亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        沁端區(qū)塊煤層氣滲流過程中壓力變化規(guī)律

        2016-02-05 05:47:46王龍軍
        天然氣勘探與開發(fā) 2016年4期

        張 濤 王龍軍

        延長油田股份有限公司靖邊采油廠

        沁端區(qū)塊煤層氣滲流過程中壓力變化規(guī)律

        張 濤 王龍軍

        延長油田股份有限公司靖邊采油廠

        針對前人多集中于煤層氣的吸附特征和解析機(jī)理研究,忽視對煤層氣排采過程中滲流機(jī)理的研究問題,開展了煤層氣滲流機(jī)理的研究,建立了彈性多孔介質(zhì)單相可壓縮氣體不穩(wěn)定滲流的基本微分方程模型,并在此模型基礎(chǔ)上引出定壓邊界和不滲透邊界的數(shù)學(xué)模型,得出了滲流過程中的壓力分布關(guān)系式。通過對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的分析,確定了沁水盆地沁端區(qū)塊下二疊統(tǒng)山西組3#和上石碳統(tǒng)太原組15#煤層滲透率與壓力的關(guān)系式。對定壓邊界和不滲透邊界的壓力分布公式的修正,得出了適合于沁端區(qū)塊煤層氣彈性不穩(wěn)定滲流規(guī)律,為不穩(wěn)定試井提供了可靠的理論基礎(chǔ),也可用來確定煤層參數(shù)和目前地層壓力,同時為煤層氣開發(fā)設(shè)計(jì)及動態(tài)分析提供了重要的信息和資料。

        沁端區(qū)塊煤層氣滲流機(jī)理有界封閉地層圓形定壓邊界滲流基本微分方程壓力分布規(guī)律

        煤層氣是指在煤化過程中生成以甲烷為主的,以物理吸附形式儲集在煤層中的一種自生自儲型非常規(guī)天然氣,煤層氣在成藏、賦存、滲流以及開采方式等方面都不同于常規(guī)天然氣[1]。煤層氣的開采過程包括煤層氣從煤巖基質(zhì)孔隙中的解吸以及從裂隙滲流到井筒。因此,深入研究煤層氣在煤層中的解吸滲流機(jī)理對于煤層氣的開采有重要的意義。

        我國對煤層氣的勘探開發(fā)起步較晚,近幾年主要集中在山西沁水盆地。通過對煤層氣滲流機(jī)理的研究,可以從一定程度上提高煤層氣開發(fā)的產(chǎn)氣量和速度。以往的研究多集中于煤層氣的吸附特征與解吸機(jī)理,忽視了對煤層氣排采過程中滲流機(jī)理的研究。近年來隨著國內(nèi)對煤層氣開發(fā)的不斷深入,越來越多的學(xué)者投入到煤層氣滲流機(jī)理研究當(dāng)中來。通過研究彈性作用下的滲流規(guī)律,確定出沁水盆地沁端區(qū)塊下二疊統(tǒng)山西組3#和上石碳統(tǒng)太原組15#煤層滲透率與壓力的關(guān)系,對彈性不穩(wěn)定滲流過程中不同邊界條件下的兩個壓降公式進(jìn)行修正,得到更適合于該區(qū)塊煤層氣滲流過程中的壓力分布規(guī)律,為不穩(wěn)定試井提供可靠的理論基礎(chǔ),同時給煤層氣開發(fā)設(shè)計(jì)及動態(tài)分析提供重要的信息和資料。

        1 煤層氣滲流機(jī)理

        煤層氣的擴(kuò)散受基質(zhì)內(nèi)表面的濃度控制,初始狀態(tài)下濃度與裂縫系統(tǒng)中自由氣體的壓力處于平衡狀態(tài)。但煤層氣采出過程破壞了煤層的平衡狀態(tài),形成的濃度差和壓力差提供了煤層氣擴(kuò)散運(yùn)動和滲流運(yùn)用的動力,此時解吸—擴(kuò)散—滲流三個過程同時發(fā)生。

        1.1 煤層氣儲層的孔隙系統(tǒng)特征

        煤的孔隙結(jié)構(gòu)與常規(guī)天然氣儲層的孔隙結(jié)構(gòu)不一樣,煤的孔隙結(jié)構(gòu)是由基質(zhì)孔隙和裂縫孔隙組成,構(gòu)成煤的雙重孔隙系統(tǒng)。煤層有許多裂縫將煤體切割成許多小塊體(稱基質(zhì)塊體或基巖塊體),通常把煤層中的裂縫稱為割理(煤裂隙)[2]。煤層的割理(微裂縫)由面割理和端割理組成(圖1),面割理可長達(dá)幾百米,端割理僅發(fā)育在兩條面割理之間,縱橫交錯的割理構(gòu)成了甲烷氣的滲流通道。

        圖1 煤的孔隙結(jié)構(gòu)圖

        滲透率是煤層氣開采中一個最為關(guān)鍵的參數(shù)。但由于煤基質(zhì)的滲透率極低,一般不予考慮。而通常所說的煤層滲透率是指煤層割理滲透率。煤層氣儲層的滲透率既受自身裂隙的控制,開采過程中外界條件的改變也會對其產(chǎn)生較大的影響。

        1.2 煤層氣的滲流機(jī)理

        隨著煤層氣井排水降壓的進(jìn)行,打破了煤儲層原有的壓力平衡狀態(tài),促使煤層氣滲流。從煤層當(dāng)中解吸出來的煤層氣在流場中流動,形成了近似于橢圓形的流場[3-5]。煤層氣井附近裂縫中解吸出來的煤層氣不斷流入井底,流場內(nèi)壓力逐漸降低,化學(xué)勢減小,變得低于吸附相的化學(xué)勢,使原有的吸附平衡狀態(tài)被打破,促使煤基質(zhì)塊內(nèi)微孔隙中吸附狀態(tài)的甲烷不斷解吸出來變成自由氣體參與滲流過程。因?yàn)槲綘顟B(tài)下甲烷氣體的吸附勢高于游離狀態(tài)下的吸附勢,即使始終處于不平衡狀態(tài),保證了吸附狀態(tài)的煤層氣不斷解吸出來并經(jīng)裂隙流向煤層氣井(圖2)。

        圖2 煤層氣產(chǎn)氣機(jī)理圖

        2 滲流過程中的壓力分布

        實(shí)際地層都存在著各種邊界,地層邊界的存在也必然對滲流過程及其產(chǎn)氣量、壓力變化等產(chǎn)生影響。例如:定壓邊界和不滲透邊界,在壓力波傳到邊界以后的第二階段,地層壓力變化規(guī)律是不一致的,這就必須討論彈性不穩(wěn)定滲流綜合微分方程在有界地層條件下的解[6-8]。

        2.1 基本假設(shè)

        煤儲層中微孔隙很小,水不能進(jìn)入其中,微孔隙系統(tǒng)中僅單相氣體存在;裂隙系統(tǒng)是氣體和水的儲集空間,也是氣、水兩相流體的滲流通道。煤巖儲層物性參數(shù)是以煤巖體積應(yīng)變?yōu)樽兞慷兓?,體積應(yīng)變是隨著儲層孔隙壓力變化而變化。所以在研究煤層氣滲流過程中的壓力分布時作出如下假設(shè):

        1)煤層近似為均質(zhì)和各項(xiàng)同性的線彈性體;

        2)煤層氣的滲流過程是等溫的;

        3)煤層氣產(chǎn)生極其微小的變形;

        4)不考慮滲流過程與煤巖變形過程中的慣性力和體積力;

        5)孔隙系統(tǒng)與裂隙系統(tǒng)都為連續(xù)介質(zhì)系統(tǒng)。

        2.2 基本模型的建立

        模型有運(yùn)動方程、狀態(tài)方程、連續(xù)性方程組成。

        1)運(yùn)動方程:

        2)狀態(tài)方程:

        3)單項(xiàng)氣體質(zhì)量守恒方程:

        式中Cl和Cf數(shù)值比較小,可以略去ClCf項(xiàng),得

        因C=Cf+φ0Cl

        將公式(6)化簡為

        所以公式(4)中第二項(xiàng)為

        公式(4)中第一項(xiàng)展開有三個部分,分別是

        可以觀察到它們具有對稱性。

        式中:

        v—滲流速度,m/s;

        K—滲透率,mD;

        λ—摩阻系數(shù);

        μ—黏度,mPa·s;

        φ—孔隙度,%;

        Ct—綜合壓縮系數(shù),1/MPa;

        l—密度,g/cm3;

        ρ0—原始地層壓力,MPa。

        φ0—原始地層孔隙度,%;

        Cl—流體壓縮系數(shù),1/MPa;

        Cf—巖石壓縮系數(shù),1/MPa;

        p—地層壓力,MPa。同理可得:

        綜合上式將公式(4)化為:將公式(4)和(10)代入公式(8)中,整理得進(jìn)一步簡化為公式:

        再將其表示為極坐標(biāo)形式

        式中:

        pˉ—地層任一點(diǎn)(x,y,z)處的壓力,105Pa;

        t—時間;

        α—地層導(dǎo)壓系數(shù),cm2/s。

        2.3 彈性不穩(wěn)定滲流有界地層典型解

        2.3.1 模型一

        有界封閉地層井以定產(chǎn)量生產(chǎn),氣體呈平面徑向流時的壓力變化規(guī)律。

        1)分析

        假設(shè)煤層半徑為Re,中心井半徑為Rw,由于外邊界是封閉的,在外邊界上的法向滲流速度等于零,因此外邊界的梯度壓力為零;由于煤層氣井產(chǎn)量恒定,因此井壁壓力梯度為常數(shù);此外,在煤層氣井投產(chǎn)以前,由于整個地層內(nèi)部都沒有流體流動,所以地層各點(diǎn)的壓力等于原始地層壓力。

        2)初始條件和邊界條件

        氣井投產(chǎn)后,要求確定任意時刻、在地層中任一點(diǎn)處的壓力。引入描述不穩(wěn)定滲流的微分方程式(15)為:

        邊界條件:

        在上述邊界條件和初始條件下,微分方程經(jīng)簡化得:

        式中:

        Pw(t)—t時刻的井底壓力,MPa;

        Re—封閉地層外邊界半徑,m;

        h—地層厚度,m;

        ρa(bǔ)—?dú)怏w密度,g/m3;

        Za—總能量,J;

        Rw—地層內(nèi)邊界半徑,m;

        Ta—總時間,h。

        2.3.2 模型二

        圓形定壓邊界中心井定產(chǎn)量生產(chǎn),氣體呈平面徑向流時的壓力變化規(guī)律。

        1)分析

        假設(shè)煤層半徑為Re,中心井半徑為Rw,由于是定壓邊界,因此對于任一時間上的壓力值為原始地層壓力P0;由于煤層氣井產(chǎn)量恒定,因此井壁壓力梯度為常數(shù);煤層氣井投產(chǎn)以前,整個地層內(nèi)部都沒有流體流動,地層各點(diǎn)的壓力等于原始地層壓力P0。

        2)初始條件和邊界條件

        氣井投產(chǎn)后,若井以定產(chǎn)量自t0=0時刻生產(chǎn),要確定地層中任一點(diǎn)任一時刻的壓力。引入描述不穩(wěn)定滲流的微分方程式(15)為:

        初始條件:t=0時,

        邊界條件:

        在上述邊界條件和初始條件下,微分方程經(jīng)簡化得:

        式中:

        R=Re/Rw;

        J0,J1和Y0,Y1—分別為第一類、第二類零階和一階貝塞爾函數(shù)。

        3 模型參數(shù)修正

        任何理論的求解方法都有一定的局限性。為了使上述的壓力分布公式更加適合所研究的區(qū)塊,根據(jù)實(shí)際情況對其參數(shù)進(jìn)行修正。

        3.1 確定壓力與滲透率的關(guān)系式

        沁端區(qū)塊主要開采煤層為山西組3#煤層和太原組15#煤層,根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)繪制了滲透率與地層壓力倒數(shù)的關(guān)系曲線(圖3、圖4),并對其進(jìn)行線性關(guān)系、對數(shù)關(guān)系、多項(xiàng)式關(guān)系、乘冪關(guān)系和指數(shù)關(guān)系的擬合。根據(jù)判斷相關(guān)系數(shù)的大小,最終確定3#煤層滲透率與地層壓力倒數(shù)的關(guān)系為對數(shù)關(guān)系,15#煤層滲透率與地層壓力倒數(shù)的關(guān)系為多項(xiàng)式關(guān)系。

        圖3 3#煤層滲透率與地層壓力倒數(shù)關(guān)系

        圖4 15#煤層滲透率與地層壓力倒數(shù)關(guān)系

        由圖3可知3#煤層滲透率與壓力倒數(shù)的關(guān)系式為:

        由圖4可知15#煤層滲透率與壓力倒數(shù)的關(guān)系式為:

        K=-141.57(1/p)2+65.556(1/p)-5.8395

        3.2 修正

        3.2.1 對公式16的修正

        將擬合出的3#和15#煤層的地層壓力與滲透率關(guān)系式(18)和(19)分別代入有界封閉地層井以定產(chǎn)量生產(chǎn)時,氣體呈平面徑向流時的壓力分布公式(16)中,得:

        3#煤層:

        15#煤層:

        所修正后的公式(20)和公式(21)是基于3#和15#煤層實(shí)際情況得出的,能夠更準(zhǔn)確的反映有界封閉地層井以定產(chǎn)量時,氣體呈平面徑向流時的壓力變化規(guī)律。

        3.3.2 對公式17的修正

        將擬合出的3#和15#煤層的地層壓力與滲透率關(guān)系式(17)和(18)分別代入圓形定壓邊界中心井定產(chǎn)量生產(chǎn),氣體呈平面徑向流時的壓力分布公式中,得

        3#煤層:

        5#煤層:

        所修正后的公式(21)和公式(22)是基于3#和15#煤層實(shí)際情況得出的,能夠更準(zhǔn)確的反映圓形定壓邊界中心井定產(chǎn)量生產(chǎn),氣體呈平面徑向流時的壓力變化規(guī)律。

        4 小結(jié)

        1)確定出沁端區(qū)塊3#煤層和15#煤層滲透率與壓力的關(guān)系,分別為對數(shù)關(guān)系和多項(xiàng)式關(guān)系,將其關(guān)系式引入有界封閉地層和圓形定壓邊界兩種模型。對定產(chǎn)量時兩種模型氣體呈平面徑向流時的壓力分布公式進(jìn)行了修正,使其更能準(zhǔn)確反映沁端區(qū)塊3#煤層和15#煤層邊界壓力波的傳播規(guī)律。

        2)通過對定壓邊界和不滲透邊界的壓力分布公式的修正,得出了適合于沁端區(qū)塊彈性不穩(wěn)定滲流規(guī)律,為不穩(wěn)定試井提供了可靠的理論基礎(chǔ),也可用來確定煤層參數(shù)和目前地層壓力,同時給煤層氣開發(fā)設(shè)計(jì)及動態(tài)分析提供了重要的信息和資料。

        [1]孔慶利.煤層氣在雙孔介質(zhì)中解吸及滲流機(jī)理研究[D].黑龍江:東北石油大學(xué),2012.

        [2]馮文光.煤層氣藏工程[M].北京:科學(xué)出版社,2009.

        [3]鄧澤.煤層氣開發(fā)儲層物性動態(tài)變化規(guī)律研究[D].北京:中國石油大學(xué)(北京),2008.

        [4]孔立東.煤層氣儲層滲透率演化過程模擬研究[D].東營:中國石油大學(xué)(華東),2007.

        [5]李祥春.煤層滲透性變化影響因素分析[J].中國礦業(yè),2011(6):112-115.

        [6]張建國,杜殿發(fā),侯建,雷光倫,呂愛民.油氣層滲流力學(xué)[M].東營:中國石油大學(xué)出版社,2009:149-151.

        [7]Jacab Bear.多孔介質(zhì)流體動力學(xué)[M].李京生,陳崇希,譯.北京:中國建筑工業(yè)出版社,1983.

        [8]孔祥言.高等滲流力學(xué)[M].合肥:中國科技技術(shù)大學(xué)出版社,1999.

        (修改回稿日期 2016-10-17 編輯 文敏)

        張濤,1987年生,工程師;從事油氣田開發(fā)工作。地址:(718500)陜西省靖邊縣長城路南段10號。電話:13991097168。E-mail:834457784@qq.com

        中文字幕亚洲好看有码| 亚洲字幕av一区二区三区四区| 国产精品ⅴ无码大片在线看| 91国视频| 亚洲av精品一区二区三| 日韩av一区二区不卡| 不卡一卡二卡三乱码免费网站| 国产又色又爽无遮挡免费动态图| 久久久久久免费播放一级毛片| 懂色av一区二区三区网久久| 欧美亚洲一区二区三区| 亚洲啪啪综合av一区| 亚洲精品成人av一区二区| 日韩人妻美乳中文字幕在线| 亚洲av成人无码久久精品老人| 夜夜欢性恔免费视频| 亚洲国产日韩在线人成蜜芽| 国产精品久久三级精品| 婷婷伊人久久大香线蕉av| 精品久久人人爽天天玩人人妻| 欧美人与物videos另类| 亚洲国产福利精品一区二区| 久久精品国产精品亚洲婷婷| 亚洲国产成人久久综合碰碰| 欧洲freexxxx性少妇播放 | 日韩亚洲一区二区三区在线| 亚洲成av人片不卡无码| 国产精品免费久久久久软件| 在线无码精品秘 在线观看| 日本一区二区三区精品免费| 国产在线观看自拍av| 国产精品毛片完整版视频| 国产精品久久久久久2021| 国产av熟女一区二区三区蜜臀| 国产成人精品免费久久久久| 国产午夜精品久久久久免费视| 91精品91久久久久久| 久久人妻中文字幕精品一区二区| 99久久超碰中文字幕伊人| 91av国产视频| 久久久人妻丰满熟妇av蜜臀|