09 第九章 煤层气数值模拟.pptx

第1页：煤层气数值模拟课件封面

煤层气数值模拟课件封面

本页为章封面，标示课程名称与本章内容框架。

第2页：第九章内容目录

1. 2煤层气数值模拟•概述•地质模型•数学模型•模型求解•数模技术发展趋势•实例

第3页：何谓数模

煤层气开发理论与技术何谓数模(概念)煤层气数值模拟技术，是一项利用现代数值方法，采用系列偏微分方程组来描述煤层气及孔隙水在煤储层中的渗流过程，再通过离散化方法把连续函数转变成离散函数，进一步求解偏微分方程组，从而模拟煤层气的产出过程及产出数量。

3§9.1概述

第4页：概述为何要搞数模目的•客观地

概述为何要搞数模目的•客观地

• 概述为何要搞数模目的
• 客观地描述煤层气储层特征
• 准确地预测煤层气井产量
• 科学地制定最佳的煤层气开发方案
• 及时有效地发现和诊断煤层气井生产过程中出现的问题煤层气产业界参照油气藏数值模拟技术，建立了煤层气数值模拟技术。4

第5页：数模的优缺点优点

煤层气开发理论与技术数模的优缺点优点1)可以重复进行，能进行所谓的“多次开发”2)可以模拟各种非均质情况及复杂流体流动3)可以在短时间内进行反复试验，成本较低缺点1)模拟精度依赖于对储层描述的精度和生产动态2)模型本身有一定的假设条件，有一定的误差§9.1概述

第6页：数模的

煤层气开发理论与技术数模的实现过程建立地质模型建立数学模型建立计算机模型（软件）建立数值模型模拟计算§9.1概述

第7页：计算机模型-相关软件

煤层气开发理论与技术计算机模型-相关软件7COMET3（研发者AdvancedResourcesInternational）GEM（研发者ComputerModellingGroupLtd.）ECLIPSE（研发者Schlumberger）SIMEDII（研发者CSIRO）等煤层气数值模拟软件§9.1概述

第8页：数值模拟器的分类维度

一维、二维、三维单相、两相、三相单组分、两组分、…N组分双重介质、三重介质直井、水平井、ECBM按空间维数按流体相数按流体组分按岩石类型地质模型按模型功能§9.2地质模型概念：通过综合研究，利用一定软件，建立煤储层中属性、产出状态等原始模型，了解煤储层原始状态及煤层气产出情况等

第9页：煤层气开发理论与技术储层孔渗

煤层气开发理论与技术储层孔渗模型§9.2地质模型三介质、双渗9两介质、单渗

第10页：地质模型煤层气产出模型

地质模型煤层气产出模型

第11页：储层中流体渗流的偏微分方程组及其定解条件

煤层气开发理论与技术建立一套描述储层中流体渗流的偏微分方程组及其定解条件(初始条件、边界条件)。守恒关系式运动方程状态方程辅助方程物质平衡关系能量平衡关系解吸－Langmuir方程扩散－Fick定律渗流－Darcy定律流体状态方程岩石状态方程流动辅助方程参数辅助方程化学辅助方程物理辅助方程质量守恒方程(组)能量守恒方程偏微分方程(组)数学模型§9.3数学模型

第12页：数学模型解吸模型－

煤层气开发理论与技术数学模型解吸模型－Langmuir方程式中：C(p)—吸附量，ft3/t；VL—兰氏体积，ft3/t；P—地层压力（psi）；PL—兰氏压力（psi）。§9.3数学模型

第13页：煤层气开发理论与技术式中

煤层气开发理论与技术式中：qm为煤基质中甲烷扩散量，m3/day；D为扩散系数，m2/day；为形状因子，m-2；g为甲烷的密度，t/m3；Vm为煤基质块的体积，m3;C(t)为煤基质中甲烷的平均浓度，m3/t;C(P)为基质-割理边界上的平衡甲烷浓度，m3/t。

q数学模型扩散模型－Fick定律§9.3数学模型

第14页：煤层气开发理论与技术式中

煤层气开发理论与技术式中：Vl为l相的渗流速度，m/s；l为l相的粘滞系数，Mpa·s；Pl为l相的压差，MPa；L为渗流途径的长度，m；Kl为l相的有效渗透率，×10-3μm2；K为多孔介质的绝对渗透率，×10-3μm2；Krl为l相的相对渗透率，×10-3μm2。

lllVKPluLKl=KKrl数学模型渗流模型－Darcy定律§9.3数学模型

第15页：数学模型吸附时间

煤层气开发理论与技术数学模型吸附时间（）的确定“63％的甲烷分子从微孔单元中央运动到割理中所需的时间”Tau()=1/(D*)式中：吸附时间（天）＝基质单元形状因子＝扩散系数＝D§9.3数学模型

第16页：煤层气开发理论与技术通过离散化

煤层气开发理论与技术通过离散化，将连续的偏微分方程组转换成离散的有限差分方程组，再用多种方法将非线性系数线性化，成为线性代数方程组，然后求解线性代数方程组。偏微分方程组线性代数方程组得到压力、饱和度等有限差分方程组离散化线性化解方程组求解技术16§9.4方程求解技术

第17页：离散化的概念

煤层气开发理论与技术离散化的概念17对储层数值模拟来说，它的数学模型是一组偏微分方程，其自变量是空间和时间。离散空间即把储层这个连续空间变量离散成若干个小单元。离散时间即把在所研究的时间范围内离散成一定数量的时间段。

§9.4方程求解技术

第18页：煤层气开发理论与技术有限差分

煤层气开发理论与技术有限差分方程组的线性化方法18IMPES方法(ImplicitPressureExplicitSaturation)半隐式方法(Semi-implicitmethod)全隐式方法(FullyImplicitmethod)SEQ方法(Sequencialmethod)自适应隐式方法(AdaptiveImplicitmethod)§9.4方程求解技术

第19页：煤层气开发理论与技术线性方程

煤层气开发理论与技术线性方程组的求解方法19直接解法高斯消去法、LU分解法迭代解法线松弛法(LSOR)、面松弛法(PSOR)、预处理共轭梯度法直接解法占用内存多，但计算速度快；迭代解法占用内存少，但由于迭代次数多，而降低计算速度。

预处理共轭梯度法在80年代兴起，该方法适用于解大型稀疏矩阵。预处理是将稀疏矩阵不完全LU分解成近似阵，然后用正交极小化使迭代过程沿着最快的方向收敛。§9.4方程求解技术

第20页：地质模型的发展

煤层气开发理论与技术地质模型的发展储层模型已由方糖模型发展到全三维模型（Fully3D）储层孔隙模型由双重孔隙模型（裂隙系统和吸附气体）发展为三重孔隙模型（基质孔隙与割理孔隙及吸附气）为进行ECBM评价，将三重孔隙度模型转换成双孔隙度模型§9.5数模技术的发展

第21页：煤层气开发理论与技术地质模型

煤层气开发理论与技术地质模型的发展储层孔隙模型也由一成不变的孔隙模型加入了基质收缩与孔隙膨胀模型（matrixswelling），目前已发展到所谓的微分膨胀模型（differentialswelling）。21§9.5数模技术的发展

第22页：地质模型的发展

煤层气开发理论与技术地质模型的发展由于孔隙压缩、收缩和膨胀，渗透率受到孔隙度变化的强烈影响k=ki(/i)n式中：n＝渗透率指数，通常为3。§9.5数模技术的发展

第23页：地质模型的发展压缩和基质收缩

煤层气开发理论与技术地质模型的发展压缩和基质收缩对煤的渗透率的影响=i–icp(Pi–P)+cm(1-i)dPi(Ci-C)dCi式中：Cp＝孔隙压缩系数Cm＝基质收缩压缩系数。§9.5数模技术的发展

第24页：煤层气储层的渗透率模型也

煤层气开发理论与技术煤层气储层的渗透率模型也由单一渗透率模型（裂隙渗透率）发展成双重渗透率（裂隙渗透率和基质孔隙渗透率）；渗透率模型还加进了应力敏感模型。地质模型的发展中国石油大学（北京）煤层气研究中心24§9.5数模技术的发展

第25页：煤层气解吸模型也已

煤层气解吸模型也已

• 煤层气开发理论与技术煤层气解吸模型也已由单组分（CH4）的Langmuir方程发展成多组分（CH
• CO
• N2）扩展的Langmuir方程。为满足ECBM技术研发的需要，COMET3（研发者AdvancedResourcesInternational）、GEM（研发者ComputerModellingGroupLtd.）、ECLIPSE（研发者Schlumberger）、SIMEDII（研发者CSIRO）等煤层气数值模拟软件陆续加入了ECBM模拟功能。地质模型的发展中国石油大学（北京）煤层气研究中心25§9.5数模技术的发展

第26页：一维单孔隙气相

一维单孔隙气相1968二维单孔隙气水两相INTERCOMP-11978双孔隙压裂单井或多井ARRAYS1981三维多井多层考虑各因素对渗透率的影响COMETPC-3D1989三孔隙双渗透率注气提高采收率COMET21998软件技术的发展

第27页：煤层气开发理论与技术中国石油

煤层气开发理论与技术中国石油大学（北京）煤层气研究中心27模拟网格精确化应用软件一体化前后处理可视化数值计算并行化软件技术网络化模拟技术工程化软件技术的发展§9.5数模技术的发展

第28页：煤层气储层模拟实例

煤层气开发理论与技术煤层气储层模拟实例

第29页：煤层气开发理论与技术实例A

煤层气开发理论与技术实例A

• 煤层气开发理论与技术实例A：模拟敏感性研究，中部大陆勘探目标层目的：
• 对比和对照有限的数据
• 决定基本情况和敏感参数
• 模拟基本情况和敏感性

第30页：煤层气开发理论与技术数据来源

煤层气开发理论与技术数据来源

• 煤层气开发理论与技术数据来源§9.6数模实例研究数据项主要来源
• 渗透率
• 试井
• 初始压力
• 试井
• 初始水饱和度
• 试井
• 气体解吸压力
• 试井
• 孔隙压缩性
• 试井
• 解吸等温线

第31页：煤层气开发理论与技术31甲烷

煤层气开发理论与技术31甲烷

• 煤层气开发理论与技术31甲烷PVT数据储层描述数据
• 储层几何特征
• 绝对割理渗透率
• 构造高程（倾向）
• 割理渗透率方向
• 埋深
• 垂向渗透率
• 净厚
• 孔隙度
• 饱和度（各层）
• 初始气含量
• 灰份

第32页：煤层气开发理论与技术对比和对

煤层气开发理论与技术对比和对照区域数据可获得的等温吸附数据显示如下变化：Sycamore,1995psiaPL=258ft3/tVL=188–471G6-12,样1305T1601psiaPL=VL=228ft3/tG6-12,样1309T576psiaPL=VL=390ft3/t目标井的估算值258psiaPL=VL=257ft3/t

第33页：煤层气开发理论与技术对比和对

煤层气开发理论与技术对比和对照区域数据目标深度的孔隙压力是不确定的：Sycamore，19951100ft@0.25psi/ft=290psia估算的目标井2200ft@0.40psi/ft=895psia

第34页：建模•

建模•

• 煤层气开发理论与技术建模
• COMRT2V2.11ARI公司拥有的裂缝储层模拟器是专门为控制解吸储层而设计的
• 标准的煤层气模型描述双重孔隙度（裂隙系统和吸附气体）单渗透率（裂隙系统）
• 笛卡尔坐标系统，991调整网格尺寸以改变抽排面积
• 水产量控制（300桶/天）直到井底流压达到35psia

第35页：模拟基础参数：抽排与产能

煤层气储层模拟基础参数表（抽排面积与产能）：下表列出相关数据。

第36页：模拟基础参数：孔隙与吸附

煤层气储层模拟基础参数表（孔隙与吸附参数）：下表列出相关数据。

第37页：敏感性研究参数面积英亩厚度英尺渗透率

煤层气开发理论与技术敏感性研究参数面积英亩厚度英尺渗透率md原地气含量标准立方英尺/吨No.描述8025142000基本情况80802525141415025012低含气量高含气量8080252553520020034低渗透率高渗透率80801540141420020056薄厚401602525141420020078紧密的宽的802551509低气和渗透率

第38页：敏感性研究成果

煤层气开发理论与技术敏感性研究成果（20年）采收率％累计水产量千桶累计气产量百万立方英尺最长时间天最大产量千立方英尺/天No.描述561954103501550基本情况595319219532549030040013017712低含气量高含气量36701652152675159003005840034低渗透率高渗透率56561173102456553503509526056薄厚68421053502506151807501601507840英亩160英亩39165215750489低气和渗透率

第39页：渗透率敏感性研究成果

煤层气开发理论与技术05010015020025030035040001000200030004000ElapsedtimeinDays5000600070008000GasRate,MSCFDHiPermBaseLoPerm敏感性研究成果（渗透率）高渗透率基本情况低渗透率

第40页：敏感性研究成果

煤层气开发理论与技术敏感性研究成果（煤层厚度）厚煤层基本情况薄煤层

第41页：敏感性研究成果

煤层气开发理论与技术敏感性研究成果（抽排面积）160英亩基本情况40英亩

第42页：敏感性研究成果

煤层气开发理论与技术敏感性研究成果（低气含量和渗透率）基本情况低气含量、低渗透率

第43页：敏感性研究成果

煤层气开发理论与技术敏感性研究成果（低气含量和渗透率）基本情况低气含量、低渗透率

第44页：储层特征

煤层气开发理论与技术储层特征采用Warren-Boot双孔模型储集特征上孔隙中只有气相，裂缝中初始状态只有水相解吸特征采用Langmuir吸附模型，浓度只与压力有关扩散特征采用拟稳态渗流特征的是裂缝中气水发生Darcy流动Eclipse软件假设条件

第45页：沁水盆地

沁水盆地（樊庄－郑庄）储层类型归属与相关钻井方案-地质模型建立郑庄－樊庄区块高煤阶、渗透率低、压力低、储层分布稳定、含气量高厚度大，可知其属于低压低渗厚层状高含气储层。即Ⅱ－Ⅲ类可改造储层适用钻井方案应为3分支以上的水平井及羽状水平井研究主要内容压力梯度(MPa/100m)储层压力（MPa）埋深（m）煤层井号0.753.95521.63晋试10.784.76606.6150.814.20514.23晋试20.582.99509.23晋试30.532.77521.63晋试40.603.72613.815樊庄地区3号煤含气量等值线图实例2沁水盆地煤层气高效开采结构方案研究

第46页：静毛比基质渗透率裂缝渗透率

静毛比基质渗透率裂缝渗透率X&Y基质孔隙度深度厚度Y长度X长度NTGMDMD％mmmm1.01.030001.05506.032103210煤层气开发理论与技术(1)钻井方案数模研究-双向裂缝储层均质X方向裂缝渗透率=3000mdY方向裂缝渗透率=3000md•模型大小（单井控制面积）樊庄地区数值模型参数设定表研究主要内容沁水盆地煤层气高效开采结构方案研究地质模型

第47页：直井产能曲线研究

1.直井产能曲线研究主要内容沁水盆地煤层气高效开采结构方案研究

第48页：垂向四分支

煤层气开发理论与技术2.垂向四分支3.径向四分支4.单主分支羽状5.二主分支羽状双状（樊平1－1井型）分支羽状（设计）（郑平01－1型）双分支羽双主分支羽状示意图6.三主分支羽状7.四主分支羽状晋平2－0－4井型研究主要内容沁水盆地煤层气高效开采结构方案研究7.四主分支羽状晋平2－0－4井型

第49页：年累产水

煤层气开发理论与技术30年累产水30年累产气达峰值年长峰值日气量井型M^3M^3Yearm^3/day12.7910×10^41.3969×10^73000直井24.3619×10^41.1310×10^83-511000垂向四分支水平井23.3100×10^41.0805×10^85-710670径向四分支水平井23.0154×10^41.0569×10^86-710401单主分支羽状水平井22.5105×10^41.0182×10^89-1010098双主分支羽状(郑平01－1型)21.3745×10^40.9189×10^810-129200双主分支羽状(樊平1－1井型)20.1964×10^40.8011×10^815-168701三主分支羽状水平井21.7952×10^49.6438×10^810-129560四主分支羽状水平井(晋平2－0－4井型)各种井型生产数据对比表各种井型30年累产水量曲线小结：(1)直井产能偏低，樊庄地区寻找高渗透储层进行直井开发。

(2)垂直双向裂缝渗透率煤层，垂向四分支水平井产能达峰值时间最短、单井日产能最高。(3)水平井的结构对储层的控制程度是决定排水量大小、产气量高低的最主要因素。垂、径向向四分支、单分支羽状、双主分支羽状（郑平01－1型）四种井型在双向裂隙发育情况下具有最大穿透比，产能相对较高。

研究主要内容沁水盆地煤层气高效开采结构方案研究

第50页：基质渗透率裂缝渗透率

基质渗透率裂缝渗透率Y裂缝渗透率X基质孔隙度深度厚度Y长度X长度MDMDMD％mmmm1.0130001.05506.032103210煤层气开发理论与技术X方向裂缝渗透率=3000mdY方向无裂缝•模型大小（单井控制面积）樊庄地区数值模型参数设定表(2)单向裂缝及裂缝渗透率－储层非均质研究主要内容沁水盆地煤层气高效开采结构方案研究

第51页：单主分支羽状型）1井双分支羽状

1.垂向四分支2.径向四分支3.单主分支羽状型）1井双分支羽状（设计）（郑平01－1型）双分支羽状（樊平1－双主分支羽状示意图4.二主分支羽状5.三主分支羽状6.四主分支羽状研究主要内容沁水盆地煤层气高效开采结构方案研究

第52页：井型预测结果各种井型日产气量曲线各种井型

煤层气开发理论与技术各类井型预测结果各种井型日产气量曲线各种井型30年累产气量曲线研究主要内容沁水盆地煤层气高效开采结构方案研究

第53页：各种井型生产数

煤层气开发理论与技术各种井型生产数据对比表各种井型30年累产水量曲线30年累产水30年累产气达峰值年长峰值日气量井型M^3M^3Yearm^3/day3.0519×10^40.22581×10^7147垂向四分支水平井1.0423×10^55.5751×10^73-54486径向四分支水平井7.8766×10^43.4362×10^74-63270单主分支羽状水平井1.4587×10^56.5091×10^76-86283双主分支羽状(郑平01－1型)8.9986×10^43.6031×10^76-83455双主分支羽状(樊平1－1井型)8.3254×10^43.3478×10^76-82557三主分支羽状水平井1.2993×10^55.5568×10^76-85360四主分支羽状水平井(晋平2－0－4井型)小结：(1)平行于裂缝主方向的井型不适合开发此类煤层。

(2)郑平01-1井型6分支垂直于裂缝主方向，充分利用裂缝传导作用，使单井日产能峰值最高。(3)同一方向并非主支越多越好，主支数增多，将会增加重叠的区域，使效率降低。(4)进尺相同时，均质地层适于打简单水平井，非均质地层可以用单分支或二分支羽状研究主要内容沁水盆地煤层气高效开采结构方案研究

第54页：煤层气开发理论与技术研究主要

煤层气开发理论与技术研究主要

• 煤层气开发理论与技术研究主要内容(3)适合沁水盆地高煤阶煤层的十种井型为了进一步研究沁水盆地适合钻井类型，增加了
• 8分支简单水平井及
• 4主分支羽状水平井，并规范了羽状水平井结构，模拟了十种井型产能情况沁水盆地煤层气高效开采结构方案研究

第55页：十种井型

十种井型（双向渗透率均质地层）时间/天日）产气（方直井井型1主支、8分支井型2主支、8分支井型4主支（两主支间角120度）6主支井型3主支、8分支（三主支间角120度）4主支、8分支8主支井型1主分支8分支羽状，6、8分支简单水平井，3主分支8分支羽状四种井型峰值产量较高，达峰值产量时间较短，体现了1分支羽4主支、8分支（两主支间角120度）状与高分支简单4主支（主支间角90度）水平井对沁水盆地煤储层的适应性研究主要内容沁水盆地煤层气高效开采结构方案研究

第56页：十种井型

十种井型（双向渗透率均质地层）间度）120度）120度）90度）直井井型1主支、8分支井型累2主支、8分支井型产4主支（两主支间角120气6主支井型（方3主支、6分支（三主支间角）4主支、8分支4主支、8分支（两主支间角4主支（主支间角8主支井型时间度）120度）120度）90度）直井井型1主支、8分支井型累2主支、8分支井型产4主支（两主支间角120气6主支井型（方3主支、6分支（三主支间角）4主支、8分支4主支、8分支（两主支间角4主支（主支间角8主支井型时间度）120度）120度）90度）直井井型1主支、8分支井型累2主支、8分支井型产4主支（两主支间角120气6主支井型（方3主支、6分支（三主支间角）4主支、8分支4主支、8分支（两主支间角4主支（主支间角8主支井型时累产气（方）度）120度）120度）90度）直井井型1主支、8分支井型2主支、8分支井型4主支（两主支间角1206主支井型3主支、6分支（三主支间角4主支、8分支4主支、8分支（两主支间角4主支（主支间角8主支井型时直井井型1主支、8分支井型2主支、8分支井型4主支（两主支间角120度）6主支井型3主支、6分支（三主支间角120度）4主支、8分支4主支、8分支（两主支间角120度）4主支（主支间角90度）8主支井型时间累产气（方）6、8主支及1分支羽状累产较高研究主要内容沁水盆地煤层气高效开采结构方案研究

第57页：十种井型

十种井型（单向渗透率地层）/日产气（方天）3主支、6分支（三主支间角120度）4主支、8分支4主支、8分支（两主支间角120度）4主支（主支间角90度）8主支井型单向割理发育的煤储层，钻羽状水平井更加有利直井井型1主支、8分支井型2主支、8分支井型4主支（两主支间角120度）6主支井型研究主要内容时间

第58页：累产气

煤层气开发理论与技术累产气（方）直井井型1主支、8分支井型2主支、8分支井型4主支（两主支间角120度）6主支井型3主支、6分支（三主支间角120度）4主支、8分支4主支、8分支（两主支间角120度）4主支（主支间角90度）8主支井型层，钻羽状水平井更加有利十种井型（单向渗透率地层）单向割理发育的煤储研究主要内容时间

第59页：煤层气开发理论与技术实例3-

煤层气开发理论与技术实例3-多分支水平井的优化简单水平井：800-900m,1000m之后钻井成本增加多分支羽状水平井：主支长度分支长度角度间距

第60页：1主支优化-日产气量

煤层气开发理论与技术3.1主支优化-日产气量

第61页：主支优化-累积产气量

煤层气开发理论与技术主支优化-累积产气量

第62页：开发主支优化-单位进尺日产理论气与技术量

煤层气开发主支优化-单位进尺日产理论气与技术量

第63页：主支优化—结论

煤层气开发理论与技术主支优化—结论1长度增加，日产气量和累积产气量都增加21500米左右，米进尺累产气量最高，确定在1200m-1800m单位进尺气量拐点原因：可以用煤层气采出机理加以解释，主支长度增加，为了达到平衡，分支的支数也相应增加，末端分支距离排水采气的洞穴直井越来越远，主支到一定长度造成排水困难，从而影响产量

第64页：2分支角度的优化

煤层气开发理论与技术3.2分支角度的优化

第65页：角度优化之结论角度越大

煤层气开发理论与技术角度优化之结论角度越大，产量越大60度造斜非常困难，而且对于具有非均质性储层来说，45度角可以均匀的分到面割理和端割理两个方向起到沟通作用，因此我们优选45度

第66页：3分支长度优化

煤层气开发理论与技术3.3分支长度优化

第67页：分支优化--米进尺日产气量

煤层气开发理论与技术分支优化--米进尺日产气量

第68页：分支优化--米进尺累积产气量

煤层气开发理论与技术分支优化--米进尺累积产气量

第69页：分支优化之结论分支越长

煤层气开发理论与技术分支优化之结论分支越长，产量越大但米进尺产气量500m>800m>300m>1000m

第70页：4分支间距的优化

煤层气开发理论与技术3.4分支间距的优化

第71页：间距优化之累积产气量

煤层气开发理论与技术间距优化之累积产气量

第72页：间距优化之米进尺日产气量

煤层气开发理论与技术间距优化之米进尺日产气量

第73页：间距优化之米进尺日产气量

煤层气开发理论与技术间距优化之米进尺日产气量

第74页：间距优化之结论模拟结果可

煤层气开发理论与技术间距优化之结论模拟结果可以看出，日产气量随间距增大而增大，但米进尺产气量以300米为最佳，因此分支间距可以考虑250－300米

第75页：结论羽状水平井主支优化长度

煤层气开发理论与技术结论羽状水平井主支优化长度为1500m左右，分支优化长度为200－800m，且由水平井初始端至末端依次递减，最佳分支角度为45度，最佳分支间距为250－300m

第76页：煤层气开发理论与技术通过数模

煤层气开发理论与技术通过数模获得的单主分支羽状水平井最优结构模型

第77页：数模-多分支水平井产能评价基础研究

煤层气开发理论与技术数模-多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究国内外研究现状及发展趋势煤层气的开发与天然气的开发不尽相同，目前认为煤层气的开发一般遵循以下过程：排水——降压——解吸——扩散——产气。描述这一扩散渗流过程基本物理现象的数学模型大致经历了经验模型——平衡吸附模型——非平衡吸附模型三个阶段。

研究主要内容

第78页：多分支水平井产能评价基础研究

煤层气开发理论与技术多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究国内外研究现状及发展趋势（1）经验吸附模型经验模型是在煤层气开发早期，煤层储层特性研究还非常有限的情况下，简单地把直接观测到的物理现象用数学方法描述。

经验模型所需输入参数较少，预测精度有限。这类模型有Airey模型、林丁模型、麦发尔模型。研究主要内容

第79页：解吸量

煤层气开发理论与技术解吸量：1100dGoAtGc[1exp()N]c初始含气量由Go下式决定:ccGdGoc10.31W式中:t，解吸时间;Wcc初G始o含气量;A吸附时间常数;c总解吸量;G水d分含量。

多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究国内外研究现状及发展趋势•Airey模型是对煤心尺度下破碎煤样的煤层气产出特征研究后提出的，得到了解吸量的经验公式。研究主要内容

第80页：多分支水平井产能评价基础研究

煤层气开发理论与技术多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究国内外研究现状及发展趋势（2）平衡吸附模型——单孔模型平衡吸附模型是人们对储层有了充分的认识后在经验模型的基础上发展起来的。平衡吸附就是在单一介质中，忽略解吸气的扩散过程，假设解吸气以游离气状态渗流。

此类模型有，巴姆贝模型、戈尔巴切夫模型、奥韦里-艾格尔模型、诺丁安大学模型、贝尔斯和博瑞尼模型以及第一综合平衡吸附模型。研究主要内容

第81页：煤层气开发理论与技术CLg

煤层气开发理论与技术CLgELgCP-单一介质，平衡吸附。多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究国内外研究现状及发展趋势•巴姆贝模型假定：-气藏水平等厚，无穷径向流-储层均质，各向同性-单相、等热、遵循达西定律-整个压力范围，宏孔隙度、渗透率为常数-自由气遵循真实定律-解吸气遵循langmuir等温吸附定律，即研究主要内容

第82页：煤层气开发理论与技术(S

煤层气开发理论与技术(S

• 煤层气开发理论与技术(S))q(S))qqwwww(
• wwwmatwwgggg(
• ggxygdsmatgg)(
• yxxy)(
• xy多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究国内外研究现状及发展趋势
• 第一综合平衡吸附模型研究主要内容

第83页：煤层气开发理论与技术SwS

煤层气开发理论与技术SwSg1.0初始条件P|P0wt0wS|S0wt0w(S0)P|P0Pgt0wcgwwscggPp(Pg)P1dPgdPcgwPgPw辅助方程多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究国内外研究现状及发展趋势•第一综合平衡吸附模型研究主要内容

第84页：煤层气开发理论与技术)|rw

煤层气开发理论与技术)|rwgggscKhTP2q86.4103masc(rZTPrPg|rPwwwP|P0wrewP|P0gregPw|rPwf(t)产量方程边界条件多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究国内外研究现状及发展趋势•第一综合平衡吸附模型研究主要内容

第85页：煤层气开发理论与技术rggg

煤层气开发理论与技术rggggscscqscggscsceq[(kk/)(P/z)](PT/T)q[(SP/z)(PT/T)V]wwwwwwtB[kkrw]q(S/B)teq由于该处井的存在所增加的源汇项。

上式气相方程中V是Langmuir方程控制的平衡吸附量，和qsc分别q为w多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究国内外研究现状及发展趋势•平衡模型最常用、最典型的数学方程如下：研究主要内容

第86页：多分支水平井产能评价基础研究

多分支水平井产能评价基础研究

• 煤层气开发理论与技术多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究国内外研究现状及发展趋势（3）非平衡吸附作用模型一双孔单渗模型
• 这种模型是近年来普遍被接受并常用于现场实践的一种模型。该模型将煤层看成双孔介质，即基质孔隙和裂缝或割理。非平衡吸附模型是一种比较完善、能更为客观地反映煤层气运移与产出的数学模型
• 此类模型又可分为基于Fick第一扩散定律的拟稳态模型和基于Fick第二扩散定律的非稳态模型。研究主要内容

第87页：煤层气开发理论与技术mfgm

煤层气开发理论与技术mfgmqFG(C(P)C)其中为几何因子；为吸附时间；为基质中的浓度；体压力相平衡的浓度，由Langmuir方程控制。GFmCfg为与裂缝C(中P气)多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究国内外研究现状及发展趋势1）、拟稳态模型拟稳态非平衡吸附模型是考虑煤层气在微孔隙中吸附、解吸，解吸气在扩散过程中遵循Fick第一定律，吸附速度和解吸速度都是常数。

扩散解吸量：研究主要内容

第88页：煤层气开发理论与技术LC(P

煤层气开发理论与技术LC(P)VmPPPC(和P)构成P等温吸附曲线，为LangVmuir体积，为LangmuPir压力。mLffgfgfgfgm(S)(v)qtDffgfgfC)gfCv(KgP而裂缝中气相方程为：其中气相方程方程右端第一项是宏观渗流速度，遵从Darcy定律，第二项是裂缝中气体扩散速度，遵从Fick定律。

多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究国内外研究现状及发展趋势Langmuir方程：研究主要内容

第89页：煤层气开发理论与技术fgRT

煤层气开发理论与技术fgRTZM(Pfg)MPfg)CffgfgfCRTZ(SMPfg)/(SRTZ把以上两式带入气相方程，得DffgmgfgZ(fSfgPfg)[PfgKgPtZ对于水相方程有：SZM(SfgPfg)]RTqfwwwwB(fSfw)(KwP)tB多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究国内外研究现状及发展趋势对于气体来说，由于研究主要内容

第90页：多分支水平井产能评价基础研究

多分支水平井产能评价基础研究

• 煤层气开发理论与技术多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究国内外研究现状及发展趋势2）、非稳态模型
• 非稳态吸附模型是考虑煤层气从微孔隙扩散到宏孔隙，在宏孔隙中游离气遵循达西定律渗流，解吸气在扩散过程中遵循Fick第二定律。吸附速度和解吸速度都随时间变化
• 裂缝中气相和水相的运移与拟稳态模型的相同。如果某处有井存在，只需在方程中添加相应的源汇项即可。研究主要内容

第91页：煤层气开发理论与技术现有直井

煤层气开发理论与技术现有直井数学模型解吸项的处理方法压力、产量的处理方法定向羽状水平井数值模拟完善源汇项、井筒流动处理多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究研究思路流程研究主要内容

第92页：煤层气开发理论与技术Tpcl

煤层气开发理论与技术Tpcl

• 煤层气开发理论与技术Tpcln(re/rweq)g1.5103KKhZT[m(P)m(P)]rgscscwfq——(1)Prm(P)2dP——(2)gZ(P)PP1为真实气体平面径向流产量公式。2为拟压力函数表达式。多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究煤层气水平井数学模型1
• 井底的产量与压力关系仍符合一般的天然气渗流规律，可用天然气藏产量公式表示，考虑到解吸和扩散作用，需要对压力项进行特定的处理
• 煤层气的开采机理是排水→压力下降→在临界解吸压力下解吸→扩散→渗流→产气。现在一般都只考虑近井附近煤层气的渗流，用天然气工程的产量方程进行求解。单支水平井数学模型如下：研究主要内容

第93页：煤层气水平井数学模型

煤层气开发理论与技术煤层气水平井数学模型1z2h2w)hw]weqvhv2h2K1zL2K3hvLKhKhKrKzrLexp{1.75hln[w(1v)sinKhLKh(w（3）为（1）中的水平井hs}——(3)等效半径表达式。

mmdC(t)dtqVm——(4)VLPgmB——(5)PLPgCrgggfDC](gSg)gggH)fgfwwwwKKCt[(P(S)[KKrww(PgH)]t——(6)（4）为煤层气扩散方程。

（5）为煤层气解吸方程。（6）为地层渗流微分方程。多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究研究主要内容

第94页：煤层气开发理论与技术En

煤层气开发理论与技术En

• 煤层气开发理论与技术EnP|0——(8)7为饱和度及毛管力方程。8为边界条件
• 从上述模型可以看出，该模型解析解的求解过程十分复杂，一般采用数值求解
• 结合水平井产量方程，通过数值计算，求得压力的变化，进而得出产量的变化，以此评价产能。多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究煤层气水平井数学模型1SgSw1Pcwg(Sw)PgPw——(7)研究主要内容

第95页：多分支水平井产能评价基础研究

煤层气开发理论与技术多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究多分支水平井数学模型•由上述方程可见，煤层气渗流过程太复杂，所以有人提出：根据煤层气水平井排采过程中压力分布及煤层气产气特点，回避煤层气从煤基质表面解吸、扩散及复杂的气一水两相流状态下的复杂计算，建立分支井筒压降模型，从而对其产能进行预测。

模型如下：研究主要内容

第96页：多分支水平井产能评价基础研究

煤层气开发理论与技术多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究多分支水平井数学模型2一、模型假设条件a.煤储层为上下封闭、无限大且均质的储层；b．全部裸眼井眼为无限导流；c．忽略水、气从煤基质孔隙和裂隙中流入井筒的能量损失；d．水平段始终在煤层顶部或底部钻进；e．各侧分支井段与主井段间的夹角都相等，各侧分支间的间距都相等。

研究主要内容

第97页：煤层气开发理论与技术PPe

煤层气开发理论与技术PPePixPiL其中，L为地层压力响应距离；Pe为地层压力；Pi为井筒压力多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究多分支水平井数学模型2二、各分支井段压力分布计算模型除分支井段末端外，煤层中水在裂隙系统中的流动可看作平面单向流。

其压力分布可写为：研究主要内容

第98页：煤层气开发理论与技术lnrerrw其中

煤层气开发理论与技术lnrerrw其中，re为地层压力响应距离；Pe为地层压力；Pwf为井筒压力多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究多分支水平井数学模型2三、各分支井末端压力分布计算模型在分支井末端，煤层中水的流动可看作平面径向流。

分支井末端的压力分布可写为：PPePePwflnre研究主要内容

第99页：煤层气开发理论与技术4Pi

煤层气开发理论与技术4PiPte1.29310rh103式中Pi为第i个分支井段压力，MPa；Pt为井口压力，MPa；为混煤层中液体密度，m3／t；h为动液面距煤层中部深度，m。混g(hhij)多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究多分支水平井数学模型2四、各分支井段中压力计算模型各分支井段中压力计算模型为：研究主要内容

第100页：多分支水平井产能评价基础研究

煤层气开发理论与技术多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究多分支水平井数学模型2五、各分支井段中及末端解吸距离计算模型首先根据等温吸附曲线，求取储层条件下的临界解吸压力，在根据之前的各分支井段压力分布方程得解吸距离：SiV实(PLPi)VLPiL(VLV实)(PePi)Si为第i个侧分支解吸距离，m；V实为实测含气量，m3／t；VL为兰氏体积，m3／t；PL为兰氏压力，MPa；Pi为第i段分支井段内压力，MPa。

研究主要内容

第101页：煤层气开发理论与技术L(re

煤层气开发理论与技术L(re)(V(VLV实)PeV实PLV实)(PePi)reriLrw多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究多分支水平井数学模型2五、各分支井段中及末端解吸距离计算模型由分支末端压力分布，并结合等温吸附曲线公式，可得出各分支井筒末端解吸半径公式：研究主要内容

第102页：煤层气开发理论与技术i个分支

煤层气开发理论与技术i个分支井段内的产气量，m3为侧分支与主支之间夹；h为煤层厚度，m；角。i；为第i个l侧分支井段长，m式中Q为分第i为煤的密度，煤m3／t；a多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究多分支水平井数学模型2六、解吸气量计算模型根据各分支井段的解吸距离，结合其降压特点，得出分支井段内的解吸气量计算公式：Q分ilisina2SihV实煤研究主要内容

第103页：煤层气开发理论与技术2末iQ

煤层气开发理论与技术2末iQ煤V实rwwhri[()21]4r多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究多分支水平井数学模型2六、解吸气量计算模型以各分支井末端煤储层顶板水平面为横坐标，末端垂直方向为纵坐标，建立直角坐标系。

根据产气时的解吸半径公式及压降传递特点，分支井末端解吸量为：研究主要内容

第104页：煤层气开发理论与技术nnQ总

煤层气开发理论与技术nnQ总(Q分iQ末i)fii1i1其中为fi修正系数多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究多分支水平井数学模型2六、解吸气量计算模型由此得总的产量为：研究主要内容

第105页：多分支水平井数学模型

煤层气开发理论与技术多分支水平井数学模型3•利用物质平衡求解多分支水平井的数学模型LmainLmainLmain[ln4re2rb2rw20KhPhlnh/sin(a/h)hlnh]nLbQ主支长度α为分支与主支夹角分支长度h为煤层厚度Kh为水平方向渗透率rb分支井筒半径n为分支数Kh/Kv,其中Kv为垂直方向渗透率产量公式：基于物质平衡原理，结合水平井产量方程的产能评价法，以减少计算所需参数，降低计算量。

多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究研究主要内容

第106页：煤层气开发理论与技术)1W

煤层气开发理论与技术)1WeWPwiGpAhf(1SfwgiLigAhVLPigLAhVLPBPPBBAh(1S)1PP右端：第一项代表煤层割理中所含的原始气量；第二项代表吸附在煤层基质中的原始气量；第三项代表侵入煤层割理减去产出的水量；第四项表示平均煤层压力p下残留在煤层割理中的气体；第五项则表示平均煤层压力p下吸附在煤层基质中的气体。

多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究多分支水平井数学模型物质平衡方程：研究主要内容

第107页：煤层气开发理论与技术We

煤层气开发理论与技术WeWPfwifwpgiLdAh(1S)1AhVLPdggLfwifwpgiLdggBPPBWeWPBAh(1S)1GPBAhVAh(1S)1AhVLPdPPBBAh(1S)1G加上气水相对渗透率计算方程、煤层气偏差系数方程、体积系数方程等辅助方程，再结合之前的产量方程进行求解。

多分支水平井产能评价基础研究3.煤层气水平井产能研究多分支水平井数学模型那么，在产出煤层气体积Gp时，通过物质平衡方程可推出对应的煤层平均压力为：研究主要内容

第108页：实习目的

实习目的

• 煤层气开发理论与技术实习目的：
• 熟悉油藏数值模拟的上机工作流程；
• 了解油藏数值模拟的资料需求；
• 掌握Eclipse软件的基本操作。实习内容：
• 使用块中心网格系统建立一个一维的概念模型；
• 完成一维油水两相的数值模拟；
• 简单分析模拟结果。时间安排：4学时课堂练习、4学时课下练习。Eclipse软件简单介绍

第109页：概念模型参数

12345。。。13。。。。232425250m20m20m20m顶面埋深：2000m孔隙度：20%渗透率：100mD概念模型

第110页：Eclipse新建项目

煤层气开发理论与技术新建一个属于自己的目录一、新建项目

第111页：Eclipse模块管理器

煤层气开发理论与技术模块管理器单击启动office双击启动EclipseLauncher

第112页：Eclipse数据文件操作

Eclipse数据文件操作

第113页：

第114页：

第115页：

第116页：Eclipse数据输入与管理

Eclipse数据输入与管理

第117页：

第118页：

第119页：

第120页：