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《中国石油大学》 2010年
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复杂介质煤层气运移模型及数值模拟研究

张先敏  
【摘要】: 我国煤层气资源十分丰富,开发煤层气对改善我国能源结构,具有重要的战略意义。本文在含甲烷原煤煤样的气体渗流物理特性、低煤阶煤层气开采数值模拟以及考虑井筒压降影响的煤层气羽状水平井开采数值模拟方面开展了实验分析、数学建模、数值求解和计算机模拟等研究,取得了一定的研究进展。 本文首先在实验室条件下研究了含甲烷块状原煤煤样的渗流物理特性,着重探讨了有效应力和煤中水分含量对煤中甲烷渗流速度的影响规律,并考虑煤体变形和甲烷渗流之间的相互作用,提出了描述煤层甲烷非线性渗流物理特性的运动方程。在此基础上,根据低煤阶煤储层区别于中高阶煤储层的显著特征,即低煤阶煤层裂隙基本不发育、基质孔隙度相对较大,认为低煤阶煤层是由基质微孔隙系统、基质孔隙系统和裂隙系统组成的多孔介质,建立了能准确描述低煤阶煤储层气—水两相运移规律的数学模型,该模型考虑气—水两相在基质孔隙和裂隙中的运移以及煤体变形对裂隙渗透率的影响。 其次,采用全隐式有限差分方法得到了低煤阶煤储层气—水两相运移数学模型的线性差分方程组,进而利用块系数不完全LU分解预处理的正交极小化方法对其进行了求解。编制相应的计算程序对模型的影响参数进行了分析,并通过对阜新刘家区块内的3口煤层气试验井的生产历史拟合和动态产能预测研究检验了模型的合理性。结果表明:煤基质孔隙的绝对渗透率、孔隙度以及含水饱和度通过影响低煤阶煤层的排水降压效果,进而对气井的产气量产生较大影响;与非平衡吸附模型相比,该模型预测的排水降压初期和稳产期的产气量较低,而相应的产水量较高。 再次,根据煤体的岩石力学性质和弹性本构关系,建立了考虑煤体应力敏感特性以及煤基质收缩效应的煤储层孔隙度、渗透率理论模型,并在孔渗理论模型的基础上,建立了煤储层气—水两相流动模型;另一方面,基于煤层气羽状水平井井身结构的特殊性以及井筒流体的流动特点,考虑井筒变质量流动的摩擦压降、加速度压降以及分支流体和主支流体汇合的混合压降影响,建立了羽状水平井的井筒变质量流压降模型。将上述井筒变质量流压降模型与煤储层气—水两相流动模型相耦合,建立了考虑水平井筒压降影响的煤层气羽状水平井开采数学模型及数值模型。利用模型分析了影响煤层气羽状水平井开采的各种因素,为多分支水平井的分支参数优化设计提供了科学的理论依据。影响因素分析表明:煤基质收缩效应对裂隙渗透率的改善不能忽略,当按主水平井眼与煤层最大渗透性方向垂直的方式钻井开发时,煤层气羽状水平井可以获得更高的采收率。 最后,针对煤层气羽状水平井井身结构特点,采用相应的经济净现值预测模型研究分析了羽状水平井井身几何参数对其净现值影响规律,并进行了相应的优化设计。
【学位授予单位】:中国石油大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:P618.11

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 袁曦;姜德义;;煤岩不同含水状态下瓦斯渗流特性试验研究[J];采矿与安全工程学报;2018年03期
2 刘继滨;寇双燕;刘继芹;;煤层气-水两相三孔介质渗流规律研究[J];石油化工应用;2017年10期
3 梁冰;孙雅楠;秦冰;孙维吉;谭震;曹竹;;裂缝参数对煤层气水平井产气流速的影响[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2016年12期
4 李旺;寇苗苗;刘书炳;陈烨;杨洋;项文钦;杨帆;;ZD-50/25E型井口电磁阀控制系统现状分析及优化[J];石油化工应用;2016年07期
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6 刘继芹;史萌萌;王晓刚;何伟;;煤层气三孔介质渗透率动态变化规律研究及分析[J];天然气与石油;2015年01期
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6 李冰;祁连山冻土区天然气水合物试采数值模拟及置换开采实验研究[D];吉林大学;2016年
7 赵乾;表面有机物影响煤体甲烷赋存机制研究及应用[D];北京科技大学;2016年
8 邓春苗;低阶煤煤层气储集机理及原始含气量模拟研究[D];中国地质大学(北京);2015年
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10 邹明俊;三孔两渗煤层气产出建模及应用研究[D];中国矿业大学;2014年
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1 李坤;深煤层煤层气开采主控地质因素研究[D];华北科技学院;2016年
2 张志军;樊庄区块煤层气井产能差异主控地质因素[D];中国矿业大学;2016年
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4 王怀龙;页岩气藏渗流理论及单井数值模拟研究[D];西南石油大学;2015年
5 于东;新马滚动区水平井分段压裂优化设计研究[D];西南石油大学;2014年
6 胥昊;煤层气井产量影响因素及提高产量措施研究[D];燕山大学;2014年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 曹志壮;张建民;张冲;唐晓敏;肖迅;贾耀惠;;阜新盆地煤层气高效开发初探[A];2008年煤层气学术研讨会论文集[C];2008年
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4 张国辉;煤层应力状态及煤与瓦斯突出防治研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
5 王起新;阜新盆地煤层气储运规律及资源预测研究[D];辽宁工程技术大学;2005年
6 张冬丽;煤层气定向羽状水平井开采数值模拟方法研究[D];中国科学院研究生院(渗流流体力学研究所);2004年
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1 白建梅;樊庄煤层气多分支水平井开采技术跟踪研究[D];中国石油大学;2009年
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【共引文献】
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1 刘会虎;吴海燕;徐宏杰;兰天贺;;沁水盆地南部深部煤层超临界CO_2吸附特征及其控制因素[J];煤田地质与勘探;2018年05期
2 曲浩鑫;许浩;汤达祯;杨焦生;;基于低温氮吸附法的海拉尔盆地褐煤孔隙特征研究[J];中国煤炭;2018年10期
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4 刘见宝;宋志敏;李冰;任建刚;曲艳伟;;地应力对煤层渗透性控制作用的研究进展[J];能源与环保;2018年09期
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6 王公忠;曾珠;孙光中;;轴压及围压变化条件下低渗透煤样渗透性响应特征试验研究[J];煤矿安全;2018年08期
7 侯旭伟;周效志;陶智辉;李晓伟;张泽文;;重复荷载下不同饱水压力中阶煤应力敏感性研究[J];煤炭科学技术;2018年08期
8 原俊红;付玉通;宋昱;;深部煤层气储层测井解释技术及应用[J];油气地质与采收率;2018年05期
9 申有义;田忠斌;王建青;杨晓东;;基于多尺度边缘检测技术的煤系灰岩裂缝分布预测[J];物探与化探;2018年04期
10 张东亮;蒋桂林;;阳泉矿区煤层气(煤矿瓦斯)开发利用现状及展望[J];资源与产业;2018年04期
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1 赵继展;煤矿采动区煤层气井产能数值模拟及应用研究[D];煤炭科学研究总院;2018年
2 董骏;基于等效物理结构的煤体瓦斯扩散特性及应用[D];中国矿业大学;2018年
3 李贺;微波辐射下煤体热力响应及其流-固耦合机制研究[D];中国矿业大学;2018年
4 廖文涛;上覆和下伏煤岩体采动条件下瓦斯运移规律及抽采治理[D];中国矿业大学(北京);2018年
5 李学龙;裂隙煤岩动态破裂行为与冲击失稳机制研究[D];中国矿业大学;2017年
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7 周动;煤吸附/解吸甲烷过程中热与变形效应研究[D];太原理工大学;2017年
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9 赵希栋;掘进巷道蝶型煤与瓦斯突出启动的力学机理研究[D];中国矿业大学(北京);2017年
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1 王怀玺;新义矿瓦斯抽采地质研究[D];河南理工大学;2017年
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10 吴润琦;水平井裸眼悬空侧钻过程分析及夹壁墙稳定性研究[D];中国石油大学(华东);2015年
【同被引文献】
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2 刘继芹;史萌萌;王晓刚;何伟;;煤层气三孔介质渗透率动态变化规律研究及分析[J];天然气与石油;2015年01期
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2 陈俊国;煤层气储层孔裂隙多尺度渗透率预测和流固耦合模型[D];中国矿业大学;2016年
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4 郭慧;注CO_2后煤中矿物质化学反应对渗透率变化的影响研究[D];中国矿业大学(北京);2016年
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1 王彩凤;煤层气开发过程中渗透率变化规律及对产量的影响[D];燕山大学;2013年
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【二级引证文献】
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1 袁曦;姜德义;;煤岩不同含水状态下瓦斯渗流特性试验研究[J];采矿与安全工程学报;2018年03期
2 安帮;王俊峰;王涌宇;宋申;;煤自燃复合指标气体生成规律实验研究[J];煤矿安全;2018年02期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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6 韩贝贝;;陕西韩城矿区煤储层地质研究概况[A];第十二届全国古地理学及沉积学学术会议论文摘要集[C];2012年
7 潘一山;唐巨鹏;李成全;石强;;煤层气渗流的核磁共振成像试验研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
8 张金波;吴财芳;;恩洪矿区煤储层特征、含气特征及勘探开发建议[A];2011年煤层气学术研讨会论文集[C];2011年
9 柳迎红;杨凯雷;廖夏;;煤储层吸附能力影响因素研究[A];2013年煤层气学术研讨会论文集[C];2013年
10 陈玉华;杨永国;罗金辉;;煤层气工程中的数学地质及地学信息技术问题[A];第十三届全国数学地质与地学信息学术研讨会论文集[C];2014年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 尹中山;煤层气研究成果国内领先[N];中煤地质报;2010年
2 李静;抓住机遇加快发展煤层气[N];中国石化报;2006年
3 汪炳青;矿大拟建我国首个煤层气重点实验室[N];地质勘查导报;2009年
4 通讯员 朱丽静 祁空军;华北山西煤层气排采“稳老提新”[N];中国石油报;2018年
5 记者 王巧然;中国石油煤层气产量占全国六成五[N];中国石油报;2015年
6 国务院发展研究中心资源与环境研究所能源政策研究院主任 洪涛;煤层气20年之惑与“十三五”改革法治之路[N];中国能源报;2016年
7 中国能源研究会常务理事 张抗;认真应对煤层气发展中的问题[N];中国能源报;2016年
8 国家能源委专家咨询委员会委员 孙茂远;精准把脉 加油清障 煤层气奋战“十三五”[N];中国能源报;2016年
9 渠沛然;莫让煤层气政策“红包”有名无实[N];中国能源报;2016年
10 本报记者 丁艺涵;开启煤层气商业开发的黄金时代[N];中国煤炭报;2016年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张先敏;复杂介质煤层气运移模型及数值模拟研究[D];中国石油大学;2010年
2 杨秀春;煤层气排采过程中产能与物性变化动态耦合研究[D];中国矿业大学(北京);2012年
3 刘坤;煤层气产能预测系统的研究与设计[D];中国矿业大学(北京);2012年
4 刘爱华;沁南煤储层排采水化学动态变化特征及带压解吸/流动物理模拟研究[D];中国矿业大学;2013年
5 汪岗;古交区块石炭二叠系含煤层气系统[D];中国矿业大学;2016年
6 李振涛;煤储层孔裂隙演化及对煤层气微观流动的影响[D];中国地质大学(北京);2018年
7 蔚远江;准噶尔盆地低煤级煤储层及煤层气成藏初步研究[D];中国地质大学(北京);2003年
8 钱进;含裂隙煤储层地震数值模拟与反演方法研究[D];中国矿业大学;2010年
9 范庆虎;含氮氧煤层气液化装置中关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 张丽萍;低渗透煤层气开采的热—流—固耦合作用机理及应用研究[D];中国矿业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王红岩;影响煤层气富集成藏的构造条件研究[D];中国地质大学(北京);2003年
2 赵志义;峰峰矿区东部2~#煤煤层气成藏特征研究[D];河北工程大学;2012年
3 魏强;淮南潘集深部煤储层吸附解吸特征分析[D];安徽理工大学;2016年
4 孙红明;阜康矿区煤储层水溶气含量模拟与水文地质控气研究[D];中国矿业大学;2015年
5 罗磊;准东地区低阶煤储层物性研究[D];中国地质大学(北京);2016年
6 张颖;煤层气排采作业数字化系统的研究与开发[D];辽宁工程技术大学;2014年
7 贾颐昆;沁南地区石炭—二叠系沉积环境对煤储层的影响[D];中国地质大学(北京);2012年
8 段利江;晋城地区郑庄区块煤层气解吸分馏特征研究[D];中国地质大学(北京);2007年
9 李臣臣;沁南煤储层裂缝渗透率预测方法研究[D];中国地质大学(北京);2016年
10 赵锡震;低渗透煤储层多缝压裂形成条件研究[D];河南理工大学;2017年
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