《煤层气数值模拟技术进展 200703 for 本科讲座》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤层气数值模拟技术进展 200703 for 本科讲座（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 煤层气数值模拟技术煤层气数值模拟技术 新进展新进展张遂安张遂安 教授教授Date1中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心为何要搞数模为客观地描述煤层气储层特征、准确地预为客观地描述煤层气储层特征、准确地预测煤层气井产量、科学地制定最佳的煤层气开测煤层气井产量、科学地制定最佳的煤层气开发方案、及时有效地发现和诊断煤层气井生产发方案、及时有效地发现和诊断煤层气井生产过程中出现的问题，煤层气产业界参照油气藏过程中出现的问题，煤层气产业界参照油气藏数值模拟技术，建立了煤层气数值模拟技术。数值模拟技术，建立了煤层气数值模拟技术。Date2中国石油大学（北京）煤层气研究中心
2、中国石油大学（北京）煤层气研究中心何谓数模煤层气数值模拟技术，是一项利用现代数煤层气数值模拟技术，是一项利用现代数值方法，采用系列偏微分方程组来描述煤层气值方法，采用系列偏微分方程组来描述煤层气及孔隙水在煤储层中的渗流过程，再通过离散及孔隙水在煤储层中的渗流过程，再通过离散化方法把连续函数转变成离散函数，进一步求化方法把连续函数转变成离散函数，进一步求解偏微分方程组，从而模拟煤层气的产出过程解偏微分方程组，从而模拟煤层气的产出过程及产出数量。及产出数量。Date3中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心一种有效工具的用途概述 储层模拟提供了一种说明煤层气解吸、扩散和
3、渗流复杂机理的统一可靠的方法。储 层模拟器也提供了将现场数据和实验室数据 综合成一种简单的地质模型和储层模型的手 段，以便评价勘探草案和长期开发策略。数摸的用途Date4中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心优 点 1) 可以重复进行，能进行所谓的“多次开发” 2) 可以模拟各种非均质情况及复杂流体流动 3) 可以在短时间内进行反复试验，成本较低缺 点 1) 模拟精度依赖于对储层描述的精度和生产动态 2) 模型本身有一定的假设条件，有一定的误差数模的优缺点Date5中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心数模的实现过程建立地质模型建立数
4、值模型建立计算机模型（软件）建立数学模型模拟计算Date6中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心一维、二维、三维单相、两相、 三相单组分、两组分、N组分双重介质、三重介质直井、 水平井、ECBM按空间维数按流体相数按流体组分按岩石类型地质模型按模型功能Date7中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心用于储层模拟的典型网格几何形状 Tank 罐1D 一维网格 1D Radial 一维径向网格 2D Cross-Sectional 二维横截面网格 2D Areal 二维平面网格 2D Radial Cross-Sectional 二维径向
5、横截面网格 3D 三维网格 网格几何形状 1维， 2维 或 3维Date8中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心利用笛卡尔(x-y-z)坐标 网格坐标系 网格坐标系 笛卡尔坐标、极坐标、不规则坐标、voronoi坐标等Date9中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心径向网格坐标系(r-z) 坐标利用r-q-z 坐标 网格坐标系平面投影 网格坐标系 笛卡尔坐标、极坐标、不规则坐标、voronoi坐标等Date10中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心储层孔渗模型8.8.2 2 地质模型与数学模型地质模型与数
6、学模型Date11中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心8.8.2 2 地质模型与数学模型地质模型与数学模型储层孔渗模型Date12中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心8.8.2 2 地质模型与数学模型地质模型与数学模型煤层气产出模型Date13中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心建立一套描述储层中流体渗流的偏微分方程组及其定解条件 (初始条件、边界条件)。守恒关系式运动方程状态方程辅助方程物质平衡关系 能量平衡关系解吸Langmuir方程 扩散Fick定律 渗流Darcy定律流体状态方程 岩石状态方
7、程流动辅助方程 参数辅助方程 化学辅助方程 物理辅助方程质量守恒方程(组)能量守恒方程偏微分方程(组)数学模型Date14中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心数学模型解吸模型Langmuir方程式中：C(p) 吸附量，ft3/t；VL 兰兰氏体积积，ft3/t ；P 地层压层压 力（psi）；PL 兰兰氏压压力（psi）。Date15中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心式中：qm 为为煤基质质中甲烷扩烷扩散量，m3/day；D 为扩为扩散系数，m2/day； 为为形状因子，m-2；g 为为甲烷烷的密度，t/m3；Vm 为为煤基质块
8、质块的体积积，m3;C(t) 为为煤基质质中甲烷烷的平均浓浓度，m3/t;C(P) 为为基质质-割理边边界上的平衡甲烷浓烷浓度，m3/t。q数学模型扩散模型Fick定律Date16中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心式中： Vl为为l相的渗流速度，m/s；l 为为l相的粘滞系数，Mpas；Pl为为l相的压压差，MPa； L 为为渗流途径的长长度，m；Kl为为l相的有效渗透率，10-3m2；K 为为多孔介质质的绝对绝对渗透率，10-3m2；Krl为为l相的相对对渗透率，10-3m2。Kl = K Krl数学模型渗流模型Darcy定律Date17中国石油大学（北京）
9、煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心Tau () = 1/(D * )式中： 吸附时间（天） 基质单元形状因子D 扩散系数吸附时间（）的确定“63的甲烷分子从微孔单元中央 运动到割理中所需的时间”Date18中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心煤层气模拟所需数据 储层描述数据 割理绝对渗透率 割理渗透率方向 垂直渗透率 孔隙度 初始气含量 等温吸附曲线 解吸压力 吸附时间 扩散系数 割理间距 孔隙体积压缩性 基质收缩压缩性 储层几何形状 构造高程（倾向） 深度 净厚度 层理（层） 灰分含量 井的排气面积 初始储层压力 初始水饱和度 气水相对渗透率 气
10、水毛细压力 含水层岩石性质流体PVT数据 气体地层体积系数 气体粘度 气体比重 气体组成 水地层体积系数 水粘度 水储罐密度 气体在水中的溶解度再现数据 最小时间步长 最大时间步长 时间步长增量 水产量与时间 气产量（注入量）与时间 井底（井口）压力与时间 井产能指数 表皮因子 随时间步长变化最大饱和度 随时间步长变化最大压力 有限差分求解公差 最大容许的水产量 最大容许的气产量 最小容许的井底压力 井筒半径 压裂裂隙长度Date19中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心数 据 项主 要 来 源 渗透率 试井 初始压力 试井 初始水饱和度 试井 气体解吸压力 试井
11、 孔隙压缩性 试井 解吸等温线 岩心测试 吸附气含量 岩心测试 解吸时间 岩心测试 相对渗透率 生产数据和岩心测试 孔隙度 岩心测试 净产层厚度 测井和岩心测试 温度 测井 气体PVT特性 气体分析 水PVT特性 水分析 完井效果 试井 井抽排面积（间距） 地质描述数 据 来 源 Date20中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心数模技术的发展数模技术的发展 储层模型已由方糖模型发展到全三维模型（储层模型已由方糖模型发展到全三维模型（Fully 3DFully 3D） 储层孔隙模型由双重孔隙模型（裂隙系统和吸附气体）发展储层孔隙模型由双重孔隙模型（裂隙系统和吸附气
12、体）发展 为三重孔隙模型（基质孔隙与割理孔隙及吸附气）为三重孔隙模型（基质孔隙与割理孔隙及吸附气） 为进行为进行ECBMECBM评价，将三重孔隙度模型转换成双孔隙度模型评价，将三重孔隙度模型转换成双孔隙度模型 储层孔隙模型也由一成不变的孔隙模型加入了基质收缩与孔储层孔隙模型也由一成不变的孔隙模型加入了基质收缩与孔 隙膨胀模型（隙膨胀模型（matrix swellingmatrix swelling），目前已发展到所谓的微分），目前已发展到所谓的微分 膨胀模型（膨胀模型（differential swellingdifferential swelling）。）。 Date21中国石油大学（北京）
13、煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心由于孔隙压缩、收缩和膨胀，渗 透率受到孔隙度变化的强烈影响k = ki (/i)n式中：n渗透率指数，通常为3。Date22中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心压缩和基质收缩对煤的 渗透率的影响式中： Cp孔隙压缩系数Cm基质收缩压缩系数。 = i i cp (Pi P) + cm (1 - i) dPi (Ci - C)dCiDate23中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心数模技术的发展数模技术的发展 煤层气储层的渗透率模型也由单一渗透率模型（裂隙渗透率煤层气储层的渗透率模型也由单
14、一渗透率模型（裂隙渗透率 ）发展成双重渗透率（裂隙渗透率和基质孔隙渗透率）；渗）发展成双重渗透率（裂隙渗透率和基质孔隙渗透率）；渗 透率模型还加进了应力敏感模型。透率模型还加进了应力敏感模型。 煤层气解吸模型也已由单组分（煤层气解吸模型也已由单组分（CH4CH4）的）的LangmuirLangmuir方程发展成方程发展成 多组分（多组分（CH4CH4、CO2CO2、N2N2）扩展的）扩展的LangmuirLangmuir方程。方程。 为满足为满足ECBMECBM技术研发的需要，技术研发的需要，COMET 3COMET 3（研发者（研发者Advanced Advanced Resources I
15、nternationalResources International）、）、GEMGEM（研发者（研发者Computer Computer ModellingModelling Group Ltd. Group Ltd.）、）、ECLIPSEECLIPSE（研发者（研发者SchlumbergerSchlumberger） 、SIMED IISIMED II（研发者（研发者CSIROCSIRO）等煤层气数值模拟软件陆续加入）等煤层气数值模拟软件陆续加入 了了ECBMECBM模拟功能。模拟功能。Date24中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心 Enhanced Coalbed Methane (ECBM) Recovery Green House Gas (GHG) SequestrationECBM MechanismsCO2Deep CoalbedCH4CH4CH4CH4 toSalesN2 CoalFlue GasCO2N2InjectionGreen Power PlantSeparationDate25中国石油大学（北京）煤层气研究中心中国石油大学（北京）煤层气研究中心模拟网格精确化模拟网格
