沁水盆地低渗透煤层气渗流数值模拟研究及应用

论文摘要

煤层气是一种可替代天然气的高效、洁净能源。开发利用煤层气,对于充分利用洁净能源,改善煤矿安全生产条件,保护人类赖以生存的大气环境,具有重大意义。我国煤层气资源极为丰富,但由于我国煤层气储层特征复杂,渗透率低,煤层气渗流速度慢,经典渗流理论并不适用于我国煤层气复杂流动规律,针对其局限性,需建立一个能正确描述低渗透率煤储层中煤层气渗流规律的数学模型。本文在国内外文献资料的基础上,分析了煤层气储集、运移和产出机制,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,特别针对我国煤层煤层气特殊的低渗透率的情况,加入了煤储层启动压力梯度因素,建立了双重介质、流固耦合数学模型。该模型中引入了Langmuir等温吸附定理,Fick第一定律来考虑煤层气的解吸和扩散对储层物性参数的影响,通过有限差分法对该数学模型进行离散差分,建立相应的数值模型,选择用IMPES方法,即隐式压力显式饱和度方法,实现了这一复杂数学模型的数值求解。利用FORTRAN语言,将成熟的黑油模型的程序修改开发成为煤层气渗流数值模拟程序,并将山西省沁水盆地3~#煤层晋试1井现场试井数据资料应用于编制的程序中,验证程序的可靠性,并对该井进行了历史拟合和产量预测。在此基础上,分析了低渗透率条件下,启动压力梯度对试井产能的影响。此外,对数值模拟计算出的各项数据进一步分析,得到试井采排的产水规律及其影响因素,并利用Visual Basic工具,编制软件,为沁水盆地煤层气井的采排工作提供便利。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 本文的研究背景、目的和意义
• 1.2 煤层气数值模拟
• 1.3 煤层气渗流的数值模拟目前国内外的研究状况
• 1.4 本文主要的研究内容及研究方法
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 2 煤层气储集、运移和产出机理
• 2.1 煤层气的储集
• 2.2 煤层气的运移
• 2.2.1 煤层气的解吸
• 2.2.2 煤层气的扩散
• 2.2.3 煤层气的渗流
• 2.3 煤层气的产出
• 2.4 本章小结
• 3 煤层气渗流数学模型及数值解法
• 3.1 煤层气渗流几何模型的建立
• 3.2 数学模型的建立
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 数学模型
• 3.3 辅助方程
• 3.4 定解条件
• 3.4.1 边界条件
• 3.4.2 初始条件
• 3.5 数值模型
• 3.6 IMPES解法
• 3.6.1 IMPES解法基本思想
• 3.6.2 IMPES解法线性化
• 3.6.3 方程求解
• 3.7 参数、导数项和边界条件处理
• 3.7.1 参数处理
• 3.7.2 导数项处理
• 3.7.3 外边界条件处理
• 3.8 本章小结
• 4 低渗透煤层气渗流数值模拟在沁水盆地的应用
• 4.1 气井地区地理情况
• 4.2 气井地区地质特征
• 4.2.1 煤层埋深
• 4.2.2 煤层剖面
• 4.2.3 煤层解吸曲线
• 4.2.4 试验井气水产量
• 4.3 试验区煤储层模拟
• 4.3.1 试井参数的选取
• 4.3.2 编制程序
• 4.3.3 数据文件
• 4.3.4 煤层气渗流数值模拟
• 4.4 沁水盆地低渗透煤储层的特殊性说明
• 4.5 沁水盆地煤层气试井产水规律
• 4.5.1 产水量与各项排采参数关系曲线图
• 4.5.2 软件的编制及应用
• 4.6 本章小结
• 5 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 学位论文数据集