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        煤層氣滲流機理及產(chǎn)能影響因素分析

        2013-11-30 06:54:10高潮孫建博李強曹成祁攀文陜西延長石油集團有限責(zé)任公司研究院西安710075
        化工管理 2013年12期
        關(guān)鍵詞:煤層氣滲流甲烷

        高潮 孫建博 李強 曹成 祁攀文(陜西延長石油(集團)有限責(zé)任公司研究院 西安 710075)

        煤層氣是賦存于煤層及其圍巖中的一種自生自儲的非常規(guī)天然氣,是一種新型的清潔能源和優(yōu)質(zhì)化工原料。 但要成功開發(fā)煤層甲烷資源,還存在著許多問題需要研究和解決,其中煤層滲流機理是主要的問題之一。

        一、煤層氣產(chǎn)出地質(zhì)模型

        煤層氣產(chǎn)出地質(zhì)模型, 是為了適應(yīng)數(shù)學(xué)模型的要求而對復(fù)雜實際系統(tǒng)的一種近似處理,其核心是煤儲層的基本特征、邊界條件和煤層氣的流態(tài)。

        二、 煤層氣產(chǎn)出數(shù)學(xué)模型

        煤層氣和水在煤層中的滲流機理包括兩種, 一種是煤層中的吸附氣體通過解吸與擴散進入到煤層中的裂隙, 可通過Langmuir 等溫吸附定理來描述; 另一種是煤層裂隙中的氣水二相滲流,可用流體的連續(xù)性公式和達西定律來描述。

        1、解吸與擴散

        甲烷的解吸可用Langmuir 等溫吸附定理來描述:

        式中VL—Langmuir 體積;PL—Langmuir 壓力;

        Pg—氣體的壓力;

        C(P)—平衡吸附氣體濃度。g

        公式(1)在煤基質(zhì)和割理之間提供了一個邊界條件,通過擴散進入裂隙的甲烷量可用Fick 定理來描述:

        式中r—解吸時間;

        Vm—煤基質(zhì)體積;

        C(t)—t時刻基質(zhì)中甲烷平均濃度;

        qm—由基質(zhì)進入裂隙的甲烷量;

        將公式(2)寫成導(dǎo)數(shù)形式∶

        2、水—氣二相裂隙流

        煤層甲烷氣、 水在煤層裂隙中的二相滲流可用流體的連續(xù)性公式和達西定律來描述。

        流體連續(xù)性公式

        以上4 式中:φ—煤孔隙度;

        K—煤層絕對滲透率;

        h—標(biāo)高;

        ρ—流體密度;

        S—流體飽和度;

        Kr—相對滲透率;

        μ—粘滯系數(shù);

        g—重力加速度;

        q—源匯項;

        w,g—分別表示水和氣。

        將公式(8)、(9)分別代入公式(6)、(7)中,可得∶

        上述二公式中,Pw、Pg、Sw、Sg 分別滿足下面兩個附加公式:

        式中:Pc—毛細管壓力。

        將公式(1)、(2)、(4)和(9)、(10)、(11)、(12)耦合起來,這樣上述公式中就只含有4 個未知數(shù)Pw、Pg、Sw、Sg, 未知數(shù)個數(shù)和公式個數(shù)相同。 結(jié)合初始及邊界條件即構(gòu)成整個煤層甲烷氣藏的數(shù)學(xué)模型。

        三、煤儲層產(chǎn)能影響因素

        1、煤層滲透率

        滲透率好的煤層, 井筒排水降壓才能有效地傳到更大的范圍,控制大面積煤層,使更多的煤層氣解吸,獲得更高產(chǎn)量。

        2、含氣飽和度

        煤層含氣飽和度的高低,決定其臨界解吸壓力的大小。 臨界解吸壓力越高,意味著煤層氣井需要排水降壓的幅度越小,開始產(chǎn)氣的時間越早,煤層解吸的甲烷氣量越大。

        3、Langmuir體積

        煤層的Langmuir 體積越大,煤層氣的吸附能力越強,氣體越不容易解吸。 當(dāng)煤層的含氣量一定時,Langmuir 體積越小,煤層氣井氣產(chǎn)率越高,產(chǎn)氣高峰到來越早,累積氣產(chǎn)量越大。

        4、煤層孔隙度

        煤層為雙孔隙系統(tǒng),即微孔隙和宏觀孔隙。 煤層孔隙度主要是割理孔隙度,在初始狀態(tài),割理由100%的水充填,孔隙度增大時,煤層單位體積內(nèi)的水含量增高,氣含量相應(yīng)地減小,當(dāng)進行煤層氣開采時,儲層壓力下降的速度變小,直接影響煤層氣的解吸速度。 解吸氣體在裂隙網(wǎng)絡(luò)中的相對飽和度降低,氣相有效滲透率也降低,氣產(chǎn)率降低。

        5、井網(wǎng)密度

        井距選擇很大程度地受煤層滲透率的控制, 這是因為滲透率對煤層氣井的泄壓半徑有很大的影響。 因此,對低滲透率的煤層通常采用較小的布井井距,提高煤層泄壓效果,增加煤層氣產(chǎn)量。

        四、 結(jié)語

        煤層氣和水在煤層中的滲流可用Langmuir 等溫吸附定理和二相滲流來描述。 產(chǎn)能影響因素包括:①割理絕對滲透率;②割理孔隙率;③決定產(chǎn)氣率變化特征及最終采收率的吸附等溫線;④用以確定排采過程中某一時間原位含氣量和采收情況的初始含氣量。

        [1]. 張培河.影響我國煤層氣可采性的主要儲層參數(shù)特征[J].天然氣地球科學(xué),2007,18(6)∶880‐884.

        [2]. 張培河. 基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析的沁水盆地南部煤層氣井產(chǎn)能控制地質(zhì)因素研[J].天然氣地球科學(xué),2011,22(5)∶909‐914.

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