滇东黔西地区煤层气井多场耦合渗流特征研究

发布时间：2020-07-27 14:42

【摘要】：煤层气井的产量主要来自于基质孔隙中的吸附气,但基质渗透率很小,渗流阻力非常大。因此气体在基质内的流动对煤层气整个运移过程至关重要。研究煤层气开发过程中的多物理场耦合,对煤层气井的增产改造和排采制度的制定具有积极意义。本文综合运用物理实验和数值模拟等手段,围绕滇东黔西煤岩应力作用下的渗流特性和煤层气开采过程中的煤岩变形、基质和裂隙渗流的多场耦合作用开展研究,具体工作和结论如下:(1)基于Coreval 700非稳态覆压孔渗仪,针对滇东黔西煤样开展不同有效应力下的渗流特性实验。通过实验得到了煤岩裂隙体积压缩系数,并验证了渗透率与有效应力的负指数关系。滇东黔西地区煤岩应力敏感程度为强到极强水平,人工裂缝的敏感性强于天然裂缝。煤层气井生产过程中,需要合理控制井底流压,将有效应力在8MPa以内,避免严重的渗透率伤害。(2)以实验拟合结果为基础,考虑水平方向的应变,建立包含吸附膨胀应力的有效应力表达式,得到真实应力状态下的裂隙渗透率模型。从力学和吸附变形出发推导了基质的动态孔渗模型。根据甲烷的吸附特性及其在煤储层中的储存和流动特点,分别建立了煤储层的裂隙和基质孔隙中的气体渗流方程。根据多孔介质弹性理论的有效应力原理,建立了考虑气体压力和吸附应力影响的储层应力场方程。通过气体压力、体积应变、吸附应变等变量来实现煤层应力、基质和裂隙渗流的多场耦合过程。(3)基于建立的应力-基质和裂隙渗流的多场耦合模型,利用COMSOL求解耦合模型来模拟煤层气生产过程。通过与应力-裂隙渗流耦合模型对比,发现考虑气体在低渗透基质内渗流时的阻力效应会使累计产气量降低6.48%,但能更好地表征甲烷气体在煤储层中实际的流动过程。裂隙间距越大,基质渗透率越小,基质的阻尼效应越严重。分析结果表明,各因素对产量的影响程度从高到低依次为:裂隙渗透率、地应力、裂隙间距、基质渗透率。滇东黔西煤层气开采的工程实践表明,模拟结果与现场产量的变化趋势是比较吻合的,累计产气量的误差低于26%,该模型能够较好地模拟煤层气开发过程。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE312
【图文】：

资源分布,含气量,煤层气,煤层含气量

3的地区共有九个，如图1.1所示。截止 2015年末，我国地面开采煤层气的总产量为 44.25亿 m3，地面钻井总数达到 17000 余口；2017 年中国煤层气产量为 70.2 亿 m3，同比累计增长 8.2%[3]。滇东黔西地区煤层含气量高，煤层气资源量达 3.5 万亿 m3，占全国总量的 13%，属煤层气大型富集区，开发潜力巨大，将是我国下一步煤层气开发的重点区块。图 1.1 中国煤层气资源分布及含气量（万亿 m3）Fig. 1.1 Distribution of CBM resources and gas content in C

技术路线图,技术路线,论文,产能预测

第 1 章绪论气井累计产气量的差异，评价各因素对煤层气产量的影响程度。将该模型应用于滇东黔西煤层气开发工程的产能预测，为现场生产提供指导意义。根据以上的研究内容，本论文的技术路线如图 1.2 所示：

流程图,孔渗,非稳态,流程

气的渗流过程，给煤层气井的合理开发带来诸多困难。煤储层的应力敏感性是确定煤层气井合理工作制度的重要依据。因此，研究高应力的滇东黔西地岩渗透率随有效应力的变化规律对该地区煤层气的高效开发具有积极意义。实验设备与原理.1 实验设备本实验主要设备是法国 VINCI 公司的 Coreval 700 非稳态覆压孔渗仪，其测程界面会显示系统气路图、自动阀状态、压力传感器数值等信息（图 2.1）。备主要由覆压孔渗仪主机和围压泵组成，仪器通过网络交换机连接到计算机过计算机上的数据采集与计算软件控制，系统其它组件及参数如表2.1所示。量过程中，软件会按程序自动控制或鼠标手动控制所有阀的开关来调节围压隙压力。渗透率的测量采用先进的非稳态压力衰减技术，实验流体为氮气，相应的计算机程序来测量预设有效应力下的渗透率数据。

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