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气井的试井分析是气藏开发动态监测和动态分析的一个重要手段。气藏和气井进入开发的中、后期后,不同程度地见水使井筒气水两相流动和地层气水两相渗流对试井分析结果的影响日益突出,包括常规试井方法和现代试井方法的现有传统试井分析技术受解析解处理方式的限制,无法较好地考虑上述复杂因素的影响,寻求新的试井分析方法已经成为气田开发对技术发展的一大要求。文章针对天然气开发过程中气水井井筒流动和地层渗流的特点,考虑井筒气水两相流动和地层气水两相渗流等对试井分析的影响,建立了气水两相地层／井筒两相组合数学模型并用数值方法进行了求解。为气水井试井开辟了新的途径。     

有水气藏地下渗流数学模型

遵循渗流力学的基本规律,在定义气水两相拟压力基础上,首次导出了气水两相地下渗流数学模型,并获得数学模型的解,从而为气水两相渗流气藏中井的压力动态及试井分析奠定了一定理论基础。     

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气水同产井是有水气藏开发中后期所出现的一种普遍现象,此时地层的渗流特征不同于单相气体渗流特征,必然导致气水同产井的压力动态特征不同于纯气井,即气水同产井的流入动态不同于纯气井,而气不同产井的流入动态是动态分析及井筒举升的基础,关于气水同产井流入动态的研究,国内还未见相关的文献报道,文章的研究作了有益的浓度,文章基于质量守恒原理,建立了气水两相地层瞬态渗流的数学模型,通过定义气水两相拟压力函数,将渗流数学模型线性化,在获得数学模型解后,考虑地层损害和非达西效应的影响,推导出在地层中为水气两相渗流的气水同产井的二项式产能方程,从而建立了气水同产井瞬态流水动态关系曲线的理论,由此,可以作出气水同产井的流入动态关系曲线,为气水同产井的动态分析提供了理论基础。     

井斜角对产水大斜度井产能的影响

以质量守恒定律为基础,考虑大斜度井气水两相渗流,定义了气水两相拟压力函数,建立了大斜度井气水两相渗流条件下产能计算方法,并分析了井斜角对大斜度井流入动态的影响。分析表明,随着井斜度的逐渐增大,气井无阻流量逐渐增大,且增大的趋势越来越急剧。     

用交错网格建立气水两相数值试井模型

数值试井是解决复杂地层中多相流试井问题的有效手段.本文考虑复杂地层天然气开发过程中井筒气水两相流动和地层气水两相渗流等对试井分析的影响,建立了气水两相地层/井筒两相组合数学模型.在对井筒微分方程进行离散时,采用交错网格离散井筒气水两相流动的动量守恒方程,解决了常规网格导致的不合理压力场问题,为模型的求解奠定了良好的基础.实例计算结果表明,交错网格的应用是成功的.     

气水两相流二项式产能方程研究

针对边水驱气藏开发中后期地层存在气水两相渗流这一实际情况,井的气水两相流产能分析理论及分析方法对于气藏工程研究和采气工程研究都具有重要的意义.从渗流力学的基本原理出发,结合质量守恒方程,建立了气水两相流的数学模型,推导出气水两相流时的二项式产能方程,并且给出了求解该数学模型的方法,建立了关于稳定流入动态关系曲线的理论,由此可以做出流入动态关系曲线,为确定井的产能及进行动态分析提供了理论基础.     

确定气水同产水平井流入动态关系的新方法

气水两相渗流过程中,气体从水中逸出,或水从气体中析出会改变气藏渗流特征。针对这一现象,基于渗流力学的基本理论,结合保角变换数学方法,将水平井三维流动简化成水平面和垂直面的两个平面流动,同时考虑地层中气水相互溶解和挥发的过程,推导出水平井气水两相渗流的数学模型,建立了水平井气水两相产能方程,并结合相对渗透率辅助方程及水驱气藏的物质平衡压降方程,建立了气水同产水平井综合渗流模型。利用自动拟合方法,通过对气井产气量、产水量、油套压的自动拟合分析,求取气水同产水平井综合渗流模型参数,同时得到气水两相产能方程、气水相渗曲线、单井控制储量与水侵强度。该方法摆脱了确定气井产能必须依靠现场试井的局限,为气水两相流井的产能及动态分析提供了一种新的理论方法。     

用交错网络建立气水两相数值试井模型

数值试井是解决地层中多相流试井问题的有效手段。本文考虑复杂地层天然气开发过程中井筒气水两相流动和地层气水两相渗流等对试井分析的影响,建立了气水丙相地层／井筒两相组合数学模型。在对井筒微分方程进行离散时,采用交错网格离散井筒气水两相流动的动量守恒方程,解决了常规网格导致的不合理压力场问题,为模型的求解奠定了良好的基础。实例计算结果表明,交错网格的应用是成功的。     

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文章首先利用先进的激光刻蚀技术，将岩石的真实裂缝结构刻蚀在光学玻璃板上，制作成可供摄像用的透明微观物理模型, 并加压让气水两相流过微裂缝，观察到气水两相在裂缝性地层中的流动分为三种现象，即水窜、绕流、和卡断现象。在此基础上，建立了气水两相裂缝渗流模型，将气水两相流动分为四个流动阶段，即静止、运动、卡住和卡断阶段。从微观渗流角度出发，利用能量守恒原理详细地分析了裂缝性地层中气水两相渗流机理，证明裂缝性地层中气水两相流动具有不连续性。该过程不能用Vogel方程进行分析计算，同时也说明裂缝性地层中的气水分布与压力分布无关，只与构造形态、水侵特征和产水历史有关。由此我们知道有水气井井底产水具有波动性，不能用井口产水来描述井底产水，从而提高了对裂缝性地层中气水两相渗流特征的认识，可以更好地指导裂缝性地层中有水气井的生产。     

气水两相流试井解释理论模型与图版研究

从渗流力学的基本原理出发，基于气水两相物质平衡方程和状态方程，结合运用两相拟压力的方法，建立了气水两相不稳定试井模型。考虑井筒储集效应和气体高速渗流的非达西效应的影响，得出无因次拟压力及其导数与无因次时间之间的关系，制作了气水两相流试井理论图版，为气水两相流试井解释研究提供了理论基础。     

水饱和煤岩储层甲烷运移动态特征

为了获取低渗煤层两相流动参数,系统分析了水饱和煤层甲烷运移动态特征。通过水饱和煤样气体运移实验明确了两相流体流动行为,获取了气相渗透率、排驱压力和吸附速率等参数。结果表明:水饱和煤岩中甲烷运移需克服毛细管排驱压力,渗透率越小其值越大;基于压差与排驱压力的大小关系,水饱和煤层中甲烷运移可分为毛细管力控制和扩散控制两个阶段;气体存在损失现象,毛细管力控制阶段甲烷滞留于煤岩孔隙,扩散控制阶段甲烷吸附于煤岩表面;水相降低了气体扩散能力,渗透率越高吸附速率越小。研究成果有助于原地条件下低渗水饱和煤层两相流动参数测试方法的改进,有利于水饱和煤层气藏排采制度优化。     

阜康白杨河矿区大倾角厚煤层剩余含气量动态分布特征

新疆准噶尔盆地阜康白杨河矿区煤层厚度大、倾角大,其剩余含气量动态分布规律与常规水平煤层不同。利用数值模拟,构建了大倾角厚煤层压裂直井、裸眼水平井和分段压裂水平井模型,探寻不同井型排采过程中剩余含气量动态变化规律。研究结果表明：排采前期,煤层剩余含气量整体呈以射孔为轴的扇形变化特征;排采中前期,受到气、水重力分异影响,煤层气从深部解吸出来并向浅部运移,造成浅部储集层压力升高,煤层气二次吸附于煤层,浅部含气量升高;排采中期,煤层浅、中部形成吸附—解吸平衡区域;排采中后期,深部解吸气被采出后,储集层压力降低,中、浅部煤层开始新一轮解吸;排采后期,在深部煤层存在明显的高剩余含气量区。     

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。     

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。     

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煤层气是一种压力封闭型气藏，其生产特征不同于常规天然气。美国多年煤层气井开采证实，煤层气井的生产分为三个阶段：早期阶段、过渡阶段和晚期阶段。文章结合我国煤层气井生产实践，指出国内大多数煤层气井的生产还处于早期阶段，并进一步将早期阶段详细分为压裂效应期和正常生产期；同时对影响生产特征的因素进行了分析，指出了增产措施—压裂造成了早期阶段的压裂效应，较大的裂缝长度和较高的渗透率有利于提高采收率，高地层压力有利于排水降压，但渗透率过高会造成煤层大量产水。     

煤层气井产出剖面测试技术实验研究

针对煤层气井的开发特点制定了基于集流和非集流测量的实施技术方案。设计并加工压阻式流量计、过流式电容持水率计、压差流量计等实验样机,开展了气水两相条件下的实验研究,考察了各传感器在气／水两相流条件下的响应规律,研究出一套集流条件下的产气、产水量解释方法,证实了煤层气井产出剖面测量方法和传感技术的可行性。     

煤层气井井底流压分析及计算

煤层气井井底流压的大小直接决定煤层气产量的大小,为了获得高产,必须清楚认识井底流压并精确计算其数值。根据垂直气液两相环空管流理论,首先描述了煤层气的环空流动特征及井底流压的组成部分;结合现场生产测试资料,采用Hasan-Kabir解析法和陈家琅实验回归两种方法计算了井底流压值,并分析了其与气体流量的关系。结论认为：①油套环空中流体由上而下分为纯气体段、混气液柱段（高含气泡沫段和普通液柱段）,井底流压为套压、纯气柱压力及混气液柱压力三者之和;②两种方法计算的井底流压值大体相同,与实测值误差小,精度高;③井底流压与气体流量呈负相关关系,而且随着井底流压下降,压降漏斗不断扩大,井底流压下降相同的数值能产出更多的煤层气。     

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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。     

煤层气井低压非临界流下嘴流规律分析

井口嘴流规律对于确立储层、井筒压力与气井产量变化规律具有重要意义。为此,根据现场井口喷嘴建立理论计算模型,采用理论计算模型与Fluent软件仿真分析相结合的方法,并耦合温度变化的影响,研究煤层气井井口非临界流下嘴流流场情况,得到煤层气低压非临界流井口嘴流压降和温度的耦合变化规律:在非临界单相流状态下,随着喷嘴直径和开度的减小、煤层气流量的增大,压降逐渐增大,反之压降逐渐降低;煤层气井井口喷嘴节流效应引起温度降低,受流量及喷嘴开度的影响,当开度为5 mm、喷嘴流量在4000 m^3/d以上时,喷嘴流量每增加500 m^3/d,喷嘴出入口温度降低1℃,而且开度越小,温降越明显。研究结果可为煤层气井动压调节增产措施的制订提供理论依据。     

含煤盆地深层“超饱和”煤层气形成条件

中国深层煤层气资源丰富，但总体勘探和认识程度较低，尚未形成较为系统的深层煤层气地质理论。通过解剖分析准噶尔盆地白家海凸起和鄂尔多斯盆地临兴区块深层"超饱和"煤层气井的试气/生产动态，估算原地游离气的含气量，分析了深层"超饱和"煤层气的形成条件。研究表明：①深层"超饱和"煤层气储层中除吸附气外，还含有原地游离气，用常规试气方法可直接获得气流，煤层气的产出不明显依赖于排水降压；②埋藏超过一定深度，在煤阶和温度的综合作用下，煤的吸附能力将随埋深的继续增加而降低，煤层中吸附气的饱和度有增加的趋势，在达到吸附饱和后，出现原地游离气并形成"超饱和"煤层气，盆地深层具有"超饱和"煤层气形成的优势条件；③由于地温梯度和压力梯度的不同，不同盆地"超饱和"煤层气出现的临界深度不同，异常高压和异常高热流可以降低深层"超饱和"煤层气形成的临界深度；④深层"超饱和"煤层气开发具有大大缩短见气时间、充分利用地层能量和累积产水量低等优势，有望成为未来煤层气勘探开发的一个重要领域。