高煤级煤层气储层应力敏感性及控制机理

以我国沁水盆地南部高煤级煤储层为对象,通过地质力学分析、实验研究和理论分析以及数值模拟计算等方法，剖析研究区地应力、煤储层压力及其渗透性分布规律；结合煤层气开发井动态数据，深入研究煤层气开发过程中有效地应力和煤体收缩导致的内应力动态变化对煤储层渗透性的控制。建立煤储层渗透率、裂隙开度与有效地应力和煤层气吸附与解吸导致煤体膨胀与收缩效应之间的关系和耦合模型。分析单轴和三轴条件下全应力-应变过程中渗透性变化规律，通过加载、卸载实验进一步分析高煤级煤与中煤级煤和低煤级煤储层应力敏感性差异及程度；进一步分析煤储层初始裂隙开度、裂隙间距、煤岩力学性质（如弹性模量和泊松比）和煤基质收缩参数对煤储层渗透性的影响，揭示煤储层介质弹塑性变形与渗透性动态变化规律及控制机理。针对高煤级煤层气储层实际，提出煤储层应力敏感性评价标准和方法，为发展我国煤层气开发地质理论、合理有效开发我国煤层气资源提供依据。

煤储层应力敏感性直接影响煤层气开发效果，是煤层气开发评价的重要参数。本项目以我国沁水盆地南部高煤级煤储层为依托，通过地质力学分析、实验研究和理论分析以及数值模拟计算等方法，开展了研究区地应力、煤储层压力及其渗透性分布规律研究、煤体收缩对煤储层渗透性的影响研究和煤储层渗透性的控制机理等方面研究，建立了煤储层应力、压力及其耦合关系模型和煤储层渗透性与地应力之间关系和模型，揭示了研究区煤储层现今地应力分布规律，提出了基于地应力的煤储层渗透性评价分类和预测技术，对研究区煤储层渗透性进行了评价。通过煤样的应力敏感性试验，分析了煤储层应力敏感性及有效围压、煤中裂隙和含水情况等对煤储层应力敏感性的影响；揭示了煤储层渗透率随有效应力的增加按负指数函数规律降低的规律和渗透性变化的控制机理。在此基础上，提出了煤储层应力敏感性评价参数和评价方法。通过煤的解吸-渗流模拟实验，剖析了煤体膨胀或收缩所引起的煤储层渗透性变化规律；揭示了煤基质吸附膨胀或解吸收缩对煤储层渗透性的影响及控制机理，提出了煤储层渗透率在煤层气临界解吸压力前，煤储层渗透率主要受有效应力影响而出现下降趋势；临界解吸压力后，随着吸附气的解吸，煤基质收缩效应逐渐增强，有效应力效应逐渐减弱，出现煤岩渗透率改善现象。这些认识为我国煤层气高效开发提供可靠的理论依据。.项目研究成果已在国内外学术期刊上发表论文26篇（其中5篇SCI，14篇EI收录论文），合作出版专著1部、获国家授权发明专利2项；获国家软件版权2项；培养硕士14名；博士3名和博士后1名，获国家科技进步二等奖1项、部级科技进步一等奖1项。超额完成了项目计划任务,实现了预定目标。