煤层气井排采动态非线性结构特征及其机理研究

The process of Coalbed Methane(CBM）well draniage is complicated and nonlinear,in which CBM can produce continuously from coal deposit flaw by drain depressurization, under given drainage system. Therefore, it is important to reveal nonlinear feature mechanism of the water production and gas production for establishment of the stable drainage system. At present, these methods ,regression anlysis and numerical simulation methods, are difficutlt to reveal the nonlinear fetures and evolution rules of CBM undeground system. So this project uses space reconstruction and nonlinear time series methods and reveals the nonlinear structure features of coal reservoir hydrogeology units, and analyzes the nonlinear structure features and the corresponding relations between water production and the other parameters in the drainage processes, and then explores the nonlinear rules of drainage parameters by the created time series prediction model of drainage dynamic parameters. Research results can help understand percolation characteristics and rules of coal reservoir fluid in the process of CBM drainage, and provide the scientific basis for establishing reasonable well drainage system of CBM .

煤层气井排采过程，是依据水文地质条件，制定特定的排采制度，以排水降压的方式，促使煤层气通过裂隙系统不断产出的非线性过程。因此，探索在不同水文地质和裂隙系统条件下煤层气井产水、产气过程的非线性动态变化机理，对于建立稳产排采制度具有重要意义。目前常用数值模拟方法和回归分析方法难以揭示煤储层地下系统的非线性特征及演变规律。为此，本项目拟采用相空间重构和非线性时间序列方法，揭示不同煤储层水文地质单元内产水量非线性结构特征，分析产水量与其他排采参数非线性结构特征随排采过程演化的对应关系，建立煤层气井排采动态参数时间序列预测模型，进而探索排采参数的非线性演变规律及机理。研究成果有助于深刻认识煤层气排采过程中的煤储层流体渗流变化特征和规律，并为建立合理的稳产排采制度提供科学依据。

煤层气井排采过程，是依据水文地质条件，制定特定的排采制度，以排水降压的方式，促使煤层气通过裂隙系统不断产出的非线性过程。因此，探索在不同水文地质和裂隙系统条件下煤层气井产水、产气过程的非线性动态变化机理，对于建立稳产排采制度具有重要意义。本项目在收集研究区资料的基础上，对研究区资料进行了整理。在对排采过程的认识的基础上，归纳了影响排采过程的关键参数。通过对研究区构造地质、水文地质和煤储层渗透率等参数分析，揭示了该研究区基本地质条件。也分析了不同条件对排采曲线的影响。利用GIS手段对关键参数进行叠置分析，确定不同综合条件的分区。选择了分区内典型煤层气井，通过实例排采井数据说明排采曲线的实际产出阶段和形态。通过对煤层气井排采控制的理论模型（气水两相流方程）的研究，对影响曲线形态的关键参数进行了模拟研究和分析，揭示关键参数对曲线形态的影响。采用经验模特分解和互谱分析方法，揭示不同煤储层水文地质单元内产水量非线性结构特征，分析了产水量与其他排采参数非线性结构特征随排采过程演化的对应关系。结合混沌时间序列和RBF网络，利用相空间重构中求得的嵌入维数确定输入神经元个数，融合RBF网络特征预测了煤层气产气量。为实现控制方程和时间序列的融合，建立了气水两相方程和混沌时间序列预测方法，并利用实例进行了分析。为实现对排采过程曲线的分析和应用，利用计算机语言开发了煤层气排采参数曲线非线性分析软件，其中软件包括利用动力学方程参数产生基本产出曲线的功能，以及利用非线性方法分析产出曲线关系的功能模块。