一种煤层气采动条件下数值模拟方法技术

一种煤层气采动条件下数值模拟方法，根据研究实际情况，构建三维地质模型再进行初始化，通过动态虚拟井表征采动过程中工作面推进，利用虚拟井采出模拟采动工作时工作面对保护层产水的动用，实现数值模拟基础守恒方程有效；通过对采动影响区和非影响区分别设置岩性高压物性分区，模拟过程中增加传递率变化系数c，通过不同时段设置不同网格的c值，可实现不同位置不同时段传导率动态改变，可表征采动过程中渗透率的动态变化对采动井的影响，根据建立的辅助方程和定解条件，利用IMPES方法进行求解。本模拟方法不受传统模拟方法存在采动后物质不守恒而守恒方程无法建立和采动后三场动态实时变化无法处理的限制，最终实现采动条件下煤层气数值模拟。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤层气数值模拟
，特别涉及一种煤层气采动条件下数值模拟 方法。 技术背景 经过长期的矿井瓦斯抽放工作实践，人们逐渐认识到煤层气既是影响煤矿生产的 灾害性气体，同时也是一种高效洁净的替代能源。井下抽采仍是我国瓦斯抽采主要方式， 而地面钻井抽采瓦斯近些年在国内外得到了迅速发展，成为各大矿山企业着力发展的煤层 气开发方式。采动区卸压煤层气地面直井抽采技术在美国、澳大利亚、乌克兰等国已成功运 用。我国最先尝试该技术是在阳泉、铁法、包头等地利用其抽放瓦斯以减轻高瓦斯煤层开采 过程中通风系统的压力。目前利用该技术抽采利用煤层气在铁法、淮南、淮北等矿区都有成 功开采先例。随着煤层气开发试验项目的相继实施和实践积累，对煤层气的生气、储集和运 移规律有了更深入的理解，搞清楚了煤层气的开采机理，同时，也意识到迫切需要有一个有 效的工具，来进行最经济、最有效的煤层气项目开发方案的决策，提供科学依据。正是在这 样的背景下，煤层气数值模拟研宄工作，在继续围绕煤矿瓦斯研宄的同时，借鉴油气藏数值 模拟的理论、技术和方法，扩展到煤层气资源勘探、开发领域。目前已有多种商业化的煤层 气数值模拟软件，可实现从单重介质，双重介质（双孔单渗，双孔双渗）、三重介质（三孔单 渗，三孔双渗）及单组份、双组份到多组份的模拟。但是由于采动区存在工作面推进，工作 面巷道内煤层被采掘后上部保护层受影响存在三场实施改变等现象，工作面推进后物质不 守恒，目前的模拟软件和模拟方法均只适合常规井下抽采条件下，不适合于地面抽采这种 存在采动影响条件下的煤层气数值模拟。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种煤层气采动条件下 数值模拟方法，能够处理采动工作面推进后采动层与保护层存在物质交换造成常规模拟方 法无法处理的物质不守恒问题；并在采动条件模拟时能够考虑采动后保护层渗透率、孔隙 度等三场发生改变的因素。 为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的： -种煤层气采动条件下数值模拟方法，包括以下步骤： 步骤一、根据研宄对象实际情况，利用油藏精细描述理论构建三维地质模型，包括 三个方向步长、储层顶部深度、孔隙度和渗透率； 步骤二、根据储层原始地层压力和Iangmuir方程构建初始化含气浓度或煤层气 吸附量分布场，煤层气吸附量与煤层气压力之间的关系表示为：【主权项】1. ，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一、根据研宄对象实际情况，利用油藏精细描述理论构建三维地质模型，包括三个 方向步长、储层顶部深度、孔隙度和渗透率； 步骤二、根据储层原始地层压力和Iangmuir方程构建初始化含气浓度或煤层气吸附 量分布场，煤层气吸附量与煤层气压力之间的关系表示为：式中：C(P):在给定温度条件下，煤层气压力为P时单位质量固体表面吸附的煤层气含 量，吸附量，mVt; 八:兰氏体积，是单位质量固体的极限吸附量，m3/t ; P :地层压力，MPa; Ρ?:兰氏压力，是吸附量达到极限吸附量的一半时的压力，即P = P1时，C(p) = UPa ; 步骤三、将采动条件处理为动态虚拟井，利用动态虚拟井采出表征采动工作面对保护 层产水的影响；利用传导率系数变化表征采动条件工作面推进过程中对三场变化的影响， 建立裂隙的基本数学模型： j = g，w(2) 式中：qp:质量气源，当基质扩散到裂隙的气体，只有甲烷；qp= q/P转化为体积流量； P j:流体密度，kg/m3; k，k"_:裂隙绝对渗透率与各相相对渗透率，10 _3 μ m2; Pj:某相流体压力，MPa ; Bj:某相流体体积系数，m 3/m3; Uj:某相流体粘度，mPa. s ; g :重力加速度； H :高度，m ; ▽:拉普拉斯算子； Φ :孔隙度，小数； Sj:某相流体饱和度，小数； qj:表征采动的动态虚拟井体积流量； cj:裂隙中传导率变化系数； qf:表示单位时间内单位体积地层产出或流入生产井流体的体积，m 3/s ; 角标j = g，w，分别代表气相和水相，下同； 步骤四、建立辅助方程和定解条件； 除了根据质量守恒用偏微分方程表示煤层中气、水两种流体的运移过程，还需要额外 的辅助方程来支持这个模型，他们就是饱和度方程和毛管力方程： Sg+Sw= 1 Pc= Pg-Pw 式中P。:毛管压力，Mpa ; 步骤五、根据辅助方程和定解条件对式（2)差分离散化，差分后可得水相与气相差分 方程：Δ Xi, Δ y』，Δ zk分另Ij为步骤（I) 中构建的三维模型的三个方向步长； V :单元格体积，Vi, j,k= Δχ i AyjA zk，m3; Cp，Cg，Cw:岩石压缩系数，气体压缩系数，水压缩系数，MPa、 Qp:质量气源，ftp ; Rg:表征采动的动态虚拟井体积流量，i?/+1 =&Μ?/+1; c :裂隙中传导率变化系数； 角标g，w分别代表气相与水相；i，j，k代表网格数，由步骤（1)中构建三维地质模型确 定。 Qtf :表示单位时间内单位体积地层产出或流入生产井流体的体积（m 3/s)， 步骤六、米用隐压显饱法 Implicit PressureExplicit Saturation Method-IMPES，用 隐式方法求解压力方程，显式方法求解饱和度方程，将式（3)和式（4)变形可得压力求解方 程式（5)U :传导率与裂隙中传导率变化系数乘积库他类似；对于式（5)可采用逐点松弛解法求解，按下式求出k+1次迭代值，即：k = 0,1，2,3... ω，松弛因子。 步骤七、将求出的压力代回式（3)迭代可得饱和度：(7) 步骤八、利用步骤六求得各网格节点某一时间间隔下压力分布，利用步骤七得到各个 节点某一时间间隔下饱和度分布，利用得到的饱和度、压力及步骤五得到井的产量或压力 参数，利用步骤二得到各基质的剩余吸附量，根据时间间隔重复以上步骤得到模拟时间内 各节点或井相关参数，即为采动条件下的数值模拟过程。2.根据权利要求1所述的，其特征在于，步骤四 所述的定解条件为： 数值模拟中井为特殊的边界条件，若在网格（i，j，k)上有一口井，体积流量为Qv，则可 直接作为源、汇项代入到渗流方程中，生产井为负值，注入井为正值。若井以一定流动压力 生产，需要把Qv用网格压力P Uk和流动压力Pwf来表示，通常近似看成是拟稳态流动，生产 井或注入井1相流体的平面径向流公式满足： Qvl= -PIDA !(Pgijjjk-Pwf) 式中：式中K :网格等效平均渗透率，KT3 μ m2; Kfx，Kfx:裂隙X，y方向渗透率，KT3 μ m2; 供给半径，m; rw:井眼半径，m ; S :表皮因子； Pwf :井底流压，MPa ; Λ X，Λ y，Λ z分别为步骤（1)中构建的三维模型的三个方向步长； PID :为井采油指数，mVMPa ; 角标i,j,k代表网格位置为（i，j，k)，式中，I e {g，w}，g卩1代表气和水两相； 在三维模型中，一口井往往要同时穿过几个网格，而地面给定的条件都是对整口井而 言的，也就是给定被井所穿过网格的产量之和；但差分方程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤层气采动条件下数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、根据研究对象实际情况，利用油藏精细描述理论构建三维地质模型，包括三个方向步长、储层顶部深度、孔隙度和渗透率；步骤二、根据储层原始地层压力和langmuir方程构建初始化含气浓度或煤层气吸附量分布场，煤层气吸附量与煤层气压力之间的关系表示为：c(p)=VLPPL+P---(1)]]>式中：c(p)：在给定温度条件下，煤层气压力为P时单位质量固体表面吸附的煤层气含量，吸附量，m3/t；VL：兰氏体积，是单位质量固体的极限吸附量，m3/t；P：地层压力，MPa；PL：兰氏压力，是吸附量达到极限吸附量的一半时的压力，即P＝PL时，c(p)＝VL，MPa；步骤三、将采动条件处理为动态虚拟井，利用动态虚拟井采出表征采动工作面对保护层产水的影响；利用传导率系数变化表征采动条件工作面推进过程中对三场变化的影响，建立裂隙的基本数学模型：j＝g，w(2)式中：qp：质量气源，当基质扩散到裂隙的气体，只有甲烷；qp＝q/ρ转化为体积流量；ρj：流体密度，kg/m3；k，krj：裂隙绝对渗透率与各相相对渗透率，10‑3μm2；pj：某相流体压力，MPa；Bj：某相流体体积系数，m3/m3；μj：某相流体粘度，mPa.s；g：重力加速度；H：高度，m；拉普拉斯算子；φ：孔隙度，小数；Sj：某相流体饱和度，小数；qj：表征采动的动态虚拟井体积流量；cj：裂隙中传导率变化系数；qf：表示单位时间内单位体积地层产出或流入生产井流体的体积，m3/s；角标j＝g，w，分别代表气相和水相，下同；步骤四、建立辅助方程和定解条件；除了根据质量守恒用偏微分方程表示煤层中气、水两种流体的运移过程，还需要额外的辅助方程来支持这个模型，他们就是饱和度方程和毛管力方程：Sg+Sw＝1Pc＝Pg‑Pw式中Pc：毛管压力，Mpa；步骤五、根据辅助方程和定解条件对式(2)差分离散化，差分后可得水相与气相差分方程：ci-12,j,kTgi-12,j,kpgi-1,j,k,fn+1+ci,j-12,kTgi,j-12,kpgi,j-1,k,fn+1+ci,j,k-12Tgi,j,k-12pgi,j,k-1,fn+1-ci+12,j,kTgi+12,j,k+ci-12,j,kTgi-12,j,k+ci,j+12,kTgi,j+12,k+ci,j-12,kTgi,j-12,k+ci,j,k+12Tgi,j,k+12+ci,j,k-12Tgi,j,k-12+Vi,j,kβgi,j,kΔtpgi,j,k,fn+1+ci+12,j,kTgi+12,j,kpgi+1,j,k,fn+1+ci,j+12,kTgi,j+12,kpgi,j+1,k,fn+1+ci,j,k+12Tgi,j,k+12pgi,j,k+1,fn+1+Rgn+Qtfn+1+Q2pn+1=-Vi,j,kβgi,j,kΔtpg,i,j,k,fn+Vi,j,k(φBg)i,j,k,fSg,i,j,k,fn+1-Sg,i,j,k,fnΔt---(3)]]>ci-12,j,kTwi-12,j,kpwi-1,j,k,fn+1+ci,j-12,kTwi,j-12,kpwi,j-1,k,fn+1+ci,j,k-12Twi,j,k-12pwi,j,k-1,fn+1-ci+12,j,kTwi+12,j,k+ci-12,j,kTwi-12,j,k+ci,j+12,kTwi,j+12,k+ci,j-12,kTwi,j-12,k+ci,j,k+12Twi,j,k+12+ci,j,k-12Twi,j,k-12+Vi,j,kβwi,j,kΔtpwi,j,k,fn+1+ci+12,j,kTwi+12,j,kpwi+1,j,k,fn+1+ci,j+12,kTwi,j+12,kpwi,j+1,k,fn+1+ci,j,k+12Twi,j,k+12pwi,j,k+1,fn+1+Q1fn+1=-Vi,j,kβwi,j,kΔtpw,i,j,k,fn+Vi,j,k(φBw)i,j,k,fSw,i,j,k,fn+1-Sw,i,j,k,fnΔt-(4)]]>βg=φsgBg(Cp+Cg)]]>βw=φswBw(Cp+Cw)]]>式中：T：传导率，Tgi±12,j,k=λgi±12,j,k2ΔyiΔzkΔxi+Δxi±1,Tgi,j±12,k=λgi,j±12,k2Δxj...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张益，陈军斌，赵金省，张明，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61