煤层单相水非稳态渗流模型研究.pdf

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1、2013年3月西安石油大学学报(自然科学版)Mar．2013第28卷第2期JournalofXianShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)Vo1．28No．2文章编号：1673-064X(2013)02-0063-05煤层单相水非稳态渗流模型研究王钧剑，汤达祯，许浩，吕玉民，衣杰。(1．中国地质大学(北京)能源学院，北京100083；2．煤层气国家工程中心煤储层实验室，北京100083；3．中国石油大学(北京)石油工程学院，北京102249)摘要：为了得到排水过程

2、中的非稳态渗流特征，通过相应的坐标变换，建立同时考虑各向异性及应力敏感现象的单相水非稳态渗流模型，采用近似解法并根据物质平衡原理，给出内边界定产、外边界无限大条件下的煤储层压力分布及动边界变化规律．算例分析表明：煤层排水过程中，压降漏斗以椭圆形式向外拓展，应力敏感性越强，井底流压和地层压力下降越快；初始渗透率和应力敏感系数的各向异性共同控制泄流面积的大小及形态．关键词：煤储层；煤层气；排水阶段；非稳态渗流；各向异性；应力敏感中图分类号：TE331．1文献标识码：A煤层作为典型的低渗储层，具有特殊的机械力

3、筒中开始产气．考虑应力敏感时，不同的压降速度将学性质，当煤层的孔隙压力发生改变时，煤层的微观导致煤层裂隙闭合的速度不同，地层压力会以不同受力和微观结构都会发生改变，进而对地层流体的的方式到达临界解吸压力点．与此同时，煤层各向异渗流造成影响．宏观上则表现为煤层的孑L隙度和渗性使得压降漏斗的传播具有方向性．综合考虑以上透率随着有效压力的变化而变化，这种现象称为应因素，采用无限大系统研究煤层气藏在排水过程中力敏感．在某些条件下，应力敏感可致使煤层气压力动态特征，求取地层压力分布的解析解，对煤层井初始产能减小2

4、0％l3J，因此，采用无应力敏感渗气井试井分析和研究排水过程对气井产气的影响都流模型分析不稳定压力动态会产生巨大偏差．与具有重要的参考意义．此同时，煤层渗流的主要通道为相互正交的面割理和端割理，其中面割理连续性较强，延伸较远，端割1单相排水阶段渗流特征分析理仅限于两条面割理之间，断续分布．因此，煤层流体的流动必然存在着各向异性．1．1考虑各向异性及应力敏感的控制方程排水降压是煤层气生产的手段，也是目前惟一1．1．1假设条件煤层气井井底流压降低到临界可以采用的开采方法．当煤层气井开始排采时，井筒解吸压力以

5、前为单相排水阶段，此时气体未发生解中液面下降，在煤层气井筒和煤层中形成压力差，地吸，煤层只受到有效应力而不受基质收缩的影响．假层水从高压区流向低压区，使得煤层中的压力不断设煤层为各向异性均匀刚性介质，地层水为不可压下降，并逐渐向远方扩展，最终在以井筒为中心的煤缩流体，且其流动满足等温达西渗流，排采过程中，层段形成一个不断扩大和加深的水头压降漏斗．当平面内可假定地层水从地层沿相互正交的两个方向井底压力降到I临界解吸压力，煤层基质发生解吸，井流入井筒．内边界为定量生产，外边界为无限大，渗收稿日期：2012．

6、11—20基金项目：国家科技重大专项资助项目(编号：2011ZX05038-001)；国家重点基础研究发展计划(973)项目(编号2009CB219604)作者简介：王钧剑(1989-)，男，硕士研究生，主要从事煤层气地质与开发研究．E·mail：wanunjianl989@126．corn．-——64．——西安石油大学学报(自然科学版)透率随着地层压力的变化满足指数关系6。=一qttb，(9)k=kioe¨叩．(1)进而得到无量纲条件下径向渗流控制方程式中：k为渗透率，1O一m；b为应力敏感系数，1／

7、MPa；p为地层压力，MPa；下标i表示或者Y方Orn+去rDOrDOtD．向，下标0表示初始条件．式中：r为各向同性空间径向流半径，m；g为流量，应力敏感系数b反映了煤层应力敏感的强弱，m／s；为地层厚度，m；下标D表示无量纲量；下标基于模型假设，主要受排水速度的控制．排水速度一W表示井筒．定时，b值为常数；排水速度加快时，割理闭合速度1．2储层压力分布及探测半径方程的推导加快，b值也越大．1．2．1储层压力分布方程的推导对于内边界定1．1．2控制方程求取根据物质平衡方程，水平量生产的无限大煤层，其无

8、量纲化的内外边界条件地层，垂向渗透率为零，两水平渗透率方向相互垂直及初始条件为时，连续性方程为_(+：．f2)(／-DebDpD)一-，dd_ydlimpD=0，式中：为速度，m／s；p为体积质量，g／cm。；咖为孔隙度，无因次；t为时间，S．PD(rn，0)：0．(11)其中各方向渗流满足达西公式由于方程(10)为非线性很强的偏微分方程，无法直接求取其解析解，因此，可以通过以下变换对其Vi=告(3)进行线性化处理]．式中：为黏度，mPa·