我国是一个以煤炭为主要能源的国家,随着社会的发展,当前正面临着能源短缺、环境污染等难题。页岩气煤层气作为一种清洁环保的非常规能源,能作为常规天然气的重要战略补充。因此加快推进页岩气煤层气产业发展符合我国当前国策,对缓解能源短缺,治理环境污染,优化能源结构有着重要的战略意义。页岩气煤层气的载体分别为页岩和煤岩,而页岩和煤岩作为典型的基质-裂隙多重吸附介质,其渗透性能的演化规律控制着储层产气规律。在页岩气煤层气的开采过程中,储层孔隙压力会随着开采时间的增长而逐渐降低。通常来说,孔隙压力的降低会带来两个方面的作用,其一为有效应力增加致使孔隙裂隙被压缩;其二为吸附解吸平衡态被打破,诱发基质的收缩或膨胀,进而作用到孔隙和裂隙上。这两方面的作用最终导致储层孔隙度和渗透率的动态演化。准确描述储层孔隙度和渗透率的演化规律,对预测页岩气煤层气的产量有着重要意义。本文根据多孔介质弹性力学理论,通过结合理论分析、数值模拟以及工程数据对比验证等手段系统地研究了页岩气煤层气开采过程中的渗透性能演化规律。主要工作和取得的成果如下:(1)裂隙对储层气产气的影响非常大,影响最明显的是产气速率最高的生产前期。因此,准确预测裂隙渗透率的演化是至关重要的。尽管吸附/解吸引起的应变大于有效压力增加所产生的应变,但我们仍需准确考虑不同介质的有效应力差别。如果假定不同介质的有效应力相等,则对渗透率演化的描述将会产生误差,这将影响数值模拟的结果。通过对不同条件下的比较分析,可以得出结论,虽然改进的裂隙渗透率演化模型(IPEM)在数学形式上比较复杂,但其应用范围会更大。特别是对于压缩性大的裂隙孔隙吸附介质,此改进的裂隙渗透率演化模型(IPEM)可以更准确地描述其裂隙渗透率的演化情况。(2)页岩气储层在产气过程中,储层渗透率(运移性能)的动态变化是由于两个方面的作用带来的,即:应力作用和化学作用(吸附/解吸)。但是这两个作用的关系并不总是竞争性的关系。例如:在储层产气的最早期,这两种作用会互相增强对方的影响程度,这是因为有效应力的增大会降低储层孔隙度,但是化学作用包含了吸附和解吸两个过程,因此化学作用可能会增加储层孔隙度,但也可能会降低储层孔隙度。(3)裂隙渗透率增加的阶段时间明显短于无机质基质渗透率增加的时间,这揭露了应力作用的影响程度取决于介质的可压缩性,但化学作用(吸附/解吸)的影响程度与介质的可压缩性无关。鉴于有机质基质、无机质基质和裂隙有着不同的可压缩性,因此,准确描述各介质在储层产气过程中的变形是十分重要的,这也体现了本文所提模型的意义所在。并且,越高的储层初始渗透率(运移性能),其在产气过程中的演化也会越剧烈越迅速。这是因为,储层的初始渗透率(运移性能)越高,应力作用和化学作用的影响之间的竞争将越剧烈,这既使渗透率(运移性能)的演化行为更剧烈,又缩短了演化过程中各个阶段的时间。(4)因为二氧化碳的朗格缪尔体积应变常数大于煤层气(甲烷)的朗格缪尔体积应变常数,并且煤岩基质对二氧化碳的吸附能力也更强。所以煤岩基质由吸附二氧化碳引起的膨胀量要大于其解吸煤层气引起的收缩量。所以,吸附作用是注入井附近储层渗透率演化的主要影响因素,而有效应力的变化是引起生产井附近储层渗透率演化的主要原因。所以,在这样的情况下,储层渗透率的演化趋势是总体下降的。生产井和注入井附近储层的渗透率演化最为激烈,距离井口越远,该处渗透率的演化越缓和。当我们增大二氧化碳的注入压力时,储层的渗透率演化情况将会变得更快更剧烈。