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勘探與開發(fā)????????????????????????????天??然??氣??工??業(yè)????????????????????????????????1998年7月

煤層氣數(shù)值模擬的地質(zhì)模型與數(shù)學(xué)模型

岳曉燕*??譚世君??吳東平

(中國(guó)新星石油公司華北石油局)

????岳曉燕等.煤層氣數(shù)值模擬的地質(zhì)模型與數(shù)學(xué)模型.天然氣工業(yè),1998;18(4):28~31

摘??要??煤層氣數(shù)值模擬是以計(jì)算機(jī)為支持條件,模擬煤層氣產(chǎn)出的全過程�；静襟E是:首先根據(jù)煤儲(chǔ)層的地質(zhì)特征,建立合理的地質(zhì)模型;并據(jù)煤層氣產(chǎn)出機(jī)理,建立能描述煤層氣運(yùn)動(dòng)過程基本物理現(xiàn)象和邊界條件、初始條件的數(shù)學(xué)模型,再離散化成數(shù)值模型;然后編制成計(jì)算機(jī)程序,建立計(jì)算機(jī)模型。文中介紹的煤層氣數(shù)值模擬方法能全面、系統(tǒng)地綜合分析各種影響因素,客觀反映流體在儲(chǔ)層中的流動(dòng)特性,并具有開發(fā)成本低、可重復(fù)進(jìn)行的特點(diǎn)。

主題詞??煤層??孔隙結(jié)構(gòu)??滲透率??地質(zhì)模型??數(shù)學(xué)模型

數(shù)。

煤層氣數(shù)值模擬的

物理機(jī)理與地質(zhì)模型

????(1)煤的孔隙結(jié)構(gòu)與含氣性

煤為雙孔隙結(jié)構(gòu),分為基巖(質(zhì))孔隙和割理孔隙�；鶐r孔隙(或稱基質(zhì)孔隙)又稱微孔隙,孔徑很小,一般為0??5~1nm,水被認(rèn)為是不能到達(dá)的。煤的微孔隙極其發(fā)育,煤層氣儲(chǔ)集的主要機(jī)理是吸附在微孔隙的表面,因此煤層氣的絕大部分儲(chǔ)集在微孔隙中,在壓力作用下呈吸附狀態(tài)。割理孔隙是煤化作用的結(jié)果(內(nèi)生裂隙),局部也由構(gòu)造力所引起(外生裂隙)。割理間距比較均一,從幾毫米到幾厘米,在煤中出現(xiàn)兩種類型的割理,面割理和端割理。割理孔隙的孔徑從幾納米到幾十納米,它是氣水流動(dòng)的主要通道。在初始狀態(tài),一般認(rèn)為由100%的水充填。煤的割理孔隙度隨著煤層孔隙壓力的降低而變小。

煤對(duì)水的總有效孔隙度一般小于2%,但對(duì)氣的有效孔隙度可高達(dá)10%,其原因是微孔隙對(duì)水的不可到達(dá)性。

??a=??0??

Cp(P-P)

煤層氣以吸附、游離、溶解3種狀態(tài)賦存于煤層中。煤層氣的絕大部分呈吸附狀態(tài)保存于煤的基巖(質(zhì))微孔的內(nèi)表面上。煤層氣在煤儲(chǔ)層中的賦存狀態(tài),隨著排采過程中的地層壓力的改變而發(fā)生變化。

(2)煤的吸附機(jī)理

吸附是一種物理現(xiàn)象,吸附能力與溫度、壓力有關(guān)。當(dāng)溫度一定時(shí),隨壓力的升高吸附量增大;當(dāng)壓力達(dá)到一定程度時(shí),煤的吸附能力達(dá)到飽和。吸附是百分之百的可逆過程。當(dāng)壓力降低時(shí),氣體將解吸出來。實(shí)驗(yàn)室可測(cè)定煤的等溫吸附線。

煤的吸附作用有三類數(shù)學(xué)模型:亨氏等溫吸咐模型(Henry)、付氏等溫吸附模型(Freudlich)、蘭氏等溫吸附模型(Langmuir)。

對(duì)柳林楊家坪煤層氣實(shí)驗(yàn)區(qū)6口井的28個(gè)煤巖樣品作等溫吸附實(shí)驗(yàn),結(jié)論是:93%符合蘭氏模型,7%符合付氏模型,無一符合亨氏模型。壓力降低到使吸附在煤層微孔隙表面上的氣體開始解吸的壓力稱之為解吸壓力。當(dāng)解吸壓力等于原始地層壓力時(shí),這種煤層為飽和煤層;當(dāng)解吸壓力小于原始地層壓力時(shí),這種煤層為欠飽和煤層。欠

(1)

飽和煤層往往在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中由于地質(zhì)運(yùn)動(dòng)造成吸附氣的散失而又未得到補(bǔ)充。解吸壓力可由含氣量數(shù)據(jù)和等溫吸附數(shù)據(jù)計(jì)算求得。

式中:??a為割理孔隙度;??0為初始孔隙度;P為地層壓力;P0為初始地層壓力;Cp為地層孔隙壓縮系

????*岳曉燕,女,1957年生,工程師;1985年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)信息系;現(xiàn)從事計(jì)算機(jī)地質(zhì)應(yīng)用研究工作。地址:(450006)河南省鄭州市伏牛路南段197號(hào)。電話:(0371)8611590轉(zhuǎn)320。

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