chǎn)氣量變化曲線圖

2）通過對保德區(qū)塊、沁水盆地、柳林區(qū)塊、黃隴煤田15組煤樣的速敏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，結(jié)果顯示保德區(qū)塊煤儲層滲透率受煤粉堵塞的影響相對較小，而對于沁水盆地、黃隴煤田煤粉堵塞對煤儲層滲透率的影響不可忽視。

3）vcr2表征了煤儲層滲透率受煤粉堵塞影響的容易程度，Dmax、v0.5、n則分別表征煤粉堵塞影響下滲透率的最終損害程度、滲透率整體下降程度和0.5Dmax對應(yīng)的滲透率下降急劇程度。vcr2和v0.5越小、Dmax和n越大，煤粉堵塞對儲層滲透率的影響越顯著。

圖9 不同Dmax下煤儲層K—v及氣井日產(chǎn)氣量、累計產(chǎn)氣量變化曲線圖

圖10 不同v0.5下煤儲層K—v及氣井日產(chǎn)氣量、累計產(chǎn)氣量變化曲線圖

圖11 不同n下煤儲層K—v及氣井日產(chǎn)氣量、累計產(chǎn)氣量變化曲線圖

4）為減小煤粉堵塞對煤層氣井產(chǎn)能的不利影響，在排采過程中，尤其是產(chǎn)氣初期，要適當(dāng)減小生產(chǎn)壓差，以避免對煤儲層滲透率造成惡性傷害。