基于LBM方法的井间干扰对煤层气排采的影响机理分析

为了探明煤层气排采井间的相互干扰机制对合理布设井网、提高煤层气采收率的影响,采用LBM数值模拟方法再现了煤层气从割理空间至排采井口的运移过程,并系统分析了不同排采参数及井间干扰对产气量的影响机理。结果表明,井间干扰导致井筒间产气量差异随井间距的变化表现出波动起伏特征;若考虑单井产气量,井间干扰对产气量具有分段效应,当井间距Ds小于382.5 lu(lu为模拟格子长度单位)时为抑制作用,反之为促进作用;过小的井间距不利于煤层气排采,井间距超过临界阈值382.5 lu时,可加快煤层气的采收速率;井口平均流速v同压力差△p满足幂率关系v≈3.2△p^0.94。     

孔隙-孔喉分形多孔介质复杂类型组构模式表征

自然储层孔隙结构复杂,孔隙和孔喉共存且往往会表现出分形特征。经典的数量-尺度关系R_(ns)及其衍生模型虽然能有效获取分形维数D,然而它们之间多对一的关系无法保证反演建模的惟一性。与此同时,分形对象中复杂类型的种类及其组构模式尚不明了,这导致储层复杂孔隙结构等效表征的困难。因此,厘清孔隙和孔喉多类型共存、多尺度分布的孔隙结构中的复杂类型,进而定量表征其组构模式对评估油气的赋存和运移规律至关重要。新近出现的分形拓扑理论表明分形对象是耦合原始复杂性与行为复杂性的双复杂系统。这两类复杂类型表现出相互独立的组构模式,其中原始复杂性确定单尺度与多尺度、单相与多相、单类型与多类型等缩放类型,而行为复杂性则决定自相似、自仿射、多重分形等尺度不变特征。基于此,本文有效标定了孔隙-孔喉耦合分形结构中的复杂类型种类,查明了孔隙、孔喉以及其连通性的原始复杂性归属,利用泰森多边形算法实现了孔隙-孔喉耦合行为的定量描述,依据分形拓扑理论给出了行为复杂性的尺度不变定义,结合原始复杂性与行为复杂性组构模式发展了一种精细表征孔隙-孔喉耦合分形孔隙结构的算法。基于新算法,模拟了不同复杂组构模式下的分形多孔介质,分析了原始复杂性与行为复杂性对孔隙结构的影响,推演了孔隙度及比表面积计算公式并验证了其有效性。     

煤微观结构三维表征及其孔–渗时空演化模式数值分析

探讨煤岩微观孔隙结构统计意义上的等效构建方法,并于孔隙尺度下模拟流体运移行为的时空演化过程。首先,结合煤岩孔隙结构的各向异性及非线性特征,采用修正的四参数随机生长(QSGS)算法构建煤岩多孔介质模型。随后,采用格子Boltzmann方法(LBM)模拟孔隙中气体单相流的运移过程,并基于数值试验结果,分析煤岩介质中影响渗透率的主要因素及流体运移达到平衡态前的演化模式。分析结果表明：(1) 多孔介质的渗透性能受控于少量、连通性好的大孔所形成的通道,而小孔及微孔中气体的行为基本属于浓度扩散过程;(2) 孔隙属性空间变异条件相同情况下,孔隙度同渗透率之间满足乘幂关系,但幂率系数随孔隙属性变异因子的降低而增加;(3) 渗透率随时间呈减少趋势,自运移开始达到动态平衡的耗时量同孔隙度之间是一种负相关的幂率关系。     

颗粒填充型分形孔隙结构复杂组构表征

颗粒填充型多孔介质广泛发育于自然储层中,且常常表现出复杂的颗粒形貌、随机的空间分布以及分形的尺度结构等特征,它们的空间组配严重影响着油气资源的赋存运移。因此阐明孔隙结构细观控制机制是实现资源高效开发利用的基础,而其定量表征是根本。为此,依托于新近出现的分形拓扑理论标定了颗粒填充型分形多孔介质中孔隙结构的两类复杂类型,即描述颗粒几何形貌的原始复杂性,以及主宰尺度不变属性的行为复杂性。依据尺度不变属性的基本要求,判识出原始复杂性与行为复杂性相互独立的关系,明确了复杂类型组构模式。在此基础上,借助四参数随机生长算法实现了原始复杂性要素的等效表征,利用分形拓扑理论实现了自相似、自仿射属性的尺度不变定义,进而构建了任意颗粒填充型分形多孔介质模型定量表征的数学框架。最后,系统分析了原始复杂性以及行为复杂性对孔隙结构特征的控制,即颗粒团簇破碎程度、随机分布特征、边界粗糙度隶属于原始复杂性,自相似、自仿射等尺度结构特征则受控于行为复杂性,而孔隙结构的各向异性特征是原始复杂性及行为复杂性耦合作用结果。     

煤储层粗糙割理中煤层气运移机理数值分析

有效描述粗糙割理中煤层气运移机理是实现其产能准确评估的基本前提。结合裂隙的立方定律以及广义Kozeny-Carman孔-渗方程,于理论层面推导了考虑内、外摩擦所致的裂-渗关系模型。其中内摩擦效应以煤层气运移的水文弯曲度来描述,外摩擦则通过引入端面曲折率来定义。借助分形理论实现了割理端面粗糙几何的定量描述,并采用格子Boltzmann方法模拟了煤层气运移过程,分析了端面分形维、绝对粗糙度以及相对粗糙度对煤层气输运特征的影响。在此基础上,对比分析了新裂-渗方程解析值同数值模拟渗透率之间的关系。结果表明,考虑了内、外摩擦效应的新方程能有效描述微观粗糙割理中煤层气的运移规律,并且物理意义明确。     

自然分形多孔储层复杂类型及其组构模式表征：理论与方法

自然储层孔隙结构由于成因多样，往往表现为一种多元几何在尺度不变属性控制下的多尺度组配系统，其定量表征是精准评估储层静态物性以及有效揭示输运属性细观控制机制的关键。最新研究表明，分形对象是由相互独立的原始复杂性和行为复杂性组配而成的双复杂系统，因此原始复杂性的等效表征以及行为复杂性的惟一定义是实现储层孔隙结构定量表征的关键。基于以上认知，系统研究储层复杂孔隙结构表征方法并总结各自的优势与局限性，界定分形孔隙结构中原始复杂性要素，发展孔–喉–固–网–连的算法并实现单尺度/多尺度、单相/多相、单元/多元等任意原始复杂类型的等效表征，利用分形拓扑理论确保了孔隙结构中自相同、自相似、自仿射等分形行为的唯一定义，依托复杂组构概念构建分形多孔介质复杂孔隙结构的统一表征模型，进而在充分验证了新模型有效性的基础上论述其对自然储层孔隙结构精细描述的适配性，形成了分形多孔介质定量表征的理论与方法体系。