煤层气储层数值模拟研究

发布时间：2017-04-18 18:12

  本文关键词：煤层气储层数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大量实验研究和现场应用证实了煤层气藏开采过程中经历解吸、扩散、渗流过程，储层孔隙度和渗透率随压力变化。而经典渗流规律不再适用于煤层气复杂流动特征和储层地质特征，针对其局限性，建立了一个合理的、能正确反应煤储层孔隙度和渗透率变化的煤层气储层数学模型。 本文基于国内外文献调研，分析了煤层气储集、运移和产出机制，针对煤层气开采经历的解吸、扩散、渗流等复杂流动过程，建立了三维、双重介质、气-水两相数学模型，该模型考虑了非平衡拟稳态吸附、煤层气解吸后煤基质收缩变化对储层物性参数的影响：计算煤层气井产量时，推导出压裂水平井的产能公式，，公式考虑了煤层气储层非均质性、裂缝部分穿透储层、裂缝条数等因素对水平井产能的影响。该模型采用IMPES方法数值求解，并借助计算机技术开发了具有友好界面的煤层气储层数值模拟软件CBM-RS1.0，实现了数学模型的数值求解和计算机求解，应用该模拟器研究了煤基质收缩对储层孔隙度、渗透率和井产能的影响，分析了基质收缩模型的敏感性，对比了压裂水平井和直井开采煤层气的效果。主要研究成果： 1 基于固体变形理论与固体表面能理论，建立煤基质收缩或膨胀变形与煤裂隙渗透率和孔隙度关系的数学模型。该模型避免了直接用煤体收缩系数和ε_l/β来计算储层孔隙度和渗透率所引起的误差。 2 基于位势理论和叠加原理，建立煤层气储层压裂水平井产能计算模型。该模型考虑了煤层气储层非均质性、裂缝部分穿透储层、裂缝条数等因素对水平井产能的影响。 3 建立三维、双重介质、气—水两相煤层气储层模拟的数学模型，模型考虑了非平衡拟稳态吸附、煤基质收缩对储层孔隙度和渗透率的影响，并进行数值求解。修改黑油模拟程序BOAST Ⅱ源代码，发展了一个煤层气模拟器，该模拟器突破目前大多数煤层气模拟软件不能考虑煤基质收缩影响所存在的局限性。 4 采用可视化编程工具Compaq Visual Fortran 6.5和Visual Basic 6.0开发煤层气储层模拟器主程序及应用界面，运用相关软件对计算结果进行处理。
【关键词】：煤层气 煤基质收缩 储层物性参数 程序界面 数值模拟
【学位授予单位】：西南石油学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TD84
【目录】：

• 1 概述9-17
• 1．1 问题提出及研究目的意义9
• 1．2 煤层气数值模拟国内外研究进展9-12
• 1．2．1 国外煤层气数值模拟研究进展9-11
• 1．2．2 国内煤层气数值模拟研究进展11-12
• 1．3 煤基质收缩和膨胀国内外研究进展12-13
• 1．4 主要研究内容、方法和技术路线13-15
• 1．4．1 研究内容13-14
• 1．4．2 研究方法14
• 1．4．3 技术路线14-15
• 1．5 主要研究成果15-17
• 2 煤层气储层岩石物理特性17-31
• 2．1 煤层气储层孔隙与裂隙特征17-19
• 2．1．1 煤储层基质孔隙17
• 2．1．2 煤储层裂隙特征17-19
• 2．2 煤层气储层渗透性影响因素19-23
• 2．2．1 有效应力20
• 2．2．2 煤基质收缩20-22
• 2．2．3 克林肯伯格效应22-23
• 2．3 煤储层孔隙表面积23
• 2．4 煤基质收缩或膨胀特征23-31
• 2．4．1 煤基质收缩或膨胀机理24-25
• 2．4．2 煤基质收缩和膨胀模型25-31
• 3 煤层气储集及产出特征31-39
• 3．1 煤层气赋存状态31-33
• 3．1．1 煤层气溶解态31
• 3．1．2 煤层气游离态31-32
• 3．1．3 煤层气吸附态32-33
• 3．2 煤层气运移机制33-36
• 3．2．1 基质中煤层气扩散34-36
• 3．2．2 裂隙中煤层气渗流36
• 3．3 煤层气的产出机制36-39
• 4 煤层气储层数学模型与数值模型39-57
• 4．1 煤层气储层几何模型39-40
• 4．2 煤层气储层数学模型40-44
• 4．2．1 假设条件40
• 4．2．2 数学模型40-41
• 4．2．3 交换项处理41
• 4．2．4 定解条件41-44
• 4．3 数学模型中特殊参数处理44-45
• 4．4 煤层气储层数值模型45-46
• 4．5 IMPES方法求解46-52
• 4．5．1 IMPES基本思想46-47
• 4．5．2 IMPES基本解法47-51
• 4．5．3 非线性方程组线性化51
• 4．5．4 差分方程稳定性、收敛性分析51-52
• 4．5．5 方程求解52
• 4．6 参数、导数项和边界条件处理52-57
• 4．6．1 参数处理52-54
• 4．6．2 导数项处理54-55
• 4．6．3 外边界条件处理55-57
• 5 煤层气模拟软件研制57-71
• 5．1 主程序开发57-61
• 5．1．1 总体结构设计58-59
• 5．1．2 模块功能59-61
• 5．2 CBM—RS1.0程序操作界面和流程61-68
• 5．2．1 CBM—RS1.0程序界面61-68
• 5．2．2 模拟软件的操作流程68
• 5．3 软件功能及适用范围68-69
• 5．3．1 软件功能68
• 5．3．2 适用范围68-69
• 5．4 软件运行环境69-71
• 6 实例计算及分析71-89
• 6．1 数据准备71-73
• 6．2 煤层气藏模拟器可靠性检验73-74
• 6．3 储层参数敏感性分析74-89
• 6．3．1 储层孔隙度、渗透率对井产能影响74-82
• 6．3．2 煤岩弹性模量对煤储层孔隙度、渗透率及井产能影响82-84
• 6．3．3 不同煤基质收缩模型对孔隙度和渗透率影响84-87
• 6．3．4 压裂水平井与直井开发效果对比87-89
• 7 结论和创新点89-91
• 7．1 结论89-90
• 7．2 创新点90-91
• 致谢91-93
• 参考文献93-97
• 附录A97-103
• A1 ARI模型97-98
• A2 P&M模型98
• A3 基质收缩与割理孔隙度和渗透率关系98-99
• A4 压裂水平井的产能公式99-103
• 附录B103-104
• B1 攻读硕士学位期间发表和撰写的论文103
• B2 攻读硕士学位期间的科研工作103-104

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 田炜;孙晓飞;张艳玉;李卫东;孙仁远;;无因次产气图版在樊庄煤层气产能预测中的应用[J];煤田地质与勘探;2012年04期

2 杜志敏;付玉;伍勇;;低渗透煤层气产能影响因素评价[J];石油与天然气地质;2007年04期

3 屈平;申瑞臣;袁进平;庄晓谦;吴国民;周裕京;;煤储层的应力敏感性理论研究[J];石油钻探技术;2007年05期

4 付玉;郭肖;杜志敏;刘成林;;分子扩散对枯竭油藏型地下储气库动态的影响[J];西南石油大学学报;2007年03期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 杜春志;煤层水压致裂理论及应用研究[D];中国矿业大学;2008年

2 刘世奇;沁水盆地南部煤层气直井产能的地质与工程协同控制及预测[D];中国矿业大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前7条

1 吴百烈;煤层气井水力压裂几何参数优化设计[D];中国石油大学;2011年

2 郑军;煤层气储层敏感性实验研究[D];成都理工大学;2006年

3 孙维吉;不同孔径下瓦斯流动机理及模型研究[D];辽宁工程技术大学;2007年

4 高秋红;煤层气开采流入动态特性研究[D];中国石油大学;2010年

5 杨东根;煤心刻度测井技术及测井响应特征研究[D];中国石油大学;2010年

6 孔庆利;煤层气在双孔介质中解吸及渗流机理研究[D];东北石油大学;2012年

7 李凤颖;煤岩力学性质的离散元数值模拟及应用探讨[D];成都理工大学;2012年

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本文编号：315462