1中国石化石油勘测劝诱接头院霸凌 拳交，北京

2页岩油气富集机理与有用劝诱国度重心实验室，北京

收稿日历：2021年2月12日；拜托日历：2021年3月18日；发布日历：2021年3月26日

摘录

本文基于现存的临界解吸压力谋略法子，对现在煤层气井在坐褥过程中常见到的表面谋略临界解吸压力与本质排采不吻合的景象深远分析原因。分析以为，临界解吸压力谋略过程中吸附解吸弧线及含气量测定成果与本质的缺陷偏激相互之间的不匹配性是临界解吸压力谋略出现缺陷的主要原因。关于吸附解吸弧线而言，现在的实验成果均是基于煤储层中不含液相水的前提，而本质储层富含液相水；关于含气量而言，由于煤岩发育的非均质性及连通性导致的测定含气量与本质含气量存在各异。终末基于纠正的临界解吸压力表面，沟通到现场参数赢得的难易进程，提议新的临界领路压力影响要素，并以本质煤层气藏为例进行分析。

环节词

临界解吸压力，吸附解吸弧线，含气量测定，液相水影响，连通性影响

Study on Influencing Factors and Error Analysis of Critical Desorption Pressure in Coal

Zeyang Peng1，2， Mingchuan Wang1，2， Tianyi Zhao1，2， Ting Lu1，2

1Sinopec Petroleum Exploration and Production Research Institute， Beijing

2State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development， Beijing

Received: Feb. 12th， 2021; accepted: Mar. 18th， 2021; published: Mar. 26th， 2021

ABSTRACT

Based on the existing calculation method of critical desorption pressure， the reason why the critical desorption pressure is not consistent with the actual production is analyzed. It is considered that the main reason for the errors in the calculation of the critical desorption pressure is the mismatch between the adsorption/desorption curve and the measured results of the gas content and the actual values. For the adsorption/desorption curve， the current experimental results are based on the premise that there is no liquid phase water in the coal reservoir， while the actual reservoir is rich in liquid phase water; for the gas content， the measured gas content is different from the actual gas content due to the heterogeneity and connectivity of coal and rock development. Finally， based on the improved critical desorption pressure theory， considering the difficulty of obtaining field parameters， a new influencing factor of critical desorption pressure is proposed and analyzed by taking actual coalbed methane reservoir as an example.

Keywords:Critical Desorption Pressure， Desorption Curve， Gas Content， Effect of Liquid Phase， Effect of Connectivity

Copyright © 2021 by author(s) and Hans Publishers Inc.

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1. 序文

现活着界上煤层气的探明储量有256.1 × 1012 m3，主要分散在苏联、北好意思和亚太地区。在2011年，民众煤层气产量朝上700 × 108 m3 [1]。但是，现在煤层气的劝诱过程中仍然存在好多问题，举例我国好多煤层气井产量远远低于预期；好意思国劝诱了多达17个盆地的煤层气，主要产气盆地仍然以圣胡安盆地和黑骁雄盆地为主，两者产量占总产量的80%以上 [2] [3]。形成这种问题的主要原因之一是煤层气与老例气藏不同，气体在储层中主要以吸附态存在于储层的微纳米孔隙中，为了更好地姿色煤储层私有的吸附特征，现场精深采选临界解吸压力姿色本质煤储层的吸附解吸才调及坐褥后劲。

煤层气储层的临界解吸压力是指解吸与吸附达到均衡时的压力，即在坐褥过程中，压力镌汰使储层中吸附在煤岩中的气体开动解吸时所对应的压力 [4]。关于地层压力大于临界解吸压力的煤层气藏，即不足够煤层气藏，只须在煤储层压力下落到临界解吸压力之后，吸附在煤基质中的煤层气才斡旋吸出来 [5]。因此，临界解吸压力参数的笃定，关于评价煤层气储层的劝诱后劲以及制定劝诱有计算皆是十分必要的 [6]。

但是，在本质坐褥应用过程中，大皆的实例标明表面谋略出的临界解吸压力与本质坐褥存在较大的缺陷。除了现在较为公认的工程上含气量测量法子的缺陷及本质临界解吸压力与现场见气对应压力间存在技巧差外 [7]，好多学者对此进行过更为深远的接头霸凌 拳交，程伟(2012) [8] 通过统计规则发现煤层气临界解吸压力表面值和本质产气压力及含气足够度存在正商量关系，何况储层压力越小，实测产气压力与储层压力的接近进程越高。田永东(2009) [9] 则通过拟合方程分袂谋略了诳骗等温吸附弧线和等温解吸弧线下的临界解吸压力，发现采选吸附等温弧线谋略的临界解吸压力苍劲于采选解吸等温弧线的谋略成果，差值可达采选吸附等温线谋略临界压力的33%。顾谦隆(2008) [10] 则通过煤储层非均质性出手证明了谋略缺陷，他以为在多煤层区，煤层气井大皆穿过多个煤层气储层或厚度较大的煤层气储层，调解进行夹杂排采，这本质上是把各个煤储层手脚是均匀的产气储层，这么谋略出的某一标的储层的临界解吸压力剖析是不相宜本质情况的。

不错看出，煤储层临界解吸压力谋略值缺陷的产生主要包括工程缺陷、临界吸附解吸弧线各异以及含气量测定缺陷三方面，但对产生原因的机理证明较少，由此在缔造拟合方程的时候在拟合参数的选拔上不具有劝服力。因此本文从机理上较为全面地分析煤储层临界解吸压力谋略缺陷产生的原因，并基于此给出临界解吸压力的影响要素。

2. 煤层气临界解吸压力获取口头

煤层气的临界解吸压力是指煤储层解吸与吸附达到均衡时所对应的压力，即压力镌汰使吸附在煤微孔隙名义上的气体开动解吸时的压力。一般而言，煤储层压力要大于临界解吸压力，跟着坐褥的进行，当煤储层压力下落到临界解吸压力之后，吸附在煤基质微纳米孔隙中的煤层气才调够被解吸出来。因此表面上临界解吸压力越高，开采煤层气时所需的降压幅度就越小，煤储层越容易发生解吸，也就越成心于开采。

现在，赢得临界解吸压力最常用的法子有两种，对坐褥井而言，工程上每每考取见气时或见气前一定技巧(每每为一天)时的地层压力为临界解吸压力，该法子为煤储层解吸的本质反馈，具有较高的精度，产生缺陷的原因每每是对地表见气与储层中开动解吸之间的技巧段的考取问题。但该法子仅能对坐褥还是见气的井进行分析，而在早期分析储层或单井开采价值、制定劝诱有计算的时候无法使用，此每每时采选第二种有计算。

第二种临界解吸压力的赢得法子是诳骗界说通过吸附等温弧线获取，即在吸附等温弧线上证据对应煤样的实测含气量及该煤层的原始地层压力，赢得该储层状况在吸附弧线上所对应点，则过该点分袂作念x轴和y轴坐标的平行线与吸附弧线的焦点即为储层的最大储气才调及储层的临界解吸压力，具体如图1所示。

图1. 临界解吸压力获取暗示图

现在已有大皆文件从统计的角度分析了等温吸附弧线及含气量与本质值存在缺陷的原因包括等温吸附实验缺陷、含气量测量缺陷、储层压力测量缺陷、储层夹杂排采影响四个方面，由于多煤层夹杂开采会极大增多数据治理难度，难以赢得接头煤层的精准压力、产量等参数，而压力测量缺陷难以幸免，且难以定量姿色，因此现在针对临界解吸压力的接头大多不沟通多煤层夹杂开采和压力测量缺陷的，一般以为赢得临界解吸压力的病笃参数主要有两个，一个是等温吸附弧线，另一个是原始储层含气量。这两个参数的准确性将平直影响最终赢得的临界解吸压力的精度。因此，本文将主要从机理方面启航，分析等温吸附弧线及原始储层含气量产生缺陷的原因。

3. 煤层气等温吸附解吸弧线旨趣偏激遐想性

沟通到实验的便捷性和可操作性，现在国表里每每采选容量法来测定煤岩的等温吸附弧线，其中我国具体的等温吸附实验经过主要采选基于好意思国材料与考研协会提议的轨范ASTM D-1412修改而成的GB/T19560 《煤的高压等温吸附实验法子——容量法》进行，其主要想路为诳骗真确气体状况方程和Langmuir方程来谋略各压力下的气体吸附量。

尽管早期大多采选干燥煤样进行实验，但在越来越多的学者意志到煤储层精深含水的特质后，越来越多的实验精深采选均衡水煤样进行等温吸附实验，即领先诳骗均衡水对煤样进行预治理，以更好的模拟煤层含水条目，之后再进行煤的等温吸附/解吸实验，获取等温吸附弧线。

沟通到均衡水煤样的治理法子是将煤样甩掉在底部装有足量的硫酸钾过足够溶液的密封装配中，待溶液上气体中的水蒸气分子与煤样中达到均衡时所赢得的，因此此时煤样中的水仍然所以气态水分子的姿色存在，其本体仍然是气相分子与煤岩固相颗粒之间的固–气界面吸附过程，证据固–气界面的吸附学表面 [11]，固–气吸附跟着压力的镌汰脱附出的气量与吸附气量相等，即吸附可逆，此时等温吸附弧线与等温解吸弧线相重合，因此在工程上每每采选Langmuir吸附弧线代替煤储层的等温解吸弧线。

但是，由于煤中庸俗存在着水相，在本质煤储层中部分原生孔内存在气相融化于液相中再与固相吸附的固–液吸附 [12] [13] [14] [15]，两者的各异如图2所示。

图2. 固–气界面与固–液界面吸附分子各异暗示图

由于固–液界面吸附对压力不解锐，而是压力通过溶液的浓度起作用。因此，当存在固–液界面吸附时，测定的吸附弧线将会与解弧线存在一定的各异。通过调研煤储层足够水条目下的降压解吸实验成果不错看出 [12]，关于固–液界面而言，尽管其吸附才调与固–气界面相似，但降压解吸率小于5%，因此本质煤储层中由于存在液相，会存在严重的滞后景象(图3)。

图3. 固–液界面吸附解吸实验数据图

因此，在沟通煤层气中的水相引起的固–液吸附解吸后，最终的解吸弧线将不再与吸附弧线重合，而是与含水密切商量，如图4所示。剖析，此时仍旧采选实验的吸附弧线进行临界解吸压力的谋略会存在较大缺陷。

图4. 煤储层不同含水对解吸的影响

剖析，在含气量保合手不变的情况下，储层含水孔隙越多，解吸弧线越向左移，最终赢得的临界解吸压力越小。

4. 煤层气含气量测量法子及缺陷分析

现在我国煤层气常用的含气量获取法子为基于GB/T 19559《煤层气含量测定法子》的现场含气量实验法，该法子测定的最终含气量不错证据开首分为三部分：耗费气、解吸气和残余气，如图5所示 [16]。

图5. 含气量笃定法子暗示图(据张金川)

其中，耗费气是指煤样被钻开至煤样被采出放入解吸罐这段功课技巧内所耗费的气量，每每诳骗功课技巧带入教育公式进行谋略。但是，现在国表里不同学者证据不同区块煤层气井的坐褥数据及室内考研数据，给出了多种千般的教育公式，采选不同的教育公式赢得的成果各异也相等大，举例采选较为常用的根号技巧法和幂函数法，所赢得的耗费气量的缺陷可能高达50%以上，如图6所示 [17]。

图6. 不同耗费气谋略法子谋略成果对比

关于解吸气而言，解吸气量的赢得是将样品放入解吸罐中，保证地表压力及储层温度条目所赢得的最终解吸气量，该法子天然还是尽可能的模拟了当地层压力下落至地表压力时的解吸过程，但是仍然存在如下问题：

① 测试压力太低，本质坐褥过程中由于井筒压力和回压等工程要素，储层压力不能能下落至地表压力；

② 取样过程中样品在井筒中存在温度的变化，由此形成的样品伤害是不能逆的，因此尽管样品在储层温度下恒温进行实验，仍然无法赢得样品本质的储层解吸过程；

③ 取样过程中不能幸免的存在水分的耗费或者侵入，而水分对吸附解吸的影响相等病笃。

关于残余气而言，残余气量的赢得是将解吸后的样品离散后再次放入解吸罐中进行测定。但是，从图7煤储层孔隙电镜相片和上文中煤地质的接头不错发现，煤岩中作为主要储气和产气开首的气孔，其自己连通性很差，大皆含气孔隙原来无法动用，而残余气使得大皆未连通的气孔中的气被产出，而这部分气本质是无法产出的，这大大增多了谋略含气量与本质含气量的各异。

图7. 煤储层孔隙特征

5. 现在临界解吸压力组合弧线缺陷要素评价

除了等温吸附解吸弧线及含气量测定法子与本质储层存在缺陷除外，两者之间也由于赢得口头、假定条目的各异在联立使用的时候也会出现不匹配的景象。

其中，吸附解吸弧线是在实验室条目下测得的，测定过程中孔隙内为单相气或含束缚水的遐想条目，测定的圭臬决定了其主要反馈的是岩心圭臬下煤岩的性质。

而原始含气量测定中耗费气的谋略采选的是在遐想条目下赢得的教育公式；解吸气的测定采选的是现场从地下取到大地的条目下测定的，尽管该条目与遐想条目和实验室条目比较更接近本质储层条目，但取样过程中气水两相的流失、温度和压力的变化皆会使其仍然与本质储层条目存在一定的各异；而残余气则是在遐想条目下针对煤样进行进一步离散所赢得的。抽象沟通原始含气量的测定过程，是教育公式、遐想条目与本质条目的复杂耦合成果，测定的圭臬相同是岩心圭臬下煤岩的性质。

而原始地层压力下的储层是一个三维的复杂渗流环境，储层极强的非均质性决定了吸附解吸弧线与含气量测定过程中采选的岩心圭臬在体现宏不雅储层时所产生的缺陷，而吸附解吸弧线与含气量测定过程中孔隙内遐想的气水分散状况在体现储层复杂的气液两相流分散及渗流时也例必会产生一定的缺陷。

6. 表面临界解吸压力影响要素明锐性分析

证据前文的分析，引起临界解吸压力表面谋略与本质存在缺陷的要素主要包括：由于煤储层含水导致的吸附弧线与解吸弧线不一致性，由于煤岩发育的非均质性及连通性导致的测定含气量与本质含气量存在各异。为了更进一步的分析各影响要素的明锐性，需要考取大概代表不同影响要素的储层参数。

在参数考取过程中，沟通到本质的工程应用，关于较难赢得的参数或现场很少进行测试的参数，举例煤储层的解吸参数或煤岩基质的含水足够度，即使该参数能更好的体现产生缺陷的影响要素，对应的分析成果具有更高的精度，其在本质坐褥中也很难取得本质应用。

因此抽象沟通临界解吸压力的影响要素及工程上参数赢得的精深进程，最终采选煤储层水分(M)以及热熟练度(Ro)作为最终的影响要素经营，两者不仅姿色了储层煤岩的基础性质和含水才调，同期在实验室岩心分析中极易赢得。

以H区块进行过取心实验的煤层气井为例，以表面临界解吸压力与本质排采成果的比值作为接头对象，比值越接近1，阐述谋略缺陷越小。分袂画图煤储层水分(M)以及热熟练度(Ro)与其的对应关系如图8、图9所示。从图中不错剖析看出，表面临界解吸压力与本质产气压力系数不吻合。

图8. 水分与临界解吸压力谋略缺陷的关系

图9. 热熟练度与临界解吸压力谋略缺陷的关系

老色哥首发

为了分析接头含水、热熟练度与临界解吸压力谋略缺陷的关系，领先需要接头含水与热熟练度之间的关系。在煤地质学中，现在精深以为含水与热熟练度之间存在显赫商量，即当热熟练度较低时，跟着热熟练度的增多，含水逐渐镌汰，而当热熟练度较高时，跟着热熟练度的增多，含水逐渐升高，如图10所示 [17]。

因此，当热熟练度较低时，跟着热熟练度的增多，含水逐渐镌汰，由于液相水导致的解吸弧线缺陷逐渐减小，同期含水越低，对应的热熟练阶段产气量越高，气孔越发育，即此时气孔连通性越好，由于非联通孔隙形成的含气量谋略缺陷也越小，因此临界解吸压力谋略缺陷逐渐减小；当热熟练度较高时，跟着热熟练度的增多，含水逐渐增多，由于液相水导致的解吸弧线缺陷也逐渐增多，同期含水越高，对应的热熟练阶段产气量越高，气孔越不发育，即此时气孔连通性越差，由于非联通孔隙形成的含气量谋略缺陷也越大，因此临界解吸压力谋略缺陷逐渐增多，最终形成缺陷先减小在增多的抛物线形态。

图10. 热熟练度与煤储层含水的关系暗示图

而跟着含水的增多，一方面由于液相水导致的解吸弧线缺陷也逐渐增多，因此由于液相水导致的解吸弧线缺陷逐渐增多，另一方面，越低的含水正好对应产气量最多的热熟练阶段，此时气孔连通性最佳，因此此时由于非联通孔隙形成的含气量谋略缺陷最小，因此含水越低临界解吸压力谋略缺陷反而会有一定进程的镌汰，最终形成缺陷先减小在增多的抛物线形态。

7. 论断

1) 分析了谋略临界解吸压力与本质临界解吸压力存在各异的机理。由于煤储层含水导致的吸附弧线与解吸弧线不一致性，以及由于煤岩发育的非均质性及连通性导致的测定含气量与本质含气量存在各异是存在各异的主要原因。

2) 分析了煤储层水分(M)以及热熟练度(Ro)对临界领路压力谋略精度的影响。考取了工程上容易赢得的煤储层水分(M)以及热熟练度(Ro)作为最终的影响要素经营，其中水分影响成果是对解吸弧线和对含气量影响的耦合，而热熟练度在不同阶段影响进程不同。

著述援用

彭泽阳，王鸣川，赵天逸，卢婷. 煤储层临界解吸压力表面谋略缺陷分析及影响要素接头Study on Influencing Factors and Error Analysis of Critical Desorption Pressure in Coal[J]. 渗流力学发达， 2021， 11(01): 29-38. https://doi.org/10.12677/APF.2021.111004

参考文件霸凌 拳交