煤层气储层的数值模型及初步应用(5)

图9 煤层渗透率与原地应力关系

在两相流条件下，气和水的相对渗透率关系控制着煤储层中气、水的相对流动，因为在煤储层中，共存的气、水各自都要占据一定的裂隙空间，彼此都会干扰流动的通道，气、水的相对渗透率是含水饱和度的函数。在实验室通过煤心测试，可以得到煤中裂隙的气-水相对渗透率曲线，但是实用性差。为了获得精确的气-水相对渗透率曲线，通常采用计算机模拟的历史拟合方法，如图10.

图10气-水相对渗透率曲线对比

1.3.4.4 煤层气的产出机理

煤层气的开采是通过排水采气实现的，与常规油气的开采明显不同。按照煤储层中发生的物理过程，可将煤层气的产出分为三个阶段[36]。

第一阶段：单相流阶段。随着井筒附近压力的降低，首先只有水产出，因为压力降低较小，煤层气尚未开始解吸，井筒附近只有单相流动。

第二阶段：非饱和单相流阶段。当井筒压力进一步下降，有一定数量的煤层气从煤基质块微孔隙表面解吸，在浓度梯度的驱动下向煤中裂隙系统扩散，在裂隙系统中开始形成气泡，阻碍水的流动，水的相对渗透率下降。但气体不能流动，而且无论是在煤基质块孔隙中还是在煤中裂隙中，气泡都是孤立的，没有互相连接。在这一阶段，虽然出现气、水两相，但只有水相是可以流动的。

第三阶段：称为气-水两相流阶段。随着井筒压力进一步降低，有更多的煤层气解吸出来，并扩散到煤中裂隙系统中。此时，水中含气已达饱和，气泡互相连接，形成连续流动，气的相对渗透率大于零。随着煤储层压力下降和水饱和度降低，水的相对渗透率不断减小，气的相对渗透率逐渐增大，气产量亦随之增加。在这一阶段，在煤中裂隙系统中形成气、水

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。

两相达西流动。

上述三个阶段是连续的过程，随着时间的推移，由井筒沿径向逐渐向周围的煤层推进，这是一个递进的过程。脱水降压时间越长，受影响的面积越大，煤层气解吸的面积也越大。

图11 煤层气产出的三个阶段

相应煤层气的开采机理，煤层气井生产也有如下三个生产阶段[36]，如图12。 第一阶段：为脱水降压阶段，主要产水，随着压力降到临界解吸压力以下，煤中裂隙中气饱和度增加，气相对渗透率增大，煤层气井开始产气并逐渐上升。气、水产量主要取决于气、水相对渗透率的变化以及临界解吸压力与煤储层压力之间的关系的改变。生产时间可能几天或数月。

第二阶段：为稳定生产阶段，气产量相对稳定，产水量逐渐下降，一般为高峰产气阶段。

第三阶段：为气产量下降阶段，随着压力下降，气产量下降，并产少量水。生产时间一般在10年以上。

图12 典型煤层气井气水产量曲线

1.4煤层气气井的典型模型

根据煤层气的开采不同阶段和现场的实际需要，可以将煤层气（？）初步分为5种典型模型[41]：（什么的模型？） 1) 单相水均质流模型。

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当煤层气井刚刚打开进行注入或压降试井时，水中含气量少，可视为单相水，适用于这种模型。

2) 气-水两相均质流模型。

当煤层中有大量游离煤层气时，适用于此种模型。 3) 有源的单相气试井模型。

当煤层气处于解吸条件下，煤层内含水饱和度很低，或者煤层内含水饱和度稳定分布，接近束缚水状态时，适用于这种模型。

4) 有源的气-水两相试井模型。

当煤层气地层在全区范围内压降，形成解吸开采时，适用于此种模型。 5) 复合地层模型。

煤层气地层处于复合的地质条件，比如气井附近局部地区压降较大形成甲烷气解吸区时，近井地带为解吸区，而远井地带为单相水区，适用于这种模型。

对于1)，2)（格式！）两种模型，其处于无源的条件下，与油气井模型类似。而油气井模型相对来说已经研究的比较充分，所以不是问题的重点。3)，4)，5) （格式！）三种模型处于有源条件下，存有煤层气的解吸，为煤层气模型所独有，相对来说较为复杂，下面进行详细讨论。（下面进行详细讨论了么？）

1.5煤层气储层的数值模型

1.5.1地质模型

煤层气属于非常规天然气, 与常规天然气存在一定区别。他的基本模型（什么模型？）可以概括如下[42]：

1) 煤储层具有典型的裂隙一孔隙双重孔隙结构，是由煤基质块中的微孔隙系统和裂隙系统

构成的双孔隙系统。 2) 煤储层中存在气、水两相流体。

3) 煤基质块中的微孔隙是煤层气的主要储集空间，煤层气主要以吸附状态附存于微孔隙的内表面上。微孔隙很小，水不能进入其中，所以微孔隙系统中只存在单相气体。裂隙系

统既是气体和水的储集空间，也是气、水两相流体的渗流通道。

4) 煤层气体从煤储层运移产出经历解吸—扩散—渗流三个阶段。解吸阶段服从兰氏方程；

在扩散机理方面, 煤层气服从FICK定律；煤层气的渗流机理和常规天然气一致，服从达西定律。

5) 煤储层内气、水的运移过程是等温的。

在裂隙系统中的气体是自由气体，表现为真实气体特性;水视为不可压缩的流体。在微孔隙系统中，各种气体组分不存在选择性吸附和扩散现象。 6) 基质块表面的解吸作用非常快，足以维持自由气和吸附气之间的平衡。在煤基质块内部

的吸附气与自由气处于不平衡状态。

1.5.2数学模型（什么的数学模型？） 1.5.2.1运动方程什么的运动方程？

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（ 方程不要贴图片，自己用公式编辑！！）

其中

分别为气，水相的渗流速度，

分别为气，水相的粘度，

分

别为气，水相的渗透率，

1.5.2.2连续性方程

，D为由某一基准面算起的深度，向下为正。

其中下标g，w分别代表气体和水，是密度，V是流速，是孔隙度，S是饱和度，

是气解吸源。

1.5.2.3解吸方程

其中，应用了基本模型7。

是基质块表面与自由气体处于平衡状态的吸附气体含量，是Langmuir压力，是Langmuir压力，是自由气体压力，是吸附时间常数，G是几何因子。

1.5.2.4辅助方程

1.5.3定解条件（不要直接放公式，之前或之后要做简单说明）