阜新盆地煤层气产能敏感性因素的数值分析
(辽宁工程技术大学力学与工程科学系，阜新123000)
作者简介:王启新，男，出生于1963，辽宁阜新人，博士，主要从事煤层气渗流理论研究。邮箱:lbwqx@163.com .
建立了煤层气和水两相渗流的孔隙-裂缝双重介质运移模型，采用有限差分法对模型进行了求解，数值模拟了不同产能因素下阜新盆地煤层气储层的储运规律，分析了不同储层因素对阜新盆地煤层气储层产能的影响，指出吸附时间、渗透率、含气饱和度、原始储层压力和供应半径是影响煤层气产能的关键参数。
关键词:煤层气孔隙-裂缝双重介质模型产能敏感性因素数值模拟
阜新盆地煤层气产能敏感性数值分析
王启新、孙、
(辽宁工程技术大学力学与工程科学系，阜新123000)
文摘:建立了煤层气-水两相渗流的孔隙-裂缝双重介质运移模型。模型的求解采用有限差分法。利用数值模拟方法，分析了阜新盆地不同影响因素下的输移规律和产能。结果表明，吸附时间、渗透率、原始地层压力、含气饱和度、供给半径是影响产能的关键因素。
关键词:煤层气；孔隙-裂缝双重介质模型；生产能力；敏感性；数值模拟
介绍
煤层气属于非常规天然气，其储层产能与常规天然气储层有很大不同。煤层气产能受煤层气解吸、扩散和渗流参数控制[1]。本文建立了阜新盆地煤层气赋存和运移的动力学模型，利用有限差分理论对模型进行了数值模拟，并对影响阜新盆地煤层气储层产能的诸多因素进行了敏感性分析[2] ~ [4]。
1油藏数值模拟
1.1模型的建立
根据实际煤层地质情况，建立了煤层气水两相渗流孔隙-裂缝双重介质运移模型，其基本假设为:①将煤层视为孔隙-裂缝双重介质，孔隙介质储气，裂缝介质导水导气。通过压差实现孔隙和裂缝之间的传质；(2)煤层不可压缩；③流体流动是等温的；④水和气在裂缝系统中的流体流动遵循达西渗流和菲克第一扩散定律，考虑了渗流时重力、毛管力和粘滞力的影响；⑤瓦斯在煤基质中的扩散过程是一个非平衡准稳态过程，服从菲克第二定律。
由于解吸的煤层气通过扩散从孔隙进入裂缝，再从裂缝进入井筒，因此可以分孔隙解吸扩散过程和裂缝运移过程两个过程建立数学模型。
气体在1.1.1的微孔中的扩散
一般情况下，水无法进入基质块中的微小孔隙。认为煤基质块中只存在单相气体的准稳态扩散，服从菲克第一扩散定律。认为总浓度cP随时间的变化率与差值cP-cPx成正比，即，
中国煤层气勘探、开发和利用的技术进展:2006年煤层气学术讨论会论文集。
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其中FS是矩阵块形状因子；FG是几何因子；DP是气体扩散系数。
1.1.2裂隙中气体运移
中国煤层气勘探、开发和利用的技术进展:2006年煤层气学术讨论会论文集。
式中:qP为质量源，kg/m3·s；Qg和qw为溶解的煤层气和水量；Vfg和Vfw是气体和水的速度；下标f、g和w分别代表裂缝、气相和水相的相关系数。
裂缝中1.1.3水相质量方程
中国煤层气勘探、开发和利用的技术进展:2006年煤层气学术讨论会论文集。
1.1.4边界条件
(1)内部边界条件:
cP(t)=cPy t=0
cP(t)= cPx t≥0°c∈г(5)
(2)外部边界条件:通常是恒定流边界，也称为不渗透边界，
中国煤层气勘探、开发和利用的技术进展:2006年煤层气学术讨论会论文集。
1.1.5初始条件
(l)初始饱和值:
Sfw∣t=0=1Sfg∣t=0=0(7)
(2)初始压力值:假设以煤储层顶部为参考点，水的初始压力值为，
Pw0=Pd+γwd (8)
其中Pw0为水相压力的初始值，MPa；Pd为参考点处的静液柱压力，MPa；γw是水的比重，MPa/m；d是参考点上方或下方的距离，m。
方程(1)～(4)构成了煤层气和水两相渗流的孔隙-裂缝双重介质运移模型。
1.2模型的数值模拟
将煤层中甲烷气体运移的数学微分方程(3)和(4)在空间和时间上离散化，得到差分方程如下:
中国煤层气勘探、开发和利用的技术进展:2006年煤层气学术讨论会论文集。
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通过对数学模型的数值离散化，得到煤层中煤层气运移的数值模型，并采用牛顿迭代法对数值模型进行求解[5]。
2敏感性因素分析
煤层气产能受多种因素影响，如吸附时间、初始含水饱和度、储层厚度、渗透率、孔隙度、原始储层压力、含气饱和度、供应半径等。在影响煤层气产能的诸多因素中，吸附时间、渗透率、原始储层压力、含气饱和度和供应半径对阜新盆地影响较大。利用刘家区LJ-1煤层气井的排水参数，对上述因素影响下的产能进行了数值模拟[6]和[7]。
2.1吸附时间的影响
吸附时间反映了煤层气从煤基质中解吸扩散并进入解理系统所需的时间，其大小直接影响不同生产时期煤层气井的产气量。图1显示了吸附时间对阜新盆地LJ-1煤层气井产气量的影响。从图中可以看出，吸附时间越短，早期产量越高。
图1吸附时间对LJ-1井产气量的影响
图2吸附时间对LJ-1井累积产气量的影响。
对吸附时间为1 d、30 d和80 d的阜新盆地煤层气井产量进行了预测，结果表明，吸附时间越短，产气量峰值越早，峰值越高。当吸附时间为80 d时，产气量峰值出现的最晚且较低。煤层气井累积产气曲线对比(图2)表明，吸附时间越短，煤层气井产量越好。
2.2渗透性的影响
渗透性是决定煤层中瓦斯和水流动的主要因素。煤层渗透性好，井筒排水减压能有效地向更大范围扩散，从而控制更大面积的煤层，解吸更多的煤层气，获得更高的产量。渗透性高，不仅前期产量高，累计产量也高。
图3显示了渗透率对阜新盆地煤层气井产气量的影响。当K=1mD时，产气量仅为250 ~ 350m3/d，在15的生产期内没有产气高峰。当渗透率K=5mD时，产气量峰值在生产450d后开始出现，最高产气量达到1836m3/d..当渗透率k = 65438+100md时，200d后达到产气量峰值，最高产气量可达3628m3/d..图4显示了渗透率对阜新盆地煤层气井累积产气量的影响。可以看出，随着渗透率的增加，煤层气井的产气高峰提前，产气量和累计产气量增加。但需要注意的是，在生产后期，由于供气不足，渗透率高，产气量下降很快。
图3渗透率对阜新盆地煤层气井产气的影响
图4渗透率对阜新盆地煤层气井累积产气量的影响
2.3原始油藏压力的影响
原始储层压力对储层产能的影响涉及原始储层压力与解吸压力的比值。原始储层压力与临界解吸压力之比接近1是理想的。如果临界解吸压力远低于原始储层压力，势必需要长期排水降压产气。图5显示了原始储层压力对阜新盆地煤层气井产气率和产水量的影响，显示了20%超压、20%常压和20%负压下的煤层产气量。可以看出，当煤层含气饱和度确定，即其临界解吸压力固定时，原始储层压力只影响煤层气井的初始产气时间。超压发生时，产气开始时间较晚；欠压可以更早排出。但对煤层气井的峰值产气量和累积产气量影响不大。
图5原始地层压力对阜新盆地煤层气井产气的影响(K=5mD)
2.4含气饱和度的影响
煤层的含气饱和度决定了其临界解吸压力。临界解吸压力越高，意味着煤层气井排采降压范围越小，开始产气越早，可从煤层中解吸的甲烷气量越大。图6显示了含气饱和度对阜新盆地煤层气井产气量的影响。含气饱和度越高，煤层气井产气量越大，产气高峰出现越早。
图6含气饱和度对阜新盆地煤层气井产气量的影响(k = 65438+100md)
2.5供应半径的影响
由于渗透率对煤层卸压影响很大，对于低渗透煤层通常采用小井距来改善煤层卸压效果，增加煤层气产量。因此，煤层气井的供应面积，即井网密度，是煤层气井的一个主要问题。供应面积对气井产能的影响见图7和图8。从图中可以看出，供应面积对产气量和累计产气量的影响很大。供应半径越大，累计产气量越大，但产气量高峰来得越晚，煤层气井的开发寿命越长。因此，从经济角度来看，应该存在一个最优井网密度。对于阜新盆地的煤层气井，当渗透率k = 65438+100md时，800亩的供气面积比600亩和400亩来得晚(图7)，但其累计产气量15远高于它们(图8)。
图7补给区对阜新盆地煤层气井产气的影响(k = 65438+100md)
图8补给区对阜新盆地煤层气井累积产气量的影响(k = 65438+100md)
3结论
通过建立煤层气和水两相渗流的孔隙-裂缝双重介质运移模型，采用有限差分法对模型进行求解，并对阜新六甲区LJ-1煤层气井排采进行了数值模拟，结果表明吸附时间、渗透率、原始地层压力、含气饱和度和补给半径是影响阜新盆地煤层气储层产能的关键参数。
参考
[1]周世宁，林柏权，等1999。煤层瓦斯的赋存和流动规律[M]。北京:煤炭工业出版社。
王启新。2004.阜新盆地煤层气储运规律及资源预测研究[D].辽宁工程技术大学，12
张君宝，刘秀如，何玉梅。辽宁省阜新市六甲区煤矿勘探报告[R].阜新:东北煤田地质局107勘探队
张君宝，刘秀如，何玉梅。辽宁省阜新盆地煤层气勘探及资源开发评价报告[R].阜新:东北煤田地质局107勘探队
张力，何雪秋，李厚泉。2002.煤层气渗流方程及数值模拟[J].天然气行业，22: 23 ~ 26
王力，蔡。1997.储层参数对煤层气产量的影响[J].石油勘探与开发，24: 74 ~ 77
、赵、高占武。2000.分形理论与煤层气储层渗透率实验研究[J].岩石力学与工程学报，19: 882 ~ 884。