煤层气压裂模拟模型研究

论文摘要

进入二十一世纪,随着石油天然气等常规资源的逐渐枯竭,对于能源需求的不断增加,尤其是对环境保护和安全生产的要求日趋严格,作为一种储量巨大的潜在资源,煤层气在我国资源开发中的地位显著提高。目前,我国对于煤层气的开发还处于起步阶段。煤层气是赋存在煤层中的自生自储的异于常规油气的气体,是新型的洁净能源。开采煤层气对于缓解能源供给压力、保护环境和进行安全生产等方面都有重大意义。本文在调研了国内外大量文献的基础上,分析了煤层气的储层特性、运移和产出机理,认识了煤层气开采独特的解吸、扩散和渗流等过程,并结合传热学、流体力学及线弹性断裂力学等方面的知识,研究了煤层气压裂模拟模型,包括温度场模型、裂缝拟三维延伸数学模型、支撑剂的沉降运移模型和压裂后煤层气井的产能计算模型,主要取得了以下成果：(1)建立了裂缝三维延伸数学模型,模型中考虑了地层中的岩石力学性质差异(尤其是弹性模量和泊松比)、施工参数、地层应力差和压裂液性能对压裂裂缝延伸规律的影响。分析了在不同条件下压裂裂缝的几何尺寸变化规律。(2)建立了井筒和裂缝内的温度场模型及支撑剂沉降的模型,可以准确的计算出支撑剂在压裂裂缝中的沉降速度,然后可以计算不同时间和位置上的支撑剂铺设厚度,由此可以计算出对裂缝延伸的影响。(3)建立了煤层气井压裂后的产能计算模型,根据煤层气的吸附解吸特性把煤层气的开采分为了三个阶段,并以此计算出了煤层气井压裂后的产能。(4)根据以上建立的几个计算模型,编制了相应的程序,计算出了煤层气压裂后的裂缝延伸几何尺寸及产能。本文从上述四个方面对煤层气井压裂增产技术和工艺作了深入研究,对于煤层气井压裂技术在现场应用有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 煤层气开发研究现状
• 1.2.2 压裂裂缝模型技术发展研究现状
• 1.3 主要内容和创新点
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 本文创新点
• 第2章 煤层气储层压裂特性
• 2.1 煤层气的储层特性
• 2.2 煤层气的储集特征
• 2.3 煤层气运移及产出机理
• 2.3.1 煤层气运移机理
• 2.3.2 煤层气产出机理
• 2.4 煤层气的压裂特性
• 2.4.1 煤层力学参数特性
• 2.4.2 滤失系数
• 2.4.3 压裂裂缝复杂性与施工压力
• 2.5 煤层气压裂液类型
• 第3章 煤层气井压裂裂缝延伸模拟
• 3.1 井筒的温度场模型
• 3.1.1 假设条件
• 3.1.2 单元体划分
• 3.1.3 模型的推导与求解
• 3.2 裂缝的温度场模型
• 3.2.1 数学模型
• 3.2.2 模型求解
• 3.3 煤层气裂缝三维延伸数值模拟
• 3.3.1 连续性方程
• 3.3.2 压降方程
• 3.3.3 裂缝宽度方程
• 3.3.4 裂缝高度方程
• 3.3.5 模型求解方法
• 第4章 支撑剂沉降与运移分布
• 4.1 支撑剂的沉降速度
• 4.1.1 支撑剂在幂律液体中的沉降
• 4.1.2 浓度对沉降速度影响
• 4.1.3 壁面对沉降速度影响
• 4.1.4 支撑剂最终沉降速度
• 4.2 支撑剂的运移分布模型
• 4.2.1 计算滤失量
• 4.2.2 计算砂堤剖面
• 4.2.3 计算平衡流速
• 第5章 压裂煤层气井产能模拟
• 5.1 煤层气的开采机理
• 5.2 产水产气量计算
• 5.3 气水产能比计算公式
• 5.4 煤层气藏物质平衡
• 5.5 模型中其它相关公式的计算
• 5.6 数值计算方法
• 第6章 程序研制与实例计算
• 6.1 计算程序介绍
• 6.2 结果分析
• 第7章 结论与认识
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文