煤层气储层的数值模型及初步应用(3)

关键词：煤层气，储层，数值模拟，数学模型

介绍了煤层气储层的数值模型及初步应用,可供研究煤层气开发的科研人员参考。

Study of Coalbed Methane Reservoir Numerical

Simulation Model and its Application

Abstract

In this paper, the research background and development of coalbed methane are summarized and the mechanisms of the generation, migration, and production of coalbed methane are probed. A three-dimensional, dual-porosity, two-phase, pseudo-steady, non-equilibrium sorption mathematical model is established with the help of the knowledge of seepage mechanics. This complex mathematical model is approximated and solved by finite-difference and IMPES method, which is coded by FORTRAN language. The accuracy of this method is validated by comparing with other similar software. The simulation curve we get can be applied directly to the analysis of the production of CBM well, which will be a positive effect on the development of CBM.

Keywords: coalbed methane, reservoir, numerical simulation, mathematical model

介绍了煤层气储层的数值模型及初步应用,可供研究煤层气开发的科研人员参考。

1研究背景

1.1目的、意义 研究背景与意义

煤层气，俗称瓦斯，是一种由煤层生成并主要以吸附状态储集于煤层中的非常规天然气，其主要成分是甲烷。行距不统一！

煤层气开采的重要意义在于：其一，解决威胁煤矿安全生产的重大隐患；其二，减少温室性气体的排放；其三，利用其成为高效，洁净的能源。

我国是煤炭大国，煤层气资源极为丰富。据测算，仅陆上埋藏深度2000m以上的烟煤和无烟煤煤层中蕴藏的煤层气资源量高达3.1 1013m3，且大部分分布于西气东输管运沿线，开发利用前景巨大[1]。所以煤层气的研究对于我国来说尤为迫切。总体来说，煤层气开发在我国还未充分商业化。其主要原因是适应于我国复杂地质条件的煤层的勘探和开发的技术还未完全建立与完善。

要确定一座煤层气井的生产开发的经济可行性，必须对煤层气储层有非常细致的了解。煤层气储层的数值模拟作为一个有效的工具，利用已有数据分析获取更为客观的煤层气储层参数，从而对预测井的长期生产动态和产量，井网布置，井的生产工作以及最经济、最有效的煤层气项目开发方案的决策，提供科学依据。

1.2 国内外煤层气数值模拟发展情况

美国在煤层气的数值理论研究和实际开发上起步最早。

1968年， Airey提出了第一个预测煤层气释放的基本方程，并推导了一维，单孔隙，

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气相的数学模型。

1972年，Price-Abdalla提出了二维，单孔隙，气-水二相的数学模型，并推导了其有限差分的数值模型，编写了数值计算软件INTERCOMP-1[3]。

1969年，美国矿业局钻出了第一个煤层气抽放井。1973年，随着石油禁运引发的能源危机，将煤层气作为一种潜在的有效替代能源进行开采的概念开始形成，煤层气的开发掀起了一次高潮[4]。煤层气的数值模拟也在气井的实践中得到了广泛的应用。

1981年，由美国天然气研究所(GRI)主持，美国钢铁公司(US Steel)和宾州大学等承担，开始了煤层气产量模拟器与数学模型开发项目(Development of Coal Gas Production Simulators and Mathematical Models for Well Test Strategies)的研究工作[4]。在该项目中，Pavone和Schwerer基于双孔隙、拟稳态、非平衡吸附模型，建立了描述煤储层中气、水两相流动的偏微分方程组，采用全隐式进行求解，并开发了相应的计算机软件ARRAYS。该软件包括WELLID和WELL2D两个程序，分别模拟未压裂、压裂的单个煤层气井和多个煤层气

[5]

井。与此同时，宾州大学的Ertekin和King，提出了类似于ARRAYS模型的单井模型PSU-1。该模型对方程组在空间和时间上进行差分离散，按全隐式、Newton-Raphson方法进行求解。后来，PSU-1模型和ARRAYS模型组合在一起形成了GRUSSP软件包，被推广应用。

1984年，Remner把PSU-1模型升级为PSU-2模型，使其能够处理多个煤层气井问题。1987年Sung开发的PSU一4模型，包括了有限导流裂缝、水平钻孔和生产煤矿工作面。

1987年，在美国天然气研究所的支持下，ICF Lewin Energy开发出了专门用于煤层气藏

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介绍了煤层气储层的数值模型及初步应用,可供研究煤层气开发的科研人员参考。

模拟的双孔隙、二维、气-水两相模型COMET(TM)，随后又推出了微机版的COMETPC模型，COMET是英语短语Coalbed Methane Technology的简写。COMET模型与ARRAYS模型和PSU模型有许多相同的物理和数值特性，其最重要的贡献是友好的用户界面。

1989年，美国天然气研究所与国际先进能源公司(Advanced Resource International，Inc.，简称ARI公司)等13个公司和工业财团联合，在COMETPC模型的基础上进一步开发出了COMETPC-3D模型，它是一个功能强大、三维、气一水两相流的计算机模型，可模拟多井、多层和压裂井，考虑了重力效应、溶解气、孔隙压缩系数、煤基质收缩系数以及应力对渗透率影响。与此同时，S.A. Holditch & Associates，Inc. (SAH) 独立开发了另一个可模拟煤层

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气和非常规气的储层模拟器COALGAS。其煤层气模拟的特性与GRUSSP和COMET模拟器类似。该模拟器具有平衡吸附和拟稳态非平衡吸附两种选项，以及图示化、菜单式的前处理和后处理功能，因而操作方便，显示结果直观。

1998年，ARI公司又推出新产品，COMET2，2000年9月升级到COMET2.10版

[12]

[9,10]

[7,8]

。该

软件增加了三孔隙双渗透率模型，差分方程组采用全隐式求解，井按全隐式算法处理，可模拟注二氧化碳或氮气提高甲烷采收率，运行的操作系统为windows98、Windows2000或以上，从而使模型的功能更强，运行稳定性更好，计算精度更高，同时运行速度大大加快，缩短了模拟计算时间，提高了模拟工作效率。

我国自1992年开始煤层气的数值模拟研究，起步较晚。1994年，原地质矿产部华北石油地质局与清华大学合作，联合开发了我国第一个煤层气模拟软件CMS[13]。但是由于该软件的模型采用的是二维，单层的储层模型，在我国复杂多层的煤层条件下，应用受到了局限。 1996年，孙培德等人详细的描述了气单相，气-水二相的储层模拟，并提出了多层煤层气的初步模型[14]。

2000年，骆祖江等人提出了煤层气储层的三维模型，并讨论了模型全隐式联立求解的方法[15]。

2005年，刘曰武等人建立了不同线性组合边界的煤层气井试井理论模型，求解了煤层气井不定常渗流模型,得到了井底压力和压力导数的理论曲线,以及压力场分布图[16]。 2006年，成绥民等人建立和提出气-水两相渗流基本理论与稳定、不稳定试井基本原理及产能分析方法[17]。

2007年，杨勤涛，刘小华等人求出气-水二相不稳定试井模型的解析解[18,19]。 现如今，美国的煤层气已经形成了一个新兴产业。据报道，美国现有产气煤层气井6000余座，产气量占其总天然气产气量的6%[20]。反观我国，因为煤层气研究起步较晚，煤层气资源还未完全得到开发和利用。国产的数值模拟软件因为诸如功能有限，稳定性不好等原因没有得 …… 此处隐藏：3353字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……