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目前模拟煤层气开采过程数学模型主要分为三类，即经验模型，平衡吸附模型和非平衡吸附模型，其中非平衡吸附模型是一种较为完善，能客观反映煤层气开采动态的双孔隙模型。不少献已经建立了煤层气扩散渗流非平衡吸附数学模型，但往往存在模型假定过于简化，个别关键参数难于获得以及采用IMPES方法求解可能引起不收敛现象等不足之和，章发展了一个煤层气储层模拟器用来模拟煤层甲烷气的开采过程，该模拟器采用双重介质网格系统的气水两相数学模型，考虑了煤层气从基质表面进入开采井筒所经历的解吸，扩散和渗流三个过程，基于Fick,Darcy定律以及连续性方程建立了数学模型，对数学模型进行差分离散数值求解，方程中参数项和产量项采用显式处理，求取参数及基质与割理系统质量交换量采用隐式格式处理求解。此外，编写了程序源码建立计算机模型，最后进行实例分析对比，验证了该模型的可靠性和合理性。     

注气驱替煤层气数值模拟研究

注气增产法是一种新兴的提高甲烷抽放率和单井产量的增产技术，其原理是注入的气体与甲烷竞争吸附和降低甲烷有效分压，使甲烷解吸。其优点是保证煤层的能量，有利于甲烷产出，可大幅度提高煤层气的产量和采收率，延长煤层气田的开采期，提高经济效益，加速成本回收。通过研究注气增产法的机理。考虑了气组分和流体组分出现和消失的可能性，建立了注气驱替煤层气的完整的三维拟稳态非平衡吸附数学模型和数值模型．井根据所建立的模型开发了注气驱替煤层气的计算机程序。实例证明，该模型是可靠的，可为注气增产技术在我国煤层气开采中的推广应用起到指导作用。     

基于裂隙分形维数的煤储层压力动态分析

传统的煤层气渗流数学模型均是建立在欧几里德几何基础上的。以分形理论为基础,引入了分形维参数来刻画煤储层裂隙分形特性,在考虑了煤层的吸附特性、双重介质特征及介质变形的情况下,建立了只考虑裂缝发生形变的分形煤层气藏非平衡吸附、拟稳态条件下气体单相流动数学模型,并采用Newton法求得了该模型的数值解,讨论了无因次压力对模型参数的敏感性,绘制了典型压力曲线。认为此模型可为煤层气开采提供理论依据和新的试井模型。      

不同吸附模型对煤层气藏地质储量评价的影响

与常规的天然气藏相比，煤层气藏开采具有其特殊性，它的赋存介质和赋存方式都与常规天然气不同，主要以吸附方式赋存于煤层基质中，所以常规的物质平衡方程已不再适用煤层气藏地质储量的计算，采用Langmuir等温吸附模型和三参数BET模型对煤层气的吸附量与压力之间的关系进行了拟合并且加以比较，可以看出，最常用的Langmuir等温吸附模型因为只有两个参数控制，所以拟合程度相对较差；而三参数BET模型的拟合度很好。同时在原有的物质平衡原理的基础上，结合煤层气特殊的物理性质，综合考虑到各个方面的影响因素。推导出了煤层气藏的物质平衡方程，并利用该物质平衡方程确定煤层气藏的地质储量，结合实例进行分析。     

煤层气定向羽状水平井开采数学模型的建立

通过对煤层气定向羽状水平井开采方式进行分析,结合煤层气在煤层中的吸附解析及渗流特征,得到了在孔隙—裂缝双重介质下煤层气和水在煤层中的流动方程,建立了孔隙度和渗透率随压力变化的压力敏感性数学模型,为进一步研究煤层气羽状水平井的增产机理提供了数学基础。     

考虑启动压力梯度的煤层气羽状水平井开采数值模拟

建立了对非均质各向异性双重介质煤层气进行定向羽状水平井开采的数学模型.模型中考虑了与气体吸附、解吸和扩散相耦合的三维气、水两相渗流以及储层的压力敏感性和煤层本身所具有的低渗透特性,即低渗透地层启动压力梯度的影响,同时还考虑了井筒内的压降损失.利用有限差分法对数学模型进行了数值求解,完成了煤层气定向羽状水平井开采的数值模拟,并着重分析了启动压力梯度对模拟产量的影响.计算结果表明,利用定向羽状水平井能够大幅度提高低渗透煤层气的开采效率.启动压力梯度的存在会使煤层中羽状水平井的降压效果变差,从而减少煤层气的产量.     

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由于煤层气开采过程中,煤体容易变形, 传统的煤层气井各种测试问题的数学模型都假设渗透率为常数，这对于变形介质煤层的压力空间变化和瞬时变化将产生较大误差.通过考虑煤层的双重介质特征和煤层气的吸附特征及介质的变形，引入渗透率模数建立了变形双重介质非稳态渗流模型。渗透率依赖于孔隙压力变化的流动方程是强非线性的，对于双重介质非稳态渗流模型采用正则摄动法和Laplace变换进行求解，并通过拉氏数值反演得到零阶摄动解。对变形参数和双重介质参数变化时压力的变化规律进行了讨论，用新模型绘制的典型压力曲线将得到更加准确的结果，这些结果为煤层气藏开发提供了理论依据和新的试井模型。     

应力敏感性复合煤层气压力动态特征

煤层气采出有扩散和渗流两个过程，比常规天然气层中的渗流方程复杂。针对煤层气井在钻井、完井、开采过程中井周围产生污染带以及地层本身的非均质情况，采用非平衡态吸附模型，研究应力敏感性复合煤层气藏的流动规律、在拟稳态流的数学模型假设下，用气体拟压力代替Langmuir吸附公式中的压力，得到气层中拟压力所满足的方程组，并采用正则摄动法和Laplace变换法进行求解，最后通过拉氏数值反演得倒0阶摄动解。分析了参数变化时压力动态的变化规律，这些结果为煤层气藏开发提供了理论依据和新的试井模型。     

煤层气数值模拟的二维交替隐式求解

数值模拟是确定煤层气开发方案和评价采收率的有效方法,目前广泛应用的三维全隐式差分法求解难度大,计算复杂。根据煤层气的储气特征、吸附特征和解吸机理建立了反映煤层气解吸、扩散及渗流过程的气、水两相耦合流动三维数学模型,模型考虑了煤层非均质各向异性的影响,运用块中心差分格式,对气、水相偏微分方程进行空间差分和时间差分,采用二维交替隐式求解,实现了煤层气数值模拟计算。在此基础上开发出煤层气井数值模拟软件,适用于煤层气整个开采期,可以对煤层气生产进行预测,以此制定合理的开发方案,优化煤层气开采。     

煤层气单井开采数模研究

建立了煤层气单井开采的数学模型和数值模型，包括双重介质中气水两相流动方程、煤层裂缝孔隙度和渗透率的压力敏感性模型，并提出了相应的数值模型及其解法．为进一步研究煤层气产出机理提供了理论依据。     

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煤层气的开采，使孔隙流体的压力发生变化，引起煤岩骨架有效应力改变及重新分布，并导致煤岩骨架的变形。煤岩骨架的变形将导致煤岩孔隙体积的改变，从而引起煤岩物性、煤岩密度、孔隙压缩系数的变化，进而影响孔隙流体的渗流与开采。因此，气、水渗流与煤岩变形相互影响，相互制约。文章从煤层气藏的储存特性入手，建立了煤层气渗流流固耦合的数学模型，并利用有限差分法对数学模型进行数值求解，以求更加真实地反映出煤层气渗流过程中流体与煤岩之间的动态耦合关系。     

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文章采用数值模拟方法，从煤层甲烷的流动机理入手，利用朗格缪尔等温吸附方程描述甲烷从煤表面解吸过程，利用Fick定律描述甲烷从煤基质和微孔隙中的扩散，综合考虑了煤层甲烷的解吸附、扩散、渗流三个过程，并考虑了水力压裂产生高渗透裂缝对渗流场的影响，在煤层理想化等七个假设条件下，建立了煤层甲烷的非平衡拟稳态吸附扩散模型，利用该模型编制了煤层气井产能预测软件，并进行了模拟计算，给出了计算实例。结果表明：煤层在没有经过水力压裂处理时，煤层的气、水产量是很小的；经过水力压裂处理后，由于煤层的排水降压效果，煤层气井气、水产量有明显的增加，具有经济开采的产量规模。     

变形介质煤层气压力动态特征分析

在考虑煤层渗透率应力敏感性的基础上，采用非平衡态吸附模型，研究单相煤层气在煤体和割理中的流动规律。在拟稳态流数学模型假设条件下，用气体拟压力代替Langmuir吸附公式中的压力，得到气层中拟压力所满足的方程，并采用正则摄动法和Laplace变换法进行求解，通过拉氏数值反演，得到0阶摄动解。对渗透率变异系数和双重介质参数变化时压力的变化规律进行了分析，该结果为煤层气藏开发提供了理论依据和新的试井模型。     

超破裂压力注气开发煤层甲烷探讨

中国大多数煤层气藏具有低压、低渗、低饱和等特点，采用常规增产改造和降压开发技术难于奏效。文章提出了超破裂压力注气技术开发该类低渗煤层气藏的设想，将一次开采与增产改造、提高采收率紧密结合，在开发初期即实施提高采收率措施。研究表明，煤层甲烷解吸-扩散-渗流过程受多种因素影响，在煤层气开发中，一方面需要提高煤层渗透率，另一方面还必须促进甲烷高效快速解吸。超破裂压力注气开发煤层甲烷的机理主要包括降低甲烷分压诱发甲烷解吸，通过竞争吸附置换解吸甲烷，诱发微裂隙形成和天然裂缝延伸，补充能量，防止裂缝闭合和水相圈闭，降低应力敏感损害。超破裂压力注气方式包括注气吞吐和气驱，注气吞吐适用于单井开发，气驱则要形成注采井网。要针对注气开发煤层气特点，选用合理的注气和完井方式，形成注气开发煤层气配套技术，提高煤层甲烷产量和采收率。     

考虑应力敏感性的煤层气稳定流动气井产能方程

国内外大量实验研究表明,煤储层应力敏感性是存在的,而且对煤层气井生产有重大影响。在前人实验研究的基础上,建立了煤层渗透率与有效压力或地层压力之间的数学关系式,二者之间满足相关性非常高的指数变化关系;建立了考虑煤储层应力敏感性的达西流动和非达西流动气井产能方程。研究表明,煤储层的应力敏感性对煤层气井的产能有很大影响,随着生产压差的增加,气井的产量增加幅度较小,并逐渐趋向稳定,因此需要制定合理的生产压差进行生产。     

注气驱替煤层气的三维多组分流动模型

中国煤层气具有低压、低渗和低饱和的特点,采用常规技术开发效果不理想,注气增产法可使采收率达到90%以上,单井产量提高5倍以上,是一种具有发展前途的增产技术。指出注气后煤层中存在多元气体的相互作用,用常规的二相流动方程不能有效地模拟煤层气注气(N2,CO2)开采过程,这个过程需要煤层气多组分流动方程来描述;在注气驱替过程中还会发生新气体组分的出现和原有组分消失,当注入储层中不存在的气体组分时,新的气体组分就会出现,原先存在于煤层中的某些气体组分可能被完全分离出来而消失。在研究煤层气渗流机理的基础上并考虑这些因素,建立了一个注气驱替煤层气的三维、两相、双孔、全隐式、多组分流动模型。更多还原     

华北石炭、二叠系煤化变质程度与煤层气储集性的关系

煤化变质程度与煤层气储集性关系密切。华北石炭、二叠系煤化变质程度分为低、中、高三级。低演化变质程度的煤,微孔隙发育而大中孔隙及裂隙不发育,渗透率和解吸率虽然较高,但吸附性和甲烷含量较低,对煤层气的扩散、运移不利。高演化变质程度的煤因受高温高压的影响,亦是微孔隙较发育而大中孔隙及裂隙不发育,虽然吸附性和甲烷含量高,但渗透率和解吸率都低,是储层评价中不利的煤级。中演化变质程度的煤,因温度和压力适中,产生大量的内裂隙,大中孔隙十分发育,增加了渗透性和孔隙连通性,大量的气体生成后得以吸附保存,在勘探开发中易降压、解吸、扩散和运移,是煤层气勘探中最有利的煤级。太原-长治-郑州弧形高演化变质带的内外翼及弧形内侧太行山东麓含煤区是寻找煤层气的有利地区。     

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在低渗透气藏开采过程中，气体渗流受制于非达西效应和介质形变因素的影响，这影响不可忽视。然而，很少有文献来调查介质变形对低渗气藏气井产能的影响。文章建立了低渗气藏耦合流动数学模型，该模型考虑了非达西效应和介质变形因素的影响。数学模型采用有限差分隐式数值求解，对以前的一个气水两相数值模拟器源代码进行了修改，发展了一个简单的低渗气藏耦合流动数值模拟器。模拟计算分两个单元，即流体流动计算以及孔隙度、渗透率参数变化计算。算例分析结果表明：低渗气藏中孔隙度、渗透率参数变化降低气井产能的幅度比非达西流动影响大得多；不考虑耦合比考虑耦合计算的日产气量高出27%～39%。而在绝大多数气藏模拟计算中，都假定了孔隙度、渗透率参数保持常数，以致模拟计算结果比实际偏高。     

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煤层气储层描述是认识和评价煤层气储层的一项基本技术，通过储层描述建立煤层气储层地质模型，是煤层气有效勘探、优化开发的基础。根据煤层气及其储层的特点，将煤层气储层地质模型分为基础地质、煤岩学、吸附储集、储层物性及流体等五个特征进行描述。煤层气储层描述采用的是将煤层气地质学与储层工程相结合，静态与动态研究相结合的一套方法。该套方法在建立柳林煤层试验区４＃煤层地质模型过程中得到了应用，获得较好的效果。