ABSTRACT:

The gas permeability of a coalbed is influenced during gas production by simultaneous changes in effective stress, gas slippage and volumetric strain of the coal matrix associated with gas desorption. This paper describes a technique developed to conduct laboratory experiments to separate these effects, estimate their individual contribution, and initial results. For a pressure decrease from 6.2 to. 69 MPa (900 to 100 psi), the permeability of coal increased by 12 times due to volumetric strain effect, and 5 times due to gas slippage effect Change in permeability with gas depletion and the resulting increase in effective stress was also estimated using the matchstick reservoir model geometry to represent a coalbed methane reservoir. For a similar pressure drop, the permeability decreased by 18 times. Since the combined effects of increased effective stress and sorption-induced volumetric strain do not explain the observed permeability increases in the field, a possible explanation is presented.

RÉSUMÉ:

La permeabilite du gaz d'une cave à charbon est influence durant la production de eelui-ci par des changements simultanes du stress reel, de la fuite du gaz et de la tension volumetrique que la gangue associee a la desortion. Cette communication decrit une technique developee pour diriger des experimentations en laboratoire dans le but de separer les differents effects, evaluer leurs contributions individuelles et leurs resultas preliminaires. La permeabilite du charbon augmente 12 fois pour une diminution de pression de 6.2 a 0.69 MPA (900 a 100 PSI) à cause de la fuite du gaz. Le changement de permeabilite dú à I'epuisement du gaz et à l'augmentation du stress qui s'en est suivi, a ete egalement evalue en utilisant la geometrie du model de resevoir de "matchstick" afin de representer le resevoir de methane de la cave à charbon. Pour une diminuation de pression similaire, la permeabilite dimine de 18 fois. Puisque les effets combines de l'augmentation du stress reel, et de la tension volumetrique occasionee par la desorption n'explique pas l'augmentation de la permeabilite ob.servee sur Ie terrain, une possible explication est proposee.

ZUSAMMENFASSUNG:

Wahrend einer Gasproduktion wird die Penneabilitat von Kohleflözen durch simultaJie Anderungen von Spannung, Gasschlupf und Dehnung der Kohlematrix verbunden mit Gasabsorbierung beeinflusst. Der vorliegende Artikel beschreibt eine neu entwickelte Technik fuer Laborexperimente um diese Effekte zu separieren, eine Abschatzung ihres individuellen Beitrages sowie anfangliche Ergebnisse. Bei einer Druckverminderung von 6,2 zu 0,69 MPa (900 zu 100 psi), erhöhte sich aufgrund der Dehnung die Permeabilitat von Kohle auf das zwölffache. Der Gasschlupf verursachte eine Erhöhung dieses Parameters unter gleichen Bedingungen auf das fuenffache. Um ein Kohleflöz-Methan Reservoir vorzustcllen, wurde dessen Permeabilitatsanderung mit Entgasung und die resultierende Erhöung der Spannung unter Verwendung der "Matchstick Reservoir Model Geometry" abgeschatzt. Fuer einen ahnlichen Druckabfall verringerte sich die Permeabilitat um das 18fache. Da die kombinierten Effekte von erhöter Spannung und absorbierungs-induzierter Dehnung die beobachteten Permeabilitatserhöhungen im Feld nicht beschreiben, wird eine mogliche Erklarung vorgestellt.

INTRODUCTION

In the early 1970s, methane associated with coal was recognized to be a valuable natural source of energy and interest in coalbed methane (CBM) started increasing dramatically. The commercial CBM production in. the US has increased from almost zero in 1982 to more than 27.6 billion cu m (970 BCF) in 1995 with projected production exceeding 1 trillion cu ft by the year 2000 (Schraufnagel and Schafer, 1996). With the CBM industry in the US maturing, there is sufficient data showing a "negative decline" in production rates, a very distinct feature of coalbed gas wells. Significant increases in permeability have been reported by the operators in the field (Mavor,1997; Zahner, 1997). The evidence is strong that this increase in coal permeability results from the volumetric strain of coal matrix associated with gas do: sorption, although the exact mechanisms involved are not' very well understood at this time.

This paper presents the results of an experimental investigation carried out to estimate the sorption-induced volumetric strain and changes in permeability of coal with continued gas production. Two distinct phenomena, slippage of gas and matrix shrinkage of coal, both of which have a significant influence on coal permeability were investigated.

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