低滲透煤層氣非線性滲流規(guī)律的數(shù)值模擬研究

劉繼芹 田開慶

【摘要】為了更好地描述低滲透煤層中氣體滲流特征，有必要深入研究煤儲層的孔隙結(jié)構(gòu)、氣-固表面作用力對滲流過程的影響。低滲透煤儲層中氣體滲流是一個復(fù)雜的過程，復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)中氣-固界面的吸附等作用使其不再遵循達(dá)西滲流規(guī)律。研究低滲透煤層氣非線性滲流規(guī)律，建立低滲透煤層氣擬穩(wěn)態(tài)條件下數(shù)學(xué)模型，研究考慮煤層氣非線性滲流規(guī)律情況下，地層壓力的變化及地層流體啟動情況。

【關(guān)鍵詞】煤層氣 非線性 擬穩(wěn)態(tài) COMSOL Multiphysics

煤層巖孔隙屬于孔隙-裂縫介質(zhì)，尤其對于低滲透儲層，孔隙結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，在裂隙界面與煤層氣存在較強(qiáng)的吸附作用，復(fù)雜作用的影響使煤層氣在低滲透儲層中滲流規(guī)律并不遵循達(dá)西滲流模型。本文通過對低滲透煤層的孔隙結(jié)構(gòu)及氣-固作用力方面進(jìn)行研究，建立煤層氣非線性滲流模型，并應(yīng)用COMSOL Multiphysics軟件進(jìn)行數(shù)值模擬研究。

1 低滲透煤層孔隙特征及滲流模型引入

煤是一種具有復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)的聚合物質(zhì)，煤層氣主要吸附在孔隙的內(nèi)表面。煤層氣與固體表面作用力的強(qiáng)弱決定了吸附量，同時也影響著煤層氣的滲流。因此，煤層氣-固界面作用對于致密低滲透煤層介質(zhì)煤層氣滲流的影響，比中高滲透煤層中煤層氣滲流的影響大得多。低滲透煤層氣滲流遵循一種非線性滲流規(guī)律[3，4]。本文引入新的煤層氣滲流模型：

[1] Zhang H B，Liu J and Elsworth D.How sorption-induced matrix deformation affects gas flow in coal seams：a new FE model [J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2008，45（8）：1226-1236

[2] 鄧英爾，馬寶岐，劉慈群.煤層氣—固界面作用與吸附模型[J].煤田地質(zhì)與勘探，2003，32（3）：24-26

[3] 張先敏，馮其紅，陳東等.阜新盆地煤層氣滲流規(guī)律實(shí)驗(yàn)[J].重慶大學(xué)學(xué)報，2011，34（4）：58-61

[4] 鄧英爾，謝和平，黃潤秋等.低滲透孔隙-裂隙介質(zhì)氣體非線性滲流運(yùn)動方程，四川大學(xué)學(xué)報，2006，38（4）：1-4

[5] Palmer I，Mansoori J.How permeability depends on stress and pore pressure in coalbeds：a new model[C].Paper SPE 52607.SPE Reservoir Eval. Eng.（December），1998：539-544