煤层气提高采收率方法浅析

本文对比了多种煤层气采收方法,研究不同采收方法的实际特点,对于验证煤层气采收率的提高有着指导意义。     

煤层气储层渗透率变化规律的物理模拟实验研究

煤层气勘探中存在着煤变质程度差异性大和储层物性变化规律差异大的特点,这些特点直接制约着我国煤层气产业化的进程。利用煤层气成藏模拟装置模拟了煤层气成藏过程,探索了煤层气储层物性变化规律,分析了储层物性变化对煤层气成藏过程的影响。认为渗透率是影响高、低煤级煤层气成藏的主要因素之一,对其它影响成藏的因素仍需进行物理模拟,以完善成藏理论。     

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煤层气的产出过程与常规天然气不同，要经过解吸、扩散、渗流三个过程，煤层气数值模拟是描述这一过程的特有技术。本文简单介绍了煤层气数值模拟技术理论和Coalgas软件的特点，以沁水煤层气田樊庄区块煤层气试验井组为实例，拟合了对该区块产气、产水生产历史，确定了接近于实际储层的地质模型，在此基础上进行了开发井网、井距等的优化研究和开发指标预测，确定了沁水煤层气田樊庄区块的最佳开发方式。     

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。     

煤层气采收率的影响因素及提高采收率策略研究

随着社会的不断发展,煤层气采收工作成为我国煤层气资源开发与利用的核心内容,关乎到我国煤层气资源的未来的发展方向。通过对煤层气采收率级进行分析,深入了解气藏地质特征、经济发展、开发技术等,探讨出影响煤层气采收率的因素,结合我国煤层气发展现状以及相关科学技术,科学合理的制定出提高煤层气采收率的防范与此类。     

提高煤矿抽放煤层气甲烷浓度的变压吸附技术的理论研究

煤层气中的甲烷是一种优质的气态燃料和化工原料,但是我国抽放煤层气中甲烷浓度大多数情况下都很低,严重制约了煤层气的综合利用。变压吸附(PSA)技术以其独特的优势已成为人们关注的煤层气分离提纯的技术。本文采用计算机模拟的方法对模拟的抽放煤层气(CH4-N2混合气体)提浓甲烷的PSA全过程进行了模拟,从理论上较为全面地分析了PSA过程操作参数对甲烷提浓的影响,为煤层气的实际分离过程提供一定的设计依据。     

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煤层气作为一种非常规天然气，其运聚机制和气藏模式与常规天然气均不相同，这些都直接制约了我国煤层气产业化的进程。利用高温、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，建立了国际上第一台煤层气成藏模拟具有重要科学意义。煤层气成藏模拟装置能模拟煤层气储层的温压特征，探索煤层气运聚机制，特别是煤层气藏是如何保存的，煤层气如何运聚的，煤层气藏压力系统是如何变化的。模拟技术充分考虑煤层气保存条件、煤层气运聚规律、水文地质条件开展了卓有成效的模拟工作，在沁水高煤阶区域和吐哈低煤阶区域开展对比模拟，取得了以物性变化二元论为代表的一批新成果，查清了渗透性和水文地质条件对高低煤阶煤层气的控制作用。     

煤层气成藏模拟技术及应用

煤层气作为一种非常规天然气,其运聚机制和成藏模式与常规天然气不同。认为应以高温、高压岩心测试分析技术为基础,充分考虑煤层气的吸附和解吸特性,嫁接常规天然气成藏模拟技术来建立煤层气成藏模拟装置,这也是国家 "973" 煤层气项目的重要研究内容。煤层气成藏模拟装置能模拟煤层气储层特征,能探索煤层气运聚机制,特别是能探索煤层气藏是如何形成的和煤层气系统是如何被打破的和恢复的,还能模拟地层水流动对煤层气的溶失作用;在诸多单因素模拟的基础上,该装置能开展综合模拟,最终进行量化分析、级别划分和建立煤层气成藏模式。     

注二氧化碳提高煤层气采收率数值模拟

随着全球温室效应的逐渐增强,CO2的处理已成为各国关注的问题。在煤层气开采中,利用CO2提高煤层气采收率也成为研究热点。针对煤层气开发过程中的产气量低的问题,从物理模拟方法和数值模拟角度出发,进行了CO2置换煤层气的等温吸附实验以及置换过程中的浓度测定研究,并对山西晋城地区运用ECLIPSE软件进行了数值模拟研究。研究结果表明,CO2能提高煤层气的产量和采收率,使产量保持稳定,采收率高达94%,同时也能有效地减少CO2的排放,缓解温室效应。     

煤层气羽状水平井数值模拟新方法

羽状水平井技术是近几年兴起的一项新的煤层气增产技术。目前,在煤层气数值模拟中广泛采用的笛卡儿正交网格,在描述羽状水平井等复杂井型方面存在较大的局限性,并且在模拟过程中存在严重的网格取向效应。针对这一问题,提出使用笛卡儿网格和六边形PEBI网格分别对羽状水平井和煤层气藏区域进行模拟的混合PEBI网格模拟方法；给出了控制体有限元差分方程,提出了新的混合网格生成方法；结合某煤层气田实际地质资料,对直井、水平井和羽状水平井等开发方式分别进行了模拟。计算结果表明,该网格系统节点灵活,能够广泛适用于多种井型的煤层气数值模拟。     

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。     

煤层气地质研究进展与趋势

煤层气地质研究正面临以下挑战:a)煤层气成藏的地质过程与动力学机制研究,以揭示生气性和储气性的协调发展关系,查明复杂地质条件下煤层气藏的形成机理、成藏类型和分布规律;b)煤层气储集系统与聚散机制研究,以剖析煤-水-气的耦合关系与煤的储层特性共同制约煤层气的扩散、渗流、运移、逸失和聚集的过程;c)煤层气藏经济高效开发的场效应研究,以探讨地球物理场和地球化学场与人工改造、强化开采间的互动机制,有效预测煤层气的勘探开发效果.      

数字模拟技术在鄂尔多斯盆地煤层气区块的应用

较之于常规气藏,煤层气藏最大的不同点便是煤层气以吸附、游离和溶解3种状态赋存于煤孔隙中,3种状态处于一个动平衡过程。煤层气井的排采是一个排水降压过程,其产出特征与常规天然气也有所不同,排采过程要经过解吸、扩散和渗流3个过程,常规的油气数值模拟不能描述这一过程。为此,介绍了煤层气数值模拟技术理论和软件的主要特点,采用煤层气数值模拟技术,以鄂尔多斯盆地煤层气保德区块直井井组和临汾区块水平井为例,在单井静、动态参数准备、地质模型建立和历史拟合的基础上,采用变井底流压预测技术,对煤层气井的产气、产水情况及生产动态关键参数进行预测,基于指标对比结果预测：保德区块15年后井组采出程度将超过55%,临汾区块12年的累计产量低值为1 238×104 m3。该成果为区块煤层气井合理工作制度的确立和开发措施调整提供了借鉴依据。     

煤层气井射孔参数对产能的影响

煤储层具有质软、性脆、易造粉、低孔、低渗、低饱和压力层的特点,使煤层气井产能与射孔参数之间的关系复杂。建立数学模型反映煤层气的运移产出过程和射孔参数对渗流的影响。利用数值模型编制软件完成数学模型求解。通过对煤层气井生产进行模拟,研究了射孔参数（主要包括孔深、孔径、孔密、相位角等）对煤层气产能的影响规律,与常规气藏进行了对比,对现场试验对比做出了分析。     

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。     

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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。     

中国煤层气采收潜力的研究

常规煤层气生产量的获取不仅对国家经济可持续发展及能源安全具有重要作用，而且也是ＣＯ_２注入煤层提高煤层气采收率和ＣＯ_２埋藏量估算的关键。根据中国煤层气资源丰度、甲烷含气量、煤层渗透率、地层压力和勘探程度因素等，分析得到了中国不同煤层气聚气带生产的校正因子；根据甲烷含量大于4 m³/t的1500 m以浅煤层气资源量和资源特点，在煤层气平均采收率为30%的基础上，采用对平均采收率校正的方法，对中国4个聚气区和29个聚气带煤层气采用常规生产技术的采收量进行了计算，并结合中国天然气的产量分析了煤层气的生产期。研究表明，在所评价的29个煤层气聚气带中，采用常规煤层气生产技术可以采收33347×１０^８m³ 煤层气，主要的煤层气生产聚气带为华北区的沁水和华南区的滇东-黔西，分别占可采出煤层气的29.05%和21.80%。按2002年天然气实际生产量和2010年天然气预测产量计算，中国煤层气采用常规煤层生产技术可分别生产103 ａ和40 ａ。     

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流体在煤层中的传输机理包括：气体在煤内表面解吸,并通过基岩和微孔隙扩散进入裂缝网络中。若岩块表面甲烷气体的释放速度比气,水相在煤层割理中的流动速度快得多,那么在模拟煤层气开采过程时,解吸动能是可以不考虑的,这个假设允许吸附在煤层表面上的甲烷气可以作为溶解在非流动油中的气体来模拟;煤层中的朗格缪尔等温曲线可视为常规油藏中的溶解气油比曲线,可用常规油藏模型描述煤层气,而不需要对模型源码做任何修改,基于上述思路,用热采模型模拟煤层气开采过程,并与用煤层气模拟软件（COMETPC）的计算结果进行了比较,趋势非常接近。     

天然气管网稳态分析方法研究现状与展望

为了形成具有煤层气集输特点的管网模拟技术,系统总结了天然气管网稳态分析的基本方法,比较分析了节点法、环路法、管段方程法等三种方法的特点,调研了天然气管网稳态分析方法的研究现状,对城市配气管网稳态分析方法应用于煤层气集输管网的适用性进行了分析。煤层气集输管网模拟可借鉴城市配气管网稳态分析的基本方法,但必须考虑煤层气集输管网自身的特点。煤层气集输管网稳态分析的难点应是如何实现两相管流水力热力计算模型与管网方程的联立。     

水城—纳雍地区构造控制下的煤层气成藏特征

贵州省煤层气资源丰富,水城—纳雍地区是研究煤层气成藏特征的有利区域。本文在系统分析煤层气成藏地质背景的基础上,结合构造埋藏史和生烃演化史数值模拟研究,探讨水城—纳雍地区煤层气成藏特征及构造对成藏的控制作用。结果表明,在煤田勘探资料约束下,数值模拟结果可信,过程合理,较好地反映了水城—纳雍地区上二叠统煤层的构造埋藏史和生烃演化史。在构造作用控制下,水城—纳雍地区具有如下煤层气成藏特征:向斜控气;中新生代构造抬升剧烈,气藏埋深小;多期生烃作用,煤层气含量高;成藏过程复杂且分异明显。