中阶煤煤层气渗流机理及开采理论研究

随着天然气需求量的日益增加，煤层气已成为满足常规天然气需求的现实的补充，将成为人类21世纪最重要的能源。在美国和加拿大已商业开采，而我国在此领域还处于起步阶段，因此研究煤层气的开采机理，直接关系到我国后续能源的供给和经济、社会发展，具有重要的战略意义。本项目研究煤层气在中阶煤体中解吸、扩散和渗流机理，探讨中阶煤煤层气解吸、渗流规律，在煤层气解吸实验和渗流物理模拟实验的基础上，考虑煤基质收缩对渗透率的影响，建立相应的数学模型并研制数值模拟软件，以鄂尔多斯盆地某一区块为例，模拟计算各种开采方式下煤层气的产出，评价开发过程中各因素的敏感性，初步验证并完善本课题所开发的数值模拟软件。从而为煤层气藏开采方案确定提供依据，为今后我国煤层气商业开采提供重要的理论依据和技术支撑。

我国煤层气资源十分丰富，开发煤层气对改善我国能源结构，推动低碳经济发展，具有重要的战略意义。本课题首先在实验室条件下研究了含甲烷块状原煤煤样的渗流特性和吸附/解吸特性，着重探讨了有效应力和煤中水分含量对煤中甲烷渗流速度的影响规律，提出了描述煤层甲烷非线性渗流规律的运动方程。其次，根据煤体的岩石力学性质和弹性本构关系，建立了考虑煤体应力敏感特性以及煤基质收缩效应的煤储层孔隙度、渗透率理论模型，并在孔渗理论模型的基础上，建立了中煤阶煤储层气—水两相流动模型，采用全隐式有限差分方法得到了中煤阶煤储层气—水两相运移数学模型的线性差分方程组，进而利用块系数不完全LU分解预处理的正交极小化方法对其进行了求解。编制相应的计算模拟软件，开展了鄂尔多斯盆地东缘中煤阶煤层气开发的相关数值模拟，并通过对区块内的煤层气井及井组的生产历史拟合和动态产能预测研究检验了模型和软件的合理性。