【摘要】：以沁水盆地南部樊莊區(qū)塊煤儲層地質(zhì)特征、煤層氣直井開發(fā)工程數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析了樊莊區(qū)塊煤層氣直井產(chǎn)能的地質(zhì)和工程影響因素，研究了它們對煤層氣直井產(chǎn)能的協(xié)同控制作用，探索了煤層氣直井產(chǎn)能的地質(zhì)與工程協(xié)同控制機理。按照“實驗—分析—理論—應(yīng)用”的研究思路及“地質(zhì)描述（地質(zhì)模型）—物理模型—數(shù)學(xué)模型—數(shù)值模型—計算機模型—模型應(yīng)用”的數(shù)值模擬方法，建立了沁水盆地南部高階煤儲層典型開發(fā)地質(zhì)—工程模型、基于壓裂強化改造的典型煤儲層物理模型、煤儲層與煤層氣生產(chǎn)動態(tài)過程數(shù)學(xué)模型、求解數(shù)值模型和計算機模型，開發(fā)了自主知識產(chǎn)權(quán)的煤層氣生產(chǎn)數(shù)值模擬軟件，并實現(xiàn)了數(shù)值模擬軟件的工程應(yīng)用。本次研究取得了以下主要成果。 (1)揭示了沁水盆地南部煤層氣直井產(chǎn)能的地質(zhì)與工程協(xié)同控制作用及其機理 地下水流體勢和煤儲層滲透率控制了煤儲層排水降壓效果，是生產(chǎn)監(jiān)測區(qū)煤層氣直井產(chǎn)能的關(guān)鍵地質(zhì)影響因素；抽采制度和水力壓裂是煤層氣直井產(chǎn)能的關(guān)鍵工程控制因素，抽采制度控制煤儲層排水降壓效果，而水力壓裂能夠改善煤儲層滲透率、擴大供氣面積。此外，臨儲壓力比、煤儲層含氣性、煤體結(jié)構(gòu)、煤儲層埋深、煤儲層構(gòu)造特征、井網(wǎng)布置和井網(wǎng)加密、鉆井工藝、固井工藝等對研究區(qū)煤層氣直井產(chǎn)能均有一定影響。 富氣煤巖體、生產(chǎn)煤儲層孔裂隙系統(tǒng)、煤層氣開發(fā)工程和煤層氣產(chǎn)出過程之間的相互作用關(guān)系構(gòu)成了沁水盆地南部煤層氣直井產(chǎn)能的地質(zhì)與工程協(xié)同控制機理的內(nèi)涵。煤層氣產(chǎn)出過程是由煤層氣吸附/解吸、擴散、滲流組成的連續(xù)性過程，，受控于富氣煤巖體、生產(chǎn)煤儲層孔裂隙系統(tǒng)和煤層氣開發(fā)工程，并通過原始煤儲層系統(tǒng)平衡的破壞反作用于三者。研究區(qū)煤層氣直井產(chǎn)能的地質(zhì)與工程協(xié)同控制過程則表達(dá)了產(chǎn)能的原位地質(zhì)類型、開發(fā)地質(zhì)類型、地質(zhì)與工程協(xié)同控制類型及其決定的開發(fā)技術(shù)模式四者之間的匹配關(guān)系。原位地質(zhì)類型、開發(fā)地質(zhì)類型與煤層氣開發(fā)工程的優(yōu)化匹配關(guān)系，決定了沁水盆地南部煤層氣直井產(chǎn)能的地質(zhì)與工程協(xié)同控制類型，不同產(chǎn)能控制類型的煤層氣井具有不同的開發(fā)技術(shù)模式和工程選擇。 (2)建立了基于地質(zhì)與工程協(xié)同控制的煤層氣直井產(chǎn)能預(yù)測系列模型 沁水盆地南部高階煤儲層典型開發(fā)地質(zhì)—工程模型包括原生地質(zhì)模型、壓裂強化改造的煤儲層地質(zhì)模型以及排采動態(tài)地質(zhì)模型。原生地質(zhì)模型和壓裂強化改造的煤儲層地質(zhì)模型描述了生產(chǎn)煤儲層孔裂隙系統(tǒng)的宏觀結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)發(fā)育特征，結(jié)構(gòu)關(guān)系特征以及生產(chǎn)流體的運移模式。研究區(qū)3#煤儲層宏觀裂隙不發(fā)育，不利于煤儲層滲透性，壓裂裂縫成為流體流向井筒的主要介質(zhì)形態(tài)，并造成流體流動形態(tài)和流動級別的改變；顯微裂隙、超顯微裂是溝通不同級別孔、裂隙系統(tǒng)的重要橋梁，對流體流動形態(tài)的轉(zhuǎn)變和流動級別的劃分至關(guān)重要。煤儲層滲透率的動態(tài)變化模型包括恢復(fù)型動態(tài)變化模型和持續(xù)下降動態(tài)變化模型。高收縮率煤儲層或前期排采制度較為平緩的煤儲層，屬于恢復(fù)型動態(tài)變化模型；低收縮率煤儲層或前期排采較為迅速的煤儲層，屬于持續(xù)下降型動態(tài)變化模型。壓裂裂縫滲透率的動態(tài)變化僅有滲透率下降階段，屬于持續(xù)下降型動態(tài)變化模型。 基于典型開發(fā)地質(zhì)—工程模型，由Warren-Root物理模型改進(jìn)所建立的以壓裂強化改造為依據(jù)的典型煤儲層物理模型，能更好的對發(fā)育壓裂裂縫的高階煤儲層滲流機理作出解釋。根據(jù)改進(jìn)的Warren-Root物理模型建立的沁水盆地南部煤儲層與煤層氣生產(chǎn)動態(tài)過程數(shù)學(xué)模型，考慮了重力、粘滯力、Klinkenberg效應(yīng)等的影響，并將壓裂裂縫作為一種單獨的介質(zhì)形態(tài)加以描述，更符合煤層氣開發(fā)的實際。由煤儲層與生產(chǎn)動態(tài)過程數(shù)學(xué)模型的離散化，建立了求解數(shù)值模型和計算機模型，實現(xiàn)了煤層氣直井產(chǎn)能的預(yù)測過程。 (3)開發(fā)了基于基礎(chǔ)模型的高可靠性“煤層氣生產(chǎn)數(shù)值模擬軟件” 依據(jù)協(xié)同控制模型和協(xié)同控制過程模型，開發(fā)了自主知識產(chǎn)權(quán)的“煤層氣生產(chǎn)數(shù)值模擬軟件”，實現(xiàn)了單井或井網(wǎng)排采煤層氣井產(chǎn)能預(yù)測與歷史擬合分析、單井或井網(wǎng)排采煤層氣井壓降漏斗演化、煤儲層參數(shù)反演等功能。沁水盆地南部樊莊區(qū)塊3#煤儲層實例井驗證結(jié)果表明，該軟件計算結(jié)果可靠，誤差較小，能夠滿足煤層氣井產(chǎn)能預(yù)測與歷史擬合的需求，具有較高可靠性，同時證實了基于地質(zhì)與工程協(xié)同控制機理的煤層氣產(chǎn)能預(yù)測方法的高可行性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TE37;P618.13

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2323101