煤层气—水两相流的数值模拟研究

目前,在我国能源的供给已无法满足经济、社会发展的需求，能源问题已然成为制约我国快速发展的一个瓶颈。在我国新一轮能源普查中，陆上煤田埋深小于2km煤层气资源量约为36.81×109m3，但是其中的煤储层大多数属于低渗透率，且煤层属于多孔介质，含有气水两相流体,这造成了现有的开采技术在应用过程中已不能满足开采的需要，出现了各种问题。因此，研究煤层气--水两相流的运移机理，缓解开发中的技术问题就显得迫在眉睫。 本文基于多孔介质理论，结合流体力学及岩石力学，研究了处于低渗透条件下的煤层气--水的细观渗流机理及增透性措施，通过流体两相流理论分析，建立了气—水两相流的渗流数学模型，而后对不同孔隙介质的颗粒半径条件下，渗透率、孔隙度、饱和度及钻孔开采的有效半径等煤层气开发的要影响因素进行了研究，进行数值模拟计算后发现：（1）通过细观数值实验，得到煤储层孔隙介质的颗粒半径和孔隙度的变化，将会影响渗透率发生变化；（2）储层中的流体的孔隙流动远远小于裂隙中的流动。在启动压力梯度的作用下，水平方向的渗透率远大于垂直方向的渗透率，即流体的运移通道主要是水平方向的裂隙，通过垂直方向运移的速度很低；（3）钻孔为75mm在煤层气--水两相流作用下，通过数值模拟，一般煤层的增产抽采的有效半径的范围为0.8-1.2m，同时，双钻孔增采效果好于单孔钻孔，交叉钻孔好于平行钻孔的增透效果，且煤层两相流体中，当气体饱和度在65%易出现部分停滞流动现象。 根据以上的研究结果，可以为低渗透煤层气的气体渗流机理研究及增产抽采参数提供理论依据。