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煤层气渗流过程中流固耦合问题的研究

徐剑良  
【摘要】: 煤层气是一种蕴藏量极其庞大的潜在能源。据有关专家估计,我国的煤层气资源量可达(30-35)×10~(12)m~3,几乎可以与常规天然气的资源量相比。这一丰富的能源资源如能得到正常有序地开发利用,将会对国民经济发展作出巨大贡献。 但是煤层气属于非常规能源资源,煤层气藏不同于常规气藏,由于煤层地质条件的特殊性,甲烷在煤层中赋存的状态和流动机理与常规砂岩储层不同。因此用常规的方法和技术无法对其进行有效的开发,于是对煤层气在煤岩中渗流机理认识的深入程度将直接影响到对煤层气的有效开发利用。近年来随着石油工业的发展以及解决复杂石油工程问题的需要,流固耦合研究在油气开采领域越来越重要,经过近几十年对世界各地各种类型油气藏的大量开采,以及通过大量的实验室和理论分析研究工作,人们对油藏的力学有了更深入的了解和认识,并已经认识到油气藏的开采过程是一个流体(油、气、水)渗流与油气藏岩土多孔介质弹塑性变形动态耦合作用极强的过程,对于煤层气藏尤为如此。 本文即针对煤层气藏的特殊性质,先对其地质演化、地质环境和煤层气的生成、运移、储集及渗流等方面的特性作了总结,从而通过对煤层气藏地质特性的总结为煤层气渗流的流固耦合研究提供地质基础和静态的物性参数分布;进而根据这些基本地质特征,从煤层气以吸附为主的储存特性出发,建立了煤层气渗流流固耦合的数学模型,并利用有限差分法对数学模型进行了数值求解。最后编制计算机程序,利用该程序和常规模型模拟器对选定的实例分别进行计算,通过对计算结果的比较,证明了流固耦合效应对煤层气渗流的影响。


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