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。     

有限体积法在煤层气数值试井中应用的探索

通过对现代数值试井技术主要使用的数值计算方法优缺点的对比分析,说明了有限体积法求解煤层气扩散方程的优势,确定采用有限体积法对煤层气井的数值试井模型进行求解。建立了圆形区域煤层的一维径向流动和二维平面流动的煤层气井稳定解吸数值试井模型,推导出了相应的有限体积法离散格式。通过对求解结果的分析,详细讨论了解吸系数、边界距离、边界性质、组合系数等因素对试井理论曲线的影响。该研究成果的理论曲线特征明显地反映了不同条件下煤层气井的压力变化规律,说明了有限体积法适合于煤层气井的数值试井研究。该研究成果拓展了煤层气数值试井模型求解的计算方法,对煤层气数值试井的发展有积极的指导意义。     

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煤层气数值模拟是以计算机为支持条件，模拟煤层气产出的全过程。基本步骤是：首先根据煤储层的地质特征，建立合理的地质模型；并据煤层气产出机理，建立能描述煤层气运动过程基本物理现象和边界条件、初始条件的数学模型，再离散化成数值模型；然后编制成计算机程序，建立计算机模型。文中介绍的煤层气数值模拟方法能全面、系统地综合分析各种影响因素，客观反映流体在储层中的流动特性，并具有开发成本低、可重复进行的特点。     

考虑井筒储集和表皮系数的煤层气三孔双渗模型

考虑井筒储集系数和表皮系数的影响,建立低煤阶煤层气单相流动的三孔双渗试井分析模型,采用Laplace变换及Stefest数值反演方法求得模型的数值解,绘制出典型压力曲线.这些结果将为低煤阶煤层气开采提供理论依据和新的试井模型.     

煤层气储层数值模拟研究的应用

储层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,其遵循常规油气藏数值模拟步骤,通常包括选择模型、资料输入、灵敏度试验、历史拟合和动态预测5个环节。煤层气属于非常规天然气,其储层数值模拟基于解吸―扩散―渗流的地质模型,在具体模拟过程中具有自身的特点。结合在新集煤层气试验区开展的储层数值模拟研究工作,重点阐述了模拟研究中的两个重要环节:模拟模型的建立(资料输入)和历史拟合。模拟模型的建立是进行储层数值模拟工作的基础,试验区模拟模型的具体内容包括:确定模拟区域及边界条件,剖分网格、确定流体的PVT性质参数、处理储层描述数据和处理动态数据等。历史拟合是运用已有生产井的动态资料校正模拟模型的逆过程。通过历史拟合,获得了更能够真实反映试验区储层特征的参数,分析了5煤层和6煤层附近的大段砂岩层对煤层气产量的贡献,提出了排采作业建议,并采用历史拟合的储层参数进行了动态预测。     

基于产能分析的多煤层气藏产层组合选择

针对多煤层气储层中的多尺度、多区域、多介质复杂流动问题,基于煤层双孔—单渗模型和层间窜流模型,考虑了产气阶段井筒气—水两相管流对井底流压的影响,建立了多煤层气藏全过程气—水两相耦合流动模型,采用数值方法对耦合模型进行求解.从产能角度对影响多煤层气合采井产能的因素进行敏感性分析,并基于产能贡献率分析对多煤层气藏进行层系划...     

低渗透煤层气藏直井开采数值模拟研究

建立了非均质各向异性双重介质煤层气储层直井井组开采的数学模型,模型中考虑了我国低压、低渗地质条件下的三维气、水两相渗流以及裂缝中气体的扩散。即考虑裂缝系统气体除存在达西渗流外,还存在煤层气气体的扩散。利用全隐式法对数学模型进行求解,完成了煤层气藏直井井组数值模拟,计算并分析了不同渗透率条件下煤层气井的产能。结果表明,所建立的模型是正确的。考虑裂缝中煤层气气体扩散的数值模拟程序更加符合我国的生产实际。     

考虑非稳态扩散的煤层气井产能预测模型

为了准确预测煤层气井产能,有必要研究煤层气的运移产出机理,在充分考虑煤层气不同于常规气藏的吸附一解吸特性后,分析煤层气的储集、运移和产出过程,分别用Langmuir等温吸附定律、Fick第二定律描述煤层气的解吸和扩散过程,在常规气藏运移产出渗流微分方程的基础上考虑解吸及扩散过程后,建立了煤层气运移产出的数学模型,运用无因次变换、拉普拉斯变换等数学方法求得模型的解析解,通过数值反演方法并结合实例得出计算结果,结果表明所建模型具有一定的现场应用意义。     

煤层气藏应力—渗流流固耦合模型及SPH求解

数值模拟是研究煤层气渗流的重要手段。将煤层气储层视为双孔双渗的多孔介质,同时考虑煤层的变形对瓦斯渗流的影响,建立煤层气藏应力—渗流流固耦合模型。综合考虑了煤层气的吸附与解吸效应、应力与渗流耦合作用等因素对煤层气开采的影响。采用SPH(Smoothed Particles Hydrodynamics)法求解控制方程,编制计算机程序。利用该模型求解并分析了煤层气的解吸—渗流过程以及煤层渗透率的变化情况。结果表明,SPH方法能够应用于煤层气解吸—渗流过程的数值模拟研究中来;煤层基质渗透率与裂缝渗透率与有效应力变化有密切关系,煤层气的渗透过程需要考虑煤层基质与裂隙受到的变形影响;考虑煤层气的吸附与解吸效应更加符合实际的煤层气渗流过程,能够更合理地估算实际采气过程中瓦斯涌出量。     

改性煤变压吸附分离煤层气中甲烷的研究

通过对中梁山改性煤样在不同流速下的穿透实验,得到了该煤样的吸附柱穿透曲线,建立了等温条件下的非线性柱动力学穿透模型,并通过MATLAB求解软件对该模型进行了数值求解。采用中梁山改性前后煤样、松藻改性煤和活性炭作为吸附剂对模拟煤层气进行变压吸附浓缩分离研究表明,对于低浓度的煤层气而言,采用中梁山酸碱改性煤样在提纯低浓度煤层气实验中优于活性炭。     

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。     

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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。     

物质平衡法在煤层气井产能预测中的应用

文中将常规油气田研究中的油藏工程方法应用于煤层气研究，使用物质平衡法建立了煤层气井产能预测模型，并且将油藏工程方法和数值计算方法相结合，得到了各计算参数之间的关系式，使模型在计算机得以实现。该模型可以计算出产量，压力，采收率等生产数据，实现生产预测的目的；同时可以通过同一参数值大小的变化来考察其对生产动态的影响规律。     

煤层气井复杂水力压裂裂缝模型研究

煤层与常规砂岩储层不同,煤层抗压强度低,易破碎变形,水力压裂时形成的水力裂缝系统也相对复杂。煤层水力压裂时常出现一些垂直裂缝与水平裂缝共存,或多条垂直（水平）裂缝存在的现象,形成所谓的复杂裂缝系统。复杂裂缝系统是煤层割理,煤层与上下顶底板岩性较大的力学性质差异,煤岩构造应力,煤粉堵塞,不同岩性的界面效应等因素综合影响的结果。当煤层垂直应力与水平应力相差较小时,煤层往往出现“T”字型或“工”字型裂缝系统,对“T”字型或“工”字型裂缝系统进行设计研究,对煤层水力压裂具有较强的指导意义。根据复杂裂缝形成机理,以“T”字型裂缝系统为例,建立了其数学模型,对模型进行了计算设计。根据模型对山西晋城煤层气井组某口井进行了实例计算,结果表明模型计算设计结果与实际电测结果符合性较好,对指导下一步煤层气井水力压裂施工起到了很好的作用,有较强的实际意义     

用测井响应值进行煤层气含量拟合和煤体结构划分

傅雪海,陆国桢,秦杰,贾红焱．用测井响应值进行煤层气含量拟合和煤体结构划分．测井技术,１９９９,２３（２）：１１２～１１５利用逐步回归方法建立了淮北宿南向斜煤层气含量与测井响应值之间的数学模型;利用聚类分析的方法将煤体结构划分为原生结构煤－碎裂煤、碎斑煤、碎粉煤（或糜棱煤）３种类型。此项研究弥补了煤田地勘过程中煤层气含量测试精度不高,煤体结构破碎之不足。对煤层气含量和煤层渗透率的研究有一定的现实意义。     

煤层气成藏动态模拟实验技术

以高温、高压岩心测试分析技术为基础,充分考虑煤层气的吸附、解吸特性,嫁接常规天然气成藏模拟技术,建立了具有独立知识产权的煤层气成藏模拟实验装置,这具有重要的科学意义。系统温度、压力变化对煤层气保存的影响,游离气的扩散、运移、散失,不同水动力对煤层气保存的影响,地层水流动对煤层气的溶失,确立这些影响煤层气保存的主要因素的工作都可以依靠煤层气成藏模拟试验装置得以实现,并最终进行量化分析、级别划分,建立煤层气成藏模式。     

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煤层气评价选区是煤层气开发的基础，也是难点。在回顾我国煤层气勘查历史的基础上，依据煤层气开发机理，提出煤层气地层能量评价法这一新思路，从地应力、地层压力、煤层富水程度和水体弹性能量等反映地层能量的参数出发，论述了它们在煤层气评价选区中的作用。据水动力形成机制，初步建立了盆地含煤地层压力模式，指出了形成具有较高地层能量的地质条件。结果认为，煤层富水程度较高且煤层水体弹性能量也较高的地区是煤层气勘探开发的有利区。     

煤层气藏非对称水力裂缝直井产能评价

煤层具有非均值性较强、压裂裂缝展布不均匀、非对称分布等特点,目前缺少煤层非对称裂缝产能评价模型.针对上述问题,运用Langmuir等温吸附方程及Fick扩散定律描述煤层气藏中的吸附、解吸及扩散现象,引入特殊的拟时间函数解决考虑吸附解吸现象的物质平衡方程中非线性较强的问题,利用新定义的参数表征压裂过程中水力裂缝的非对称性...     

低渗非达西煤层气井渗流数学模型建立与应用

低渗透煤层气藏中的气体渗流存在非达西效应,使用常规方法对其进行产量预测与计算时易出现误差。为有效解决该问题,在考虑启动压力梯度影响的条件下,建立了低渗煤层气藏气、水两相渗流数学模型。利用有限差分法进行了数值求解,编制煤层气直井开采数值模拟计算程序进行了产能预测,并分析了煤层参数对产量变化的影响。研究表明:①煤层气井生产时,存在气产量迅速升高、水产量迅速降低的阶段;②吸附时间越短,气产量越早到达高峰期,一定时间内产量也越高;启动压力梯度越大,高峰期后产量下降越快,最终产量也越小;③吸附气超饱和煤层气产量>饱和煤层气产量>欠饱和煤层气产量。