刘萱++许浩++汤达祯++高雅婕++袁懿琳++罗路宝

摘 要：论文主要综述了滑脱效应影响因素的国内研究文献。现有文献主要集中于分析渗透率、孔隙压力、含水饱和度、围压、温度和上覆岩层压力等对滑脱效应的影响。关于含水饱和度、围压的研究尚存在争论；在孔隙压力方面，对临界孔隙压力的概念及其范围，基本上是持肯定的观点；渗透率与滑脱效应的影响具有双向性；对温度、上覆岩层压力、岩心致密程度和气体相对分子量对滑脱效应的影响研究，结论较为统一。

关键词：滑脱效应 影响因素 煤层

中图分类号：TD821 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）07（b）-0032-02

我国煤层普遍具有低渗透率、低孔隙度、低储层压力的“三低”特点，当气体在低渗多孔隙介质中低速渗流时，气体渗流的主要物理特征是具有“滑脱效应”。滑脱效应是气体在低渗多孔介质中流动时产生的一种分子滑移现象。其本质是由于气体分子平均自由程和流体通道在一个数量级上，气体分子就与通道壁相互碰撞，从而造成气体分子沿孔隙表面滑移，在宏观上表现为气体在孔道固壁面上具有非零速度，气测渗透率大于液体渗透率。

滑脱效应作为影响低渗储层渗透率的重要因素，目前已引起了人们的重视。近年来，一些学者利用理论和实验的方法研究低渗天然气藏的滑脱效应，但对于低渗煤层气藏的气体滑脱效应研究较少，由于煤层气和天然气的赋存介质的力学特性不同，煤层气低渗规律存在一定差异，导致低渗煤层气藏的开发缺乏深厚的理论基础。本文涉及对象以煤层气藏为主，低渗天然气藏为辅，对我国滑脱效应影响因素研究进行综述，为后续研究提供一些参考。

1 滑脱效应及其影响因素研究述评

1.1 水饱和度对滑脱效应的影响

由于地面钻井压裂技术开发煤层气过程中，钻井开采带来的钻井液、完井液及酸化、压裂液等外来流体侵入储层后，导致储层的水饱和度增加，储层渗透率降低，致使滑脱效应对渗透率的影响显著，气体运移规律复杂，出现抽采困难等问题。故水饱和度是在煤层气开采过程中影响滑脱效应的重要因素之一，目前研究结论存在争论。

水饱和度对滑脱效应的影响首先是在低渗天然气藏中提出的。Rose、Fulton、Rushing等人先后通过砂岩岩心实验，得到在一定的束缚水饱和度下，滑脱效应随着含水饱和度的增加而降低的结论[1]；但KewenLi、李宁等人却得到了与前人相反的结论，即气体滑脱因子b随含水饱和度的增加而增加，并随气体固有有效渗透率的减小而增加[2]。

随后我国学者对低渗透煤储集层煤样进行实验时，得出滑脱在低围压（2～6 MPa）条件下，滑脱系数b随着水饱和度的增加而增大；在高围压（8～10 MPa）条件下，滑脱系数b随着水饱和度的增大而降低，且上述关系为满足一次线性拟合关系[3]。随后又有学者在高围压（10 Mpa）下进行试验得出结论：在煤样饱和水情况下，气体滑脱效应完全消失；在束缚水状态下，气体滑脱效应对气体渗透率贡献率更大大，贡献率最大值比单相气体时的要大将近20个百分点[4]。

综上所述，在实际的低渗煤储层中，水相的存在对气体滑脱效应的影响不能忽略。

1.2 围压对滑脱效应的影响

目前，围压对滑脱效应的影响研究结论，尚存在争议。其代表观点为：（1）围压越低，滑脱效应越明显，围压增大，可减小滑脱效应[5]。（2）围压越高气体渗透率越低，滑脱效应产生的附加渗透率在有效渗透率中所占比重随着围压的增加而增加[3]。（3）随着围压的增大，滑脱效应产生的渗透率对气测渗透率贡献率出现先增大后减小的趋势[6]。以上三种研究结论的差异主要是由于对试验数据的分析方式不同所造成。

第一种数据分析方法是考虑气测渗透率与克氏渗透率差值与围压的关系。该研究方法存在局限性，气测渗透率与克氏渗透率的差值不能直接反应滑脱效应对渗透率的影响程度，仅能反应出随围压增大，滑脱效应产生的渗透率增量在减少。第二种数据分析方法是考虑滑脱效应产生的附加渗透率在有效渗透率中所占比重与围压的关系，该分析方法能较好的反应滑脱效应对渗透率的贡献程度，但目前多数文章中未给出明确计算公式。第三种数据分析方式是考虑克氏渗透率与气测渗透率的比值与围压的关系，该比值不能反应滑脱效应在气测渗透率中的贡献程度，认为该数据处理方法有失偏颇。

目前研究围压对滑脱效应的影响实验方法主要为：控制围压一定，测不同孔隙流体压力与气测渗透率的关系，用线性回归方法进行数据拟合，获取克氏渗透率、滑脱系数；然后改变围压，获取多组数据；最后利用上述三种方法进行数据处理或绘制滑脱系数和围压的关系。所以围压数据较少，一般仅3～4组。

综上所述，围压与滑脱效应的关系方面还存在很多问题有待研究。数据分析方面：滑脱效应产生的渗透率增量，与滑脱效应产生的渗透率在气测渗透率中的比重的概念和计算公式有待明确；实验方法方面：可采用控制进出口压力，既保持孔隙流体压力不变，测不同围压下的气测渗透率，然后进行非线性拟合，来更直观的反应气测渗透率随围压的变化；研究方向方面：专门对围压与滑脱效应的研究较少，且对不同地区、不同水饱和度、不同储层物性的煤样与围压的关系研究尚为空白。

1.3 孔隙压力对滑脱效应的影响

在煤层气产出过程中，当孔隙压力较高时，是以有效应力、基质收缩作为影响渗透率的主导因素；孔隙压力下降到一定程度时，气体滑脱效应对渗透率的影响十分的显著，渗透率会有一个迅速的升高，尤其对于低渗储层，所以在孔隙压力处于某一较低范围内，储层渗透率都将处于滑脱效应的主导阶段[7]。通过大量实验也证实了滑脱效应产生的渗透率贡献率随着孔隙压力减小而增大的结论，所以目前对孔隙压力的研究就集中在临界孔隙压力值上，即在一定围压条件下，存在一个发生气体滑脱效应的临界孔隙压力值，当在孔隙压力小于临界孔隙压力时，滑脱效应存在。各代表性结论简要总结如表1所示。endprint

综上所述，近年来我国对孔隙压力对滑脱效应的影响得出的结论比较一致，但临界孔隙压力不是一定值，而是随着煤储层条件发生变化的。但对不同水饱和度、孔隙度、地下水矿化度下的临界孔隙压力的了解甚少，具体地区需要具体分析。

1.4 渗透率与滑脱效应的相互影响

在相同围压单相气体条件下，不同煤层的滑脱效应的渗透率贡献率不同，低渗透煤层中的渗透率贡献率偏高，即滑脱效应对低渗透储层的渗透性能影响重大[8]。渗透率与滑脱效应的关系具有双向性，渗透率越低滑脱效应的贡献率越大，同时滑脱效应的产生的渗透率增量又反过来使渗透率增高或使渗透率降低速度减慢。

在煤层气开采过程中，随气体压力降低，煤岩骨架承受的有效应力逐渐增加，使得渗流通道因受应力作用而渐趋闭合，导致了气体渗透率的降低[9]。实验表明，在一定围压条件下，随着孔隙压力降低，无烟煤He测渗透率呈现先降低后升高的变化趋势，在1 Mpa临界孔隙压力时发生反弹的现象，是由于气体滑脱及有效应力效应共同作用的结果，即为有效应力负效应作用阶段，导致渗透率降低，孔隙压力降低至1 Mpa以下时，有效应力与气体滑脱效应同时作用，此阶段气体滑脱正效应强于有效应力负效应引起渗透率升高[10]。

1.5 其他因素对滑脱效应的影响

不论是在单相气体渗流时，还是含束缚水时，目前对温度、上覆岩层压力、岩心致密程度和气体相对分子量对滑脱效应的影响研究，结论较为统一[11-13]。该结论主要理论依据滑脱因子进行分析的，式中为比例因子，λ为气体分子平均自由程，为孔隙的平均半径，，和分别为进口和出口压力。

并通过实验加以证明其可靠性，得出以下结论（1）平均压力越小，则分子的平均自由行程越大，滑脱效应越严重；（2）温度越高，气体分子越活泼，滑脱效应越明显；（3）岩心越致密，孔道半径越小，滑脱效应越严重；（4）相对分子量越小，滑脱效应越严重[14]。

2 结语

低渗煤储层中的滑脱效应影响因素总结如下：

（1）水饱和度对滑脱效应的影响存在争议，国内对低渗煤层进行研究，就高压条件下，随着水饱和度的增加，滑脱效应逐渐减弱这一结论初步达成共识。

（2）围压对滑脱效应的影响还有待研究，不同地区、不同水饱和度、不同储层物性的煤样与围压的关系尚不明确，且数据分析处理方法上存在差异性、实验研究方法较为单一。

（3）在围压一定的条件下，存在一个发生滑脱效应的临界孔隙压力，在孔隙压力小于临界孔隙压力时，滑脱效应存在，且随着孔隙压力的减小，滑脱因子逐渐增大，滑脱效应逐渐增强。临界孔隙压力值随水饱和度、围压等因素的影响而发生小幅度波动。

（4）低渗透率储层使得滑脱效应影响更显著，同时滑脱效应又会使渗透率增加或渗透率降低速度减慢。

（5）根据克氏理论及实验得出其他影响滑脱效应的因素：①平均压力越小，则分子的平均自由行程越大，滑脱效应越严重；②温度越高，气体分子越活泼，滑脱效应越明显；③岩心越致密，孔道半径越小，滑脱效应越严重；④相对分子量越小，滑脱效应越严重。

参考文献

[1] 张俊，郭平.低渗透致密气藏的滑脱效应研究[J].断块油气田，2006，13（3）：54-56.

[2] 李宁，唐显贵，张清秀，等.低渗气藏中气体低速非达西渗流特征实验研究[J].天然气勘探与开发，2003，26（2）：49-55.

[3] 肖晓春，潘一山，于丽艳.水饱和度作用下低渗透气藏滑脱效应实验研究[J].水资源与水工程学报，2010，21（5）：17-19.

[4] 于丽艳.低渗煤层气藏气体KlinKenberg效应试验研究[J].水资源与水工程学报，2011，22（2）：16-19.

[5] 吴家文.考虑压敏和滑脱效应的低渗透气藏渗流规律研究[J].钻采工艺，2007，30（6）：49-51.

[6] 肖晓春.低渗煤储层气体滑脱效应试验研究[J].岩石力学与工程学报，2008，27（增）：3509-3515.

[7] 肖晓春，潘一山.滑脱效应影响的低渗煤层气运移实验研究[J].岩土工程学报，2009，31（10）：1555-1558.

[8] 朱光亚，刘先贵.低渗气藏气体渗流滑脱效应影响研究[J].天然气工业，2007，27（5）：44-47.

[9] 陈代珣.渗流气体滑脱现象与渗透率变化的关系[J].力学学报，2002，34（1）.

[10] 李俊乾，气体滑脱及有效应力对煤岩气相渗透率的控制作用[J].天然气地球学，2013，10（5）：1075-1078.

[11] 王勇杰.低渗透多孔介质中气体滑脱行为研究[J].石油学报，1995（3）.

[12] 王勇杰，王昌杰，高家碧.低渗透多孔介质中气体滑脱行为研究[J].石油学报，1995，16（3）：101-105.

[13] 姚约东，李相方，葛家理，等.低渗气层中气体渗流克林贝尔效应的实验研究[J].天然气工业，2004，24（11）：100-102.

[14] 万军凤，卢渊.低渗气藏滑脱效应研究现状及认识[J].新疆石油地质，2008，29（2）：229-231.endprint

综上所述，近年来我国对孔隙压力对滑脱效应的影响得出的结论比较一致，但临界孔隙压力不是一定值，而是随着煤储层条件发生变化的。但对不同水饱和度、孔隙度、地下水矿化度下的临界孔隙压力的了解甚少，具体地区需要具体分析。

1.4 渗透率与滑脱效应的相互影响

在相同围压单相气体条件下，不同煤层的滑脱效应的渗透率贡献率不同，低渗透煤层中的渗透率贡献率偏高，即滑脱效应对低渗透储层的渗透性能影响重大[8]。渗透率与滑脱效应的关系具有双向性，渗透率越低滑脱效应的贡献率越大，同时滑脱效应的产生的渗透率增量又反过来使渗透率增高或使渗透率降低速度减慢。

在煤层气开采过程中，随气体压力降低，煤岩骨架承受的有效应力逐渐增加，使得渗流通道因受应力作用而渐趋闭合，导致了气体渗透率的降低[9]。实验表明，在一定围压条件下，随着孔隙压力降低，无烟煤He测渗透率呈现先降低后升高的变化趋势，在1 Mpa临界孔隙压力时发生反弹的现象，是由于气体滑脱及有效应力效应共同作用的结果，即为有效应力负效应作用阶段，导致渗透率降低，孔隙压力降低至1 Mpa以下时，有效应力与气体滑脱效应同时作用，此阶段气体滑脱正效应强于有效应力负效应引起渗透率升高[10]。

1.5 其他因素对滑脱效应的影响

不论是在单相气体渗流时，还是含束缚水时，目前对温度、上覆岩层压力、岩心致密程度和气体相对分子量对滑脱效应的影响研究，结论较为统一[11-13]。该结论主要理论依据滑脱因子进行分析的，式中为比例因子，λ为气体分子平均自由程，为孔隙的平均半径，，和分别为进口和出口压力。

并通过实验加以证明其可靠性，得出以下结论（1）平均压力越小，则分子的平均自由行程越大，滑脱效应越严重；（2）温度越高，气体分子越活泼，滑脱效应越明显；（3）岩心越致密，孔道半径越小，滑脱效应越严重；（4）相对分子量越小，滑脱效应越严重[14]。

2 结语

低渗煤储层中的滑脱效应影响因素总结如下：

（1）水饱和度对滑脱效应的影响存在争议，国内对低渗煤层进行研究，就高压条件下，随着水饱和度的增加，滑脱效应逐渐减弱这一结论初步达成共识。

（2）围压对滑脱效应的影响还有待研究，不同地区、不同水饱和度、不同储层物性的煤样与围压的关系尚不明确，且数据分析处理方法上存在差异性、实验研究方法较为单一。

（3）在围压一定的条件下，存在一个发生滑脱效应的临界孔隙压力，在孔隙压力小于临界孔隙压力时，滑脱效应存在，且随着孔隙压力的减小，滑脱因子逐渐增大，滑脱效应逐渐增强。临界孔隙压力值随水饱和度、围压等因素的影响而发生小幅度波动。

（4）低渗透率储层使得滑脱效应影响更显著，同时滑脱效应又会使渗透率增加或渗透率降低速度减慢。

（5）根据克氏理论及实验得出其他影响滑脱效应的因素：①平均压力越小，则分子的平均自由行程越大，滑脱效应越严重；②温度越高，气体分子越活泼，滑脱效应越明显；③岩心越致密，孔道半径越小，滑脱效应越严重；④相对分子量越小，滑脱效应越严重。

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[7] 肖晓春，潘一山.滑脱效应影响的低渗煤层气运移实验研究[J].岩土工程学报，2009，31（10）：1555-1558.

[8] 朱光亚，刘先贵.低渗气藏气体渗流滑脱效应影响研究[J].天然气工业，2007，27（5）：44-47.

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[12] 王勇杰，王昌杰，高家碧.低渗透多孔介质中气体滑脱行为研究[J].石油学报，1995，16（3）：101-105.

[13] 姚约东，李相方，葛家理，等.低渗气层中气体渗流克林贝尔效应的实验研究[J].天然气工业，2004，24（11）：100-102.

[14] 万军凤，卢渊.低渗气藏滑脱效应研究现状及认识[J].新疆石油地质，2008，29（2）：229-231.endprint

综上所述，近年来我国对孔隙压力对滑脱效应的影响得出的结论比较一致，但临界孔隙压力不是一定值，而是随着煤储层条件发生变化的。但对不同水饱和度、孔隙度、地下水矿化度下的临界孔隙压力的了解甚少，具体地区需要具体分析。

1.4 渗透率与滑脱效应的相互影响

在相同围压单相气体条件下，不同煤层的滑脱效应的渗透率贡献率不同，低渗透煤层中的渗透率贡献率偏高，即滑脱效应对低渗透储层的渗透性能影响重大[8]。渗透率与滑脱效应的关系具有双向性，渗透率越低滑脱效应的贡献率越大，同时滑脱效应的产生的渗透率增量又反过来使渗透率增高或使渗透率降低速度减慢。

在煤层气开采过程中，随气体压力降低，煤岩骨架承受的有效应力逐渐增加，使得渗流通道因受应力作用而渐趋闭合，导致了气体渗透率的降低[9]。实验表明，在一定围压条件下，随着孔隙压力降低，无烟煤He测渗透率呈现先降低后升高的变化趋势，在1 Mpa临界孔隙压力时发生反弹的现象，是由于气体滑脱及有效应力效应共同作用的结果，即为有效应力负效应作用阶段，导致渗透率降低，孔隙压力降低至1 Mpa以下时，有效应力与气体滑脱效应同时作用，此阶段气体滑脱正效应强于有效应力负效应引起渗透率升高[10]。

1.5 其他因素对滑脱效应的影响

不论是在单相气体渗流时，还是含束缚水时，目前对温度、上覆岩层压力、岩心致密程度和气体相对分子量对滑脱效应的影响研究，结论较为统一[11-13]。该结论主要理论依据滑脱因子进行分析的，式中为比例因子，λ为气体分子平均自由程，为孔隙的平均半径，，和分别为进口和出口压力。

并通过实验加以证明其可靠性，得出以下结论（1）平均压力越小，则分子的平均自由行程越大，滑脱效应越严重；（2）温度越高，气体分子越活泼，滑脱效应越明显；（3）岩心越致密，孔道半径越小，滑脱效应越严重；（4）相对分子量越小，滑脱效应越严重[14]。

2 结语

低渗煤储层中的滑脱效应影响因素总结如下：

（1）水饱和度对滑脱效应的影响存在争议，国内对低渗煤层进行研究，就高压条件下，随着水饱和度的增加，滑脱效应逐渐减弱这一结论初步达成共识。

（2）围压对滑脱效应的影响还有待研究，不同地区、不同水饱和度、不同储层物性的煤样与围压的关系尚不明确，且数据分析处理方法上存在差异性、实验研究方法较为单一。

（3）在围压一定的条件下，存在一个发生滑脱效应的临界孔隙压力，在孔隙压力小于临界孔隙压力时，滑脱效应存在，且随着孔隙压力的减小，滑脱因子逐渐增大，滑脱效应逐渐增强。临界孔隙压力值随水饱和度、围压等因素的影响而发生小幅度波动。

（4）低渗透率储层使得滑脱效应影响更显著，同时滑脱效应又会使渗透率增加或渗透率降低速度减慢。

（5）根据克氏理论及实验得出其他影响滑脱效应的因素：①平均压力越小，则分子的平均自由行程越大，滑脱效应越严重；②温度越高，气体分子越活泼，滑脱效应越明显；③岩心越致密，孔道半径越小，滑脱效应越严重；④相对分子量越小，滑脱效应越严重。

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[4] 于丽艳.低渗煤层气藏气体KlinKenberg效应试验研究[J].水资源与水工程学报，2011，22（2）：16-19.

[5] 吴家文.考虑压敏和滑脱效应的低渗透气藏渗流规律研究[J].钻采工艺，2007，30（6）：49-51.

[6] 肖晓春.低渗煤储层气体滑脱效应试验研究[J].岩石力学与工程学报，2008，27（增）：3509-3515.

[7] 肖晓春，潘一山.滑脱效应影响的低渗煤层气运移实验研究[J].岩土工程学报，2009，31（10）：1555-1558.

[8] 朱光亚，刘先贵.低渗气藏气体渗流滑脱效应影响研究[J].天然气工业，2007，27（5）：44-47.

[9] 陈代珣.渗流气体滑脱现象与渗透率变化的关系[J].力学学报，2002，34（1）.

[10] 李俊乾，气体滑脱及有效应力对煤岩气相渗透率的控制作用[J].天然气地球学，2013，10（5）：1075-1078.

[11] 王勇杰.低渗透多孔介质中气体滑脱行为研究[J].石油学报，1995（3）.

[12] 王勇杰，王昌杰，高家碧.低渗透多孔介质中气体滑脱行为研究[J].石油学报，1995，16（3）：101-105.

[13] 姚约东，李相方，葛家理，等.低渗气层中气体渗流克林贝尔效应的实验研究[J].天然气工业，2004，24（11）：100-102.

[14] 万军凤，卢渊.低渗气藏滑脱效应研究现状及认识[J].新疆石油地质，2008，29（2）：229-231.endprint