低渗透煤层煤层气注热开采过程的数值模拟

论文摘要

煤层气是煤炭伴生的洁净能源。勘探结果表明,中国拥有丰富的煤层气资源,但绝大部分储气煤层为低渗透煤层,煤层气开采量较小,无法形成大规模工业化开采。因此研究煤层气的解吸渗透特性,特别是低渗透煤层煤层气的具体开采方法,对于预防瓦斯事故,充分开发并合理利用煤层气资源具有重要的实际意义。目前,关于地应力及孔隙压力的改变对煤层气渗透率及产量的影响,国内外众多学者取得了大量理论及实验研究成果;在注气驱替煤层气以提升煤层气的渗透率和解吸量的方面,也得到了大批的成果。理论揭示,温度是改善煤层气渗透性能的一个关键因素。应用煤层气地质学、渗流力学和数学物理方法等理论,针对低渗透煤层的特点,根据煤层气的解吸、渗流变化规律及双重介质的三场耦合作用机理,建立了非等温条件下低渗透煤层气相流固耦合渗流的数学模型,详细推导了该数学模型的全隐式数值求解方法,并根据模型和工程实际数据进行了后续模拟分析。给出了开发注热开采煤层气藏储层数值模拟软件思路。根据实验获得的非等温条件下煤层气的解吸渗流规律,经数据拟合,分析得出:不同温度条件下,渗透率随孔隙压力的增加以指数形式递增;在相同围压、轴压和孔隙压力条件下,等温解吸时,煤样瓦斯渗流量随温度的增加而呈现指数递减规律;升温解吸时,解吸量比低温下的渗流量增加,孔隙压力越大,渗流量增加越明显。将实验数据与数值模拟的结果进行比较研究,认为在注热开采煤层气时,通过间歇式注热(蒸汽吞吐)使煤层温度梯度不断变化,煤层发生升温解吸,有利于煤层气的产出。对我国在低渗透煤层气藏开采中实现煤层气热采提出新的思路

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 煤层气研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 问题的提出及课题来源
• 1.4 研究思路和主要研究内容
• 2 煤层气赋存、运移和产出机理
• 2.1 煤层气的储层特征
• 2.1.1 煤储层的孔隙结构
• 2.1.2 煤储层的渗透性
• 2.2 煤层气的储集机理
• 2.2.1 游离气储集机理
• 2.2.2 溶解气储集机理
• 2.2.3 吸附气储集机理
• 2.3 煤层气运移和产出机理
• 2.3.1 煤层气的解吸机理
• 2.3.2 煤层气的扩散机理
• 2.3.3 煤层气的渗流机理
• 2.3.4 煤层气的产出机理
• 3 煤层气藏储层数值模拟模型建立及求解
• 3.1 低渗透煤层气渗流的数学模型
• 3.1.1 煤层气解吸、扩散、渗流控制方程
• 3.1.2 煤层气储层控制方程
• 3.2 注热开采煤层气全过程的数学模型
• 3.2.1 温度场方程
• 3.2.2 煤岩变形场控制方程
• 3.2.3 煤岩骨架变形对煤层气渗流影响的关系式
• 3.2.4 煤层气渗流对煤岩体变形影响的关系式
• 3.2.5 温度场，应力场对瓦斯渗流的影响关系式
• 3.2.6 定解条件
• 3.2.7 注热开采煤层气全过程的简化数学模型
• 3.3 数值解法
• 3.3.1 离散化和有限差分
• 3.3.2 注热开采煤层气数学模型的数值解法
• 4 注热开采煤层气过程的数值模拟
• 4.1 数值模拟原始参数
• 4.2 单井注热开采参数变化规律
• 4.2.1 单井注热开采储层压力变化规律
• 4.2.2 单井注热开采储层温度场变化规律
• 4.3 双井注热开采参数变化规律
• 4.3.1 双井注热开采储层压力变化规律
• 4.3.2 双井注热开采储层温度场变化规律
• 4.4 多井注热开采参数变化规律
• 4.5 注热后储层温度场的变化
• 4.6 注热开采煤层气与注热开采石油天然气机理的主要差异
• 4.6.1 蒸汽吞吐采油技术原理
• 4.6.2 蒸汽吞吐采油增产机理
• 4.6.3 开采特征
• 4.6.4 提高蒸汽吞吐效果方法
• 4.6.5 差异对比分析
• 4.7 程序的编写思路
• 4.7.1 算法步骤
• 4.7.2 程序结构
• 5 注热情况下煤层气解吸渗流规律实验对比研究
• 5.1 实验方法
• 5.1.1 实验系统
• 5.1.2 实验方案
• 5.1.3 实验步骤
• 5.2 实验结果及分析
• 5.2.1 温度对煤层气渗透率的影响规律
• 5.2.2 温度对煤层气渗流量的影响规律
• 5.3 实验误差分析
• 5.4 实验结果理论基础分析
• 5.5 实验结论
• 5.6 实验和数值模拟的对比分析
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 相关学术论文及科研成果