基于低渗透率煤储层的煤层气渗流数值模拟研究

煤层气(CBM)是近年来热议的课题,它是一种可替代天然气的高效、清洁能源。合理开发利用煤层气,能有效缓解瓦斯对矿井的危害；能减少开采过程中的释放量,降低温室危害；能填补天然气和石油的不足,提供清洁能源。虽然我国煤层气资源极为丰富,但由于我国煤层气储层特征复杂,渗透率低,煤层气渗流速度慢,经典渗流理论并不适用于我国煤层气复杂流动规律。 本文应用煤层气地质学、渗流力学、石油天然气地质学等学科的理论和方法,在国内外文献资料的基础上,详细分析了煤层气开采的各阶段机理,概化煤层气储层模拟的地质模型,主要得到以下结论： (1)煤层气在煤储层中主要以吸附态、游离态两种形式储集。煤层气从基质表面进入开采井筒经历解吸、扩散和渗流三个过程。煤基质对气体的吸附解吸具有可逆性,并存在一个吸附与解吸作用的平衡,符合Langmuir等温吸附模型；吸附态煤层气主要参与扩散运动,符合Fick第一扩散定律；游离态煤层气主要参与渗流运动,符合Darcy渗流定律。针对我国煤层煤层气特殊的低渗透率的情况,加入煤储层启动压力梯度因素,建立描述二维、双孔隙、拟稳态条件下气-水两相流运移规律的煤层气储层模拟的数学模型； (2)借助大型的多场耦合软件COMSOL Multiphysics进行煤层气渗流数值模拟,分析敏感参数对煤层气、水运动的影响,并对煤层气和水产量进行历史拟合以及产量预测； (3)此外,借助Matlab GUI开发了具有中文操作界面的煤层气储层模拟软件“低渗透煤层气数值模拟软件v1.0”,实现这一复杂数学模型的数值求解。在该软件基础上,对沁水盆地某矿井煤层气进行数值模拟,并历史拟合,验证软件的准确可靠性、实用性和可操作性。