煤层气单井开采数值模拟的研究

对煤层气的流动机理进行了分析。结果表明 ,煤层中的甲烷气主要以吸附的方式储集在煤基质中 ,煤层割理系统提供渗流通道。煤层气在煤基质中的吸附遵循朗格缪尔等温方程 ;煤层气由煤基质向割理系统的扩散遵循Fick第一定律 ;煤层气在割理系统的流动遵循达西定律。借鉴美国现有模型 ,结合我国现场实际情况 ,建立了二维煤层气垂直井的非平衡拟稳态井底渗流数学模型。现场实例模拟计算表明 ,该模型能够用于煤层气单井数值模拟。     

煤层气解吸扩散渗流模型研究进展

对煤储层基质孔隙分类、煤储层中气水变化特征、基质孔隙中甲烷的动力学行为、煤层气解吸模型、扩散模型、渗流模型和产气模型进行了综述和评论．认为煤层气生产过程吸附气变为解吸气．少量的解吸气溶解并在储层孔隙水中扩散．大量的解吸气聚集成泡和成柱并在煤基质孔隙中的非达西渗流、自由气从煤基质孔隙至割理．裂隙系统的窜流、自由气从煤基质孔隙至井筒的非达西渗流（仅限低煤阶）、及自由气从割理．裂隙系统至井筒的达西渗流过程．可为煤层气开发提供理论依据,为煤层气数值模拟提供理论基础,对煤层气产气规律的认识具有指导意义．     

煤层气窜流–扩散过程及其对开发效果的影响

基于煤层气的赋存和运移规律,综合考虑煤层气从煤基质中解吸,并以扩散和窜流方式进入煤层割理,通过渗透和扩散方式从割理流入生产井筒的过程,将煤层气在微孔中的非平衡吸附模型与气水两相渗流模型耦合,建立了双重介质煤层气藏拟稳态渗流数学模型。采用该模型研究了窜流和扩散机理对开发效果的影响。结果表明:窜流和扩散对开发后期产气量的影响较明显,窜流因子或扩散系数越大,后期产气量越多。     

煤层气有限导流压裂井的压力动态分析

针对煤层气产出过程中的降压、解吸、扩散、渗流等特点,应用非稳态解吸模型;研究了煤层气在基质和割理中的单相流动;建立了新的有限导流压裂井评价模型;讨论了裂缝壁面表皮系数、吸附系数、裂缝储容系数和窜流系数对压力动态的影响;分析了煤层气压裂井的压降典型曲线特征和参数估计方法,从而为煤层气藏开发提供了可靠的数据。     

基于Maxwell-Stefan双扩散模型的煤层气注气数值模拟

目前煤层气注气数值模拟软件中均以扩展Langmuir模型模拟多组分气体吸附/解吸,以拟稳态单孔扩散模型和Fick定律描述煤层基质中气体扩散,虽然简单,便于应用,但存在较大局限性。以试验数据为依据,评价扩展Langmuir、IAS和2D PR-EOS多组分气体吸附模型可靠性,并建立Maxwell-Stefan双扩散模型模拟气体扩散过程。最后,将双扩散模型与煤储层气水两相多组分渗流模型耦合,利用IMPES方法求解研究煤层气注气过程。研究表明:2D PR-EOS模型预测结果优于扩展Langmuir和IAS模型;注气初期基质中多组分气体吸附和甲烷解吸速率较快,之后逐渐变缓;该模拟方法可以较为准确地模拟煤层气衰竭和注气开发过程,预测煤基质中气体各组分浓度分布,为煤层气注气开发的研究及现场应用提供有效的技术手段。     

基于煤岩割理正交各向异性性质的低渗透煤层压力数值模拟研究

考虑煤岩面割理和端割理两个方向不同渗流性质,建立了低渗透性煤层气水固三相流固耦合模型,利用该模型分析了沁水盆地煤层气井在开采过程中压力及解吸半径变化规律,并对影响煤层压力的割理参数进行分析.计算结果表明:非耦合模型比耦合模型的解吸面积要大;随着煤岩割理渗透率正交各向异性系数的增大,煤层面割理方向解吸半径逐渐增大,而煤层端割理方向解吸半径逐渐减小;面割理方向,随着割理渗透率正交各向异性系数和割理宽度的增大,煤层压力先增加后降低;端割理方向,煤层压力随着渗透率正交各向异性系数、割理密度和割理宽度的增大而增大.     

煤层气运移产出气水固三相耦合模型

根据达西渗流理论,结合Langmuir等温吸附定律和Fick第一定律描述了煤层气由煤基质解吸经扩散进入煤层裂隙系统,由裂隙运移至生产井筒产出的气水二相渗流过程,又将其和由渗流作用引起的煤体变形场耦合起来,形成了煤层气运移产出的气水固三相耦合模型,并采用全隐式联立求解方法同时隐式求出了气、水产量和饱和度值,实现了模型求解的无条件稳定。在沁水盆地3^#煤层气井开采潜能的评价预测中,应用该方法分别预测了将该井的动液面置于3^#煤底和15^#煤底的气、水产量,效果良好。     

间接压裂技术提高煤层气采收率的探讨

探讨提高煤层气采收率的间接压裂新方法。根据煤体基质岩块与裂缝的渗流物性规律,以及常规水力压裂又很难适应煤层的特殊地质特性,提出在煤层相邻的砂岩部位进行压裂构想。其机理是煤岩的裂缝传导率差,易被压碎产生煤粉且有突出的各项异性、应力集中的特点,煤层中的面割理垂直于煤层,垂向渗透率通常高于水平渗透率,面割理的方向性使煤层与间接压裂诱导水力裂缝自动沟通,形成高传导渗流通道,从而促进煤层气的解吸和渗流。     

结构异性煤体渗透率特性

 煤渗透率是研究瓦斯渗流特性及运移规律的关键参数, 而煤体结构各向异性导致渗透率具有明显的方向性。利用煤岩瓦斯渗流试验系统, 对不同变质程度煤样试件在面割理和端割理方向上, 进行不同瓦斯压力下的渗透率测试, 并根据等效驱替原理, 建立各向异性煤体渗透率的计算模型, 数值分析了煤体渗流的定向性特征。结果表明:在煤体面割理和端割理方向, 渗透率均随瓦斯压力增大成负指数减小;面割理方向的瓦斯渗透率与端割理方向相差可超过1 个量级, 且煤的变质程度越高, 差别越明显。随瓦斯压力增大, 煤的瓦斯渗流定向性系数峰值增大, 煤层瓦斯渗透定向性增强。在相同瓦斯压力下, 煤的变质程度越低, 煤层瓦斯渗透定向性越弱。     

考虑基质收缩效应的致密煤储层数值模拟

我国煤层普遍属于低渗透储层,尤其埋深在千米以上的煤层更属于致密多孔介质.低渗透气藏中的气体渗流具有明显的滑脱效应,同时煤基质收缩效应对煤层渗透率的影响也是不容忽视的.本文考虑致密煤层中气体滑脱效应和基质收缩效应的影响,建立了三维、非平衡吸附拟稳态条件下煤层气-水两相流动的数学模型和全隐式数值模型,并编制程序进行模拟计算.模拟结果表明:致密煤层气藏开发过程中,气体滑脱效应和基质收缩效应对煤层气井的产能影响十分明显,考虑这两种效应影响时预测产气量普遍比未考虑时要高,其中基质收缩效应的存在可使预测的累积产气产量增加12.2%.     

不可采煤层CO2封存的数值模拟

将CO2注入不可采煤层进行封存(CO2-ECBM)能在封存CO2的同时回收甲烷,因而是一项具有良好前景的CO2处置技术。CO2或者CO2/N2混合气注入煤层后在煤层中运移涉及到多组分气体在煤中的吸附、多组分气体以及气、水两相在煤层中的扩散渗流等过程。基于上述过程,建立了考虑煤基质吸附气体后的膨胀效应、能够描述多组分气体在煤层中吸附/解吸扩散渗流过程的数学模型,并采用数值解法对模型进行了求解,与已有的模拟结果比较表明建立的模型是可靠的;利用该模型研究了煤层渗透率、不同气体差异性吸附膨胀系数、煤对CO2/CH4的吸附比、以及注入气体组成对于CO2封存以及煤层气生产的影响,研究结果可以为CO2-ECBM项目的场地条件选择以及工艺参数的优化提供依据。     

煤化作用与煤层气生成、储藏和产出的关系

本文依据煤的变质作用过程中产出的煤层气数量,将煤的变质作用过程分为三个阶段,指出第二、三阶段对煤层气的生成影响最大。低煤阶煤储层中煤层气运移产出的通道为裂隙和基质孔隙,中煤阶煤为割理和构造裂隙,高煤阶煤则以构造裂隙为主。随着煤化作用的进行,煤层气储藏和产出的条件逐渐变好,直到中煤阶煤;之后进入高煤阶煤条件开始变差。结合煤化程度对煤层气生成的影响,中煤阶煤层是煤层气开发的较理想的煤层。     

电场对煤瓦斯吸附渗流特性的影响

为了探讨地电场对包含在煤层中的瓦斯气体的储存、运移的作用以及如何利用电场采促进煤层气的渗流从而达到提高中国低压低渗煤层的煤层气抽放率等问题，研究了电场对煤瓦斯吸附渗流特性的影响．研究表明：静电场对煤瓦斯吸附特性的影响关键在于静电场的焦耳热效应使煤瓦斯系统温度升高和静电场增加煤表面吸附势阱的深度2种因素竞争的结果，当静电场增加煤表面吸附势阱深度占主导地位时，静电场使煤对瓦斯的吸附量增加，当静电场的焦耳热效应逐渐占主导地位时，静电场使煤对瓦斯的吸附量减少；外加静电场促使煤中瓦斯的渗流；交变电场作用使煤对瓦斯的吸附量减少；交变电场作用促使煤中瓦斯的渗流．     

基于煤岩割理正交各向异性的煤层气渗流模型研究

考虑煤岩面割理和端割理两个方向不同渗流性质,建立了煤岩割理正交各向异性数学模型,通过引入煤岩弹性模量折减系数有效地解决了渗透率模型中煤岩割理刚度较难确定的问题。基于该模型对鄂尔多斯盆地东部煤层单井产能进行了模拟计算,分析了割理渗透率正交各向异性系数、煤层厚度、煤层孔隙度和含气量等参数对煤层单井产能的影响规律。计算结果表明：煤层气单井产能随着渗透率正交各向异性系数、煤层厚度和含气量增加而增大,随着煤层孔隙度的增加而减小。     

基于煤岩割理正交各向异性的煤层气产能预测

考虑煤岩面割理和端割理两个方向不同渗流性质,建立了煤岩割理正交各向异性数学模型,通过引入煤岩弹性模量折减系数解决了煤岩割理刚度较难测定的问题。基于该模型对鄂尔多斯盆地东部煤层单井产能进行了模拟计算,分析了割理渗透率正交各向异性系数、煤层厚度、煤层孔隙度和含气量等参数对煤层单井产能的影响规律。计算结果表明:煤层气单井产能随着渗透率正交各向异性系数、煤层厚度和含气量增加而增大,随着煤层孔隙度的增加而减小。     

水射流促进煤基质收缩提高煤层透气性机理分析

高压脉冲水射流割缝是新型有效的增透技术,但增透机理尚未明确,制约了其在不同赋存条件煤层中的推广应用.文中从煤基质收缩提高煤层透气性角度出发,在分析高压水射流冲击煤体的动态效应基础上,得出冲击动态方程;理论分析了在高压脉冲水射流作用下煤基质的受力状态,得出了高压脉冲水射流能够促使煤基质收缩,并推导出射流冲击力-煤基质的关系方程,在此基础上采用P-M模型,得出射流作用下煤层内瓦斯渗流方程,为高压脉冲水射流割缝增透技术的推广应用提供了理论支撑.     

页岩储层流动机制综述

 为了研究页岩储层的流动机制,对国内外页岩气流动机理相关文献进行了广泛调研,详细阐述了解吸附、扩散和渗流的数学描述方法、影响因素、适用条件及存在的问题,为流动机制的深入研究提供参考.分析表明：气体在页岩储层中的流动主要经历解吸附、扩散和渗流3个过程.Langmuir等温吸附定律很好地描述了页岩气的解吸附规律,但在描述多组分气体解吸附时仍存在一定问题,需要进一步研究;Fick第二扩散定律能够准确地描述页岩气的扩散过程,如何划分渗流和扩散的流动区间并进行耦合还需进一步研究;气体在天然裂缝网络中的流动遵循滑脱效应的广义达西定律,在压裂诱导裂缝中的流动遵循Forchheimer定律;天然气在页岩储层的流动存在压敏、气水两相流动、温度变化引起的热效应、相变等多种流动机制,需要进一步研究.     

煤层气井排采过程中储层渗透率动态变化简析

煤储层渗透率为动态渗透率,是煤层气开发过程中需要重点考虑的储层参数之一.该文从煤储层渗透率变化的控制机制出发,采用数学模型,模拟分析了煤层气井排采过程中原位储层条件下煤渗透率动态变化特征.并探讨了初始割理压缩系数、割理压缩系数降低率、基质收缩系数、初始割理孔隙度以及临界解吸压力对煤储层渗透率变化的影响.模拟结果对于认识煤储层渗透率动态变化具有一定参考价值.     

间歇注气抽采煤层气井注气量与采收率分析研究

水力压裂煤层、注气提高煤层气采收率等生产工艺过程中,煤层中流体的运动是多相多组分流体的扩散渗流。假定煤层为孔隙裂隙二重介质,孔隙中只存在吸附状态气相,裂隙是气、水共存空间,孔隙与裂隙之间气体的交换量是渗流场中的质量源。试验研究了质量源与时间和煤层结构的关系,测定了吸附置换速率的衰减系数。应用多孔介质中扩散渗流理论,再运用质量连续方程,导出了多相多组分流体的扩散渗流微分方程。忽略占煤层中气体总量百分比很小的游离状态气体在微分方程中随时间变化,从而求出了单井间歇注气抽采煤层气井在注气过程注气量的近似表达式。分析解表明注入气体流量与注入气体压力和煤层气初始压力之差、竞争吸附置换速率成正比;煤层渗透率越大、煤层气和注入气体的混合粘性越小,吸附竞争置换速率越小和注气抽采煤层气效果越差;注气抽采煤层气工艺适合低透气性煤层。     

煤层气层渗流与煤层气试井

从试井角度出发,对煤层气层的渗流机理和开采过程中的压力变化特征进行分析,认为煤岩层虽然具有双重的结构,但其流动却应该表现为均匀介质的特征,并进而归纳出不同开采阶段的七种典型流动模型.结合现场实测压力资料,笔者给出了一种煤层气试井资料的测评分析方法,指出一些实测试井曲线表现出的双渗、双重介质、不渗透边界或定压边界特征,其实只是由于测试工艺影响造成的异变,为正确解释煤层参数和正确认识煤层气层渗流提供了有效途径.