以下为《韩XX区块煤层气产能模拟与预测研究（开题报告）(1)》的无排版文字预览，完整格式请下载

下载前请仔细阅读文字预览以及下方图片预览。图片预览是什么样的，下载的文档就是什么样的。

/

硕士学位论文文献综述及开题报告

课题名称

韩XX区块煤层气产能模拟与预测研究





学号

***41



姓名

梁某某



学院

安全与海洋***



学科专业

石油与天然气工程



指导教师

陈浩





第一部分文献综述 1

1.研究目的与意义 1

2.国内外研究现状 1

2.1煤层气产能特征及影响因素研究 1

2.2煤层气产能数值模拟研究 5

2.3煤储层物性动态变化规律 3

第二部分开题报告 7

1.研究目的和意义 7

2.国内外研究现状 7

2.1煤层气井产能模拟预测方法研究现状 7

2.2煤层气考虑裂缝、井间干扰因素对产能影响研究 8

3.目前存在的问题 9

4主要研究内容 9

5.技术路线 10

6.预期目标 10

7.进度计划 10

参考文献 11

第一部分文献综述

1.研究目的与意义

煤层气是煤层本身自生自储式的非常规天然气，世界上有74个国家蕴藏着煤层气资源，中国煤层气资源量达3.68万立方千米，居世界第三位。

我国煤层气资源丰富，主要分布在华北和西北地区。1000m以浅、1000～1500m和1500～2000m的煤层气地质资源量，分别占全国煤层气资源地质总量的38.8%、28.8%和32.4%。

XX盆地东缘是我国煤层气勘探开发首选区之一，在相关部门高度重视和大力推进下，目前已成为我国煤层气大规模有序勘探开发的热点区域。近年鄂东煤层气产量逐年提升，但仍未达到XX盆地的规模，截止至2017年底，鄂东地区年产气量为11.4×108m3，占全国煤层气年产量的23%；开发井数量为3485口，占全国年开发井的21.49%。韩XX区块煤层气开发以山西组3#、XX组5#和11#煤为主要开采层段，其中XX组为海陆交互相沉积，山西组为陆相沉积，三套主力煤层的厚度大，发育稳定，含气量丰富。

随着XX地区煤层气井大规模投入开发，加快深入分析XX煤层气藏开发动态、气井产能特征及其影响因素、开展产能模拟预测成为该区煤层气高效开发的关键问题。

2.国内外研究现状

2.1煤层气产能特征及影响因素研究

随着全球煤层气商业化开发迅速发展，国内外诸多学者针对不同煤层气盆地或区块，在煤层气井产能特征及其影响因素方面开展了大量的研究工作，并取得了许多研究成果，尤其是国内学者。例如万玉金和曹某某（2005），王某某等（2006），王某某（2007）分别研究了我国XX盆地、刘家煤层气区和XX盆地东缘XX-XX县地区煤层气排采（或试采）效果及其产能影响因素。这些研究通过对区块内的产能影响因素进行详细剖析，利用地质统计法和地质类比法等思想归纳总结高产富集成藏模式和高产主控因素（张某某，2007；杨某某和李安启，2008；杨某某等，2008）。

总体来看，地质因素和工程因素共同控制煤层气井产能。地质因素主要有煤层埋深、煤层厚度、渗透性、含气饱和度、储层压力、吸附解某某特性、水文地质条件、构造条件等（Kaiser等，1994；Pashin和GroshongJr，1998；Pashin，1998；汤某某等，1999，2000b；Walter和Ayers，2002；Scott，2002；Su等，2005；杨某某等，2008；Sang等，2009；Tao等，2012；陈某某等，2009；倪小明等，2009；许浩等，2008：陶某某等，2010；吕某某等，2012）；工程因素主要包括压裂工艺、排采速度、井网井距、排采制度、井间干扰等，其中，研究较多的是压裂工艺的影响，包括压裂液总量、加砂量、射孔方案、二次压裂等（陈某某等，2009；陶某某等，2010；吕某某等，2012；刘某某等2013；张聪等，2013；刘某某等，2013）.

多煤层合层排采技术已在我国XX盆地、XX盆地山西组产层与XX组产层以及贵州织纳煤田XX组、XX组上段、下段产层进行了合采试验。由于开发过程中的气水相互作用引发的层间矛盾，导致了部分井合层排采时的单井产量还低于单层排采时的单井产量，难以达到预期的产能目标。所以，针对合层排采过程中出现的一系列工程及学术问题逐渐引起学术界重视，包括合层排采的可行性、影响因素及层间矛盾等（谢学恒等，2011；熊涛等，2013；倪小明等，2010；王某某等，2013；倪小明等，2010；邵某某等，2012；昌玉民等，2013；孟某某等，2013；姚帅等，2014）。

为了查明XX盆地3号和15号煤层合层排采是否可行，倪小明等（2010）；根据樊庄地区勘探开发资料，分析了樊庄区块3号和15号煤层合层排采的主要影响因素，提出了适合合层排采的区域。李国彪和李某某（2012）根据煤层气垂直井产气特点，在系统分析煤层气垂直井合层排采的关键影响因素基础上，得出：产气液面高度、储层压力梯度、供液能力和渗透率的差异是影响两层煤合层排采的主控因素，并系统剖析了寺河XX区煤层气井某某的可行性，提出了合层排采的适合条件。王某某等（2013）在系统分析煤层气直井合层排采的关键控制因素基础上，认为煤岩及顶底板岩石力学性质、储层压力梯度、临界解某某压力、渗透率、煤储层供液能力是合层排采的主控因素，分析了XX区块合层排采的可行性，指出了3号和9号煤层合层排采的有利区域。

2.2煤层气产能数值模拟研究

国外煤层气产能数值模拟研究

国外煤层气模拟模型整体分为：气体吸附扩散模型、组分模型和黑油模型，气体吸附扩散模型又分为经验吸附模型、平衡吸附模型和非平衡吸附模型。

1）经验吸附模型早期为了解决煤矿瓦斯涌出量预测而提出的。1964年，Lindine等依据气含量与深度间关系，建立了矿井瓦斯涌出量的预测经验模型。1968年，Airey通过理论推导，建立了一维、单孔某某、气相的预测矿井静止工作面瓦斯涌出的解析模型，即Airey第一模型，另外还有McFall等在1986年提出的模型。该类模型是早期研究人员基于简单的定量表述得到的，模型简单、所需参数少，但缺少理论上的严密性，未考虑储层裂隙水的影响，与实际偏差较大，解某某预测精度有限。以Airey第一模型为代表，其基本假设为：

①煤颗粒的甲烷初始解某某速度接近无限大；

②足够长时间后甲烷解某某趋于常数；

③小粒度煤样，甲烷解某某量大；

④甲烷解某某量随时间增大，甲烷解某某速率随时间减小。

2）平衡吸附模型

通过理论推导获得，反映了储层煤层气的解某某过程，其实质是在单孔某某模型中增加了体现解某某特性与压力相关的点源项，不考虑煤层气在储层中的扩散运动，如INTERCOMP第一模型、Mckee-Bumb模型等。这类模型的基本假设是：

①储层压力降低时吸附气体瞬时进入裂隙系统；.

②微孔的吸附气体与裂隙中的自由气体压力连续平衡。

3）非平衡吸附模型

非平衡吸附模型将煤层视为双孔某某介质，一般以Warren-Root双孔某某储层模型为基础，同时考虑储层中气体的解某某和扩散两个过程，能够更为真实的描述煤层气产出过程。其基本假设是：

①流体可压缩；

②气体以吸附状态储集在储层微孔系统中；

③气体的运移是扩散过程。

按对扩散过程的处理方式该类模型又可分拟稳态和非拟稳态两类。拟稳态适用Fick第一定律，而非拟稳态适用Fick第二定律。拟稳态非平衡吸附模型如PSU-1模型、ARRAYS模型、COMET模型；非拟稳态非平衡吸附模型如INTERCOMP第二模型、PSU-3模型。

已有研究表明采用拟稳态和非拟稳态模型解某某的煤层气产量差异主要出现在早期，拟稳态模型结果偏低，但两者计算的较长时间后煤层气产量实际上是完全一致，而非拟稳态模型的求解非常复杂，计算工作量大，因此拟稳态模型的应用更为广泛。

4）组分模型

主要是研究不同组分的相互影响，模拟气体组分变化。基本假设：气体以自由态和吸附态储集于煤层中，自由气体和吸附气体是运移的；它们的运动遵循Fick第一定律，扩散系数对自由气体采用取克努森扩散系数，对吸附气体采用表面扩散系数；自由气体储集满足理想气体状态方程，吸附气体储集满足Langmuir吸附方程。

5）黑油模型

黑油模型是油藏数值模拟的一种模型，主要针对油质较重性质的油藏类型。将三相黑油模拟器不流动的油视为煤基质则可以用来模拟煤层气开采。三相黑油模型的基本假设为：.

①渗流过程为等温渗流；

②油、气、水三相，渗流遵守达西定律；

③油组分独立稳定，仅以油相存在，气组分包括自由气相和油中的溶解气相；

④气组分溶解和自由相的转化瞬间完成；

⑤油相和水相互不相溶；天然气不溶于水。

由于该类模型没有考虑吸附气体在基质中的运移时间，所以与平衡吸附模型类似的一种，若使用双孔某某、双渗透率黑油模拟器来代替非平衡模型，则需要调整基质渗透率来模仿气体在基质中扩散的解某某时间。

6）模型的数学解某某

解析法只能求解相对简单的平衡吸附模型，而多维度、单相或两相的平衡吸附模型及非平衡吸附模型，即使是单孔某某、规则边界基本都是采用数值方法来求解。其数值求解过程都是先差分离散偏微分方程组，然后对得到的非线性方程组进行迭代求解。

（2）国内煤层气产能数值模拟研究

国内众多学者就煤矿安全生产和减少瓦斯灾害等问题，做了大量瓦斯运移方面的数值模拟研究。周某某等提出了瓦斯在煤层中运移的概念模型并给出了矿井中常见的单向流、径向流和球向流数学表达式。傅某某等基于矿井瓦斯防治工作实践，针对本煤层、邻近层、资源残留区阐述了煤层动态瓦斯含量数值计算方法。王某某等推导了钻孔抽采瓦斯渗流的固气耦合数学模型，研究获得了本煤层顺层孔周围瓦斯压力等的分布规律。王某某等以单向非稳定线性渗流为模型，提出了顺层瓦斯抽采钻孔的瓦斯流动方程，并利用COMOSOL软件数值模拟研究了在不同抽采负压、不同抽采时间下的钻孔瓦斯流动方程。而尹某某等建立了骨架可变形和气体可压缩的瓦斯煤岩固气耦合模型，并利用所建立的数学模型对开挖应力分布变化后的钻孔抽采瓦斯进行了三维数值模拟。可以看到当前井下瓦斯运移数值模拟主要集中在气体渗流规律的研究，缺少与煤层气解某某过程和储层水运移的耦合描述，与煤XX区煤层气开发实际有较大的差异。

20世纪90年代，原地质矿产部华北石油地质局与清华大学联合开发煤层气模拟软件CMS，预示了国内煤层气储层数值模拟研究的开始。随后李斌提出考虑垂直层间渗流的拟三维非平衡吸附数学模型及有限差分数值模型，骆祖江等给出煤层甲烷气藏的数学模型和有限差分解法，郎某某等基于煤层气井水产量拟压力解公式研制了零维煤层气模拟软件，张群给出了煤层气储层三维、双孔某某、非平衡吸附、拟稳态条件下气-水两相流数学模型以及数值模型，并开发了相应的数值模拟软件。岳某某、吴某某等、王某某、许某某、张某某、王艳等人也分别对煤层地质模型和数学模型进行了研究和探讨。

2.3煤储层物性动态变化规律

（1）储层压力及含气饱和度变化规律

煤层气井开发过程中，储层压力及裂缝中含气饱和度的变化，是气体动态变化的直观体现。合理的压力降落有利于地层能量稳定释放，延长气井稳定产出阶段，建立平稳的工作制度；裂缝中含气饱和度变化过程体现了储层资源潜力的释放过程，气水两相渗流阶段，含气饱和度越高，气相渗透率越高，有利于两相流阶段气体的产出。

葛某某等（2014）针对XX南区块建立了预测储层压力变化的数学模型，描述了不同时间下煤层压力的变化规律。倪小明等（2015）提出了计算合理压降速率的数学模型，对于不同特征的储层，对排采阶段压降速率需进行定量控制。汤某某等（2016）以物质平衡理论为基础，阐释了中-高煤阶煤层气能量动态平衡机制，并基于此实现了对储层压力及含水饱和度的动态变化监测。张涛和王某某（2016）提出了计算沁端区块储层压力变化的数学模型，并基于煤层实际参数对模型进行了修正。孙政等（2018）建立了煤储层压力与含气饱和度变化规律模型，表征了开发过程中地层压力变化与裂隙中含气饱和度变化的动态关系。

（2）煤储层渗透率动态变化规律

与常规油气藏不同的是，煤储层开发过程中渗透率并非固定不变的，其受控机理与煤储层的吸附特性、割理裂隙发育特征及流体滑脱效应相关，即开采过程中发生的基质收缩、有效应力与气体滑脱效应。三大效应共同主导了渗透率的动态变化过程（杜某某，2015；邵某某，2014；陶某某，2011）。前人基于渗透率变化机理建立了相应的预测模型，用于探究渗透率动态变化规律。其中SD模型（Shi和Durucan，2004）、PM模型（Palmer和Mansoori，1998）是迄今为止应用最广泛的数学模型。周军平等（2009）基于多孔弹性介质理论，通过将基质收缩效应等效为热收缩效应，建立了渗透率的变化模型。Liu和Rutqvist（2010）通过内部膨胀理论，推导出了相应的变化模型。

以上学者均从渗透率变化的机理出发，建立渗透率动态变化的数学模型，主要包括：1）利用有效应力求取应变，通过应变、孔某某度、渗透率之间的数学关系，最终建立渗透率变化模型；2）利用体积应变求取应力，通过应力、渗透率的数学关系，最终建立渗透率变化模型。另有部分学者通过利用生产数据逆推的方法建立渗透率动态变化模型（汤某某等，2014；赖某某等，2014；孟某某等，2015）。

第二部分开题报告

1．研究目的和意义

煤层气是煤层本身自生自储式的非常规天然气，世界上有74个国家蕴藏着煤层气资源，中国煤层气资源量达3.68万立方千米，居世界第三位。

我国煤层气资源丰富，主要分布在华北和西北地区。1000m以浅、1000～1500m和1500～2000m的煤层气地质资源量，分别占全国煤层气资源地质总量的38.8%、28.8%和32.4%。

XX盆地东缘是我国煤层气勘探开发首选区之一，在相关部门高度重视和大力推进下，目前已成为我国煤层气大规模有序勘探开发的热点区域。近年鄂东煤层气产量逐年提升，但仍未达到XX盆地的规模，截止至2017年底，鄂东地区年产气量为11.4×108m3，占全国煤层气年产量的23%；开发井数量为3485口，占全国年开发井的21.49%。韩XX区块煤层气开发以山西组3#、XX组5#和11#煤为主要开采层段，其中XX组为海陆交互相沉积，山西组为陆相沉积，三套主力煤层的厚度大，发育稳定，含气量丰富。

随着XX地区煤层气井大规模投入开发，加快深入分析XX煤层气藏开发动态、气井产能特征及其影响因素、开展产能模拟预测成为该区煤层气高效开发的关键问题。

2.国内外研究现状

2.1煤层气井产能模拟预测方法研究现状

煤层气井产能模拟预测的方法有：数理统计法、典型曲线法、物质平衡法、数值模拟法。通过气藏地质资料的方法主要包括传统数值模拟及新兴智能计算方法两个方面，前者借鉴常规油气数值模拟方法，结合煤层气开采的数学模型，通过地质建模、历史拟合等手段，预测气井的产能潜力，目前已形成较为成熟的商业化软件；后者利用计算机智能手段，建立数学模型，预测煤气井产能，主要包括有相空间重构理论（王艳，2015）、支持向某某（张某某，2007）、神经网络方法（杜某某，2012；马某某，2013）、量子粒子群算法（李某某，2017）。

利用数值模拟的技术手段进行产能预测，其基础在于对煤层气解某某、扩散、渗流三大阶段的数学模型刻画，目前已形成较为成熟的商业化软件，如Comet3、Coalgas、Eclispe、CMG等，利用商业化软件对煤层气井产能进行预测，模型的精确性及有效性已经过验证，在保证软件操作合理的条件下，其预测结果准确性较好。通过数值模拟软件，对不同区块煤层气单井产能、全区产能、单井某某、单井某某、增产改造等诸多方面均可进行模拟，预测产能的变化趋势（孙某某，2013；任某某，2014；菅笑飞等，2015；李沛等，2017；信迪，2017；刘某某，2018）。

另有部分学者针对不同的地质模型，建立了针对性更强、适应性更好的数学模型，并对其进行数值求解，如双扩散-气水渗流耦合模型（孙某某等，2016），流一固一热耦合模型（凡永鹏，2017），CO2-ECBM模型（封官宏，2018），应力-基质-渗流耦合模型（辛某某，2018），热~流~固_损伤耦合模型（张某某，2019）等。

2.2煤层气考虑裂缝、井间干扰因素对产能影响研究

1.Zuber（2005）通过数值模拟法研究OakGrove煤层气田井间距与水力压裂设计对提高煤层气井采收率的影响；

2.吕某某（2011）通过统计类比法研究XX盆地压裂效果对煤层气井早期产能的影响；

3.计某某（2012）通过统计类比法研究韩XX区块煤层气井压裂后停泵压力、压降曲线斜率等因素对产气量的影响；

4.赖某某（2013）通过物质平衡法研究考虑井间干扰的煤层气井动态预测；

5.姚某某（2015）通过数值模拟法研究潘庄区块煤层气井间干扰对井间距与渗透率等因素分析；

6.Faiz（2016）通过数值模拟法研究煤层气田水力裂缝监测对提高煤层气井产能影响与产气产水量的预测；

7.杨某某（2017）通过数值模拟法研究了XX盆地压裂裂缝形态与产能的关系；

8.蔺某某（2018）通过统计类比法研究XX区块排采数据，结合应力场、排采动态、井间干扰情况等分析井区的生产动态；

9.Gupta（2019）通过典型曲线法研究Haynesville页岩，预测长期产量和残余分析，以识别井干扰和裂缝冲击。

3.目前存在的问题

1.目标区块的差异性

韩XX区块煤岩储层存在强非均质性，层间物性参数与裂缝不均匀分布。目前已形成大规模开发，多井共同排采时，井间干扰现象严重。需要对特定区块进行地质建模。

2.研究方法的选用

前人运用不同的研究方法开展了煤层气产能的影响因素研究，煤层气井产能模拟预测的方法多采用数理统计法、典型曲线法、物质平衡法、数值模拟法。基于韩XX区块地震测井资料以及多年排采数据，相较于其他三种预测方法，数值模拟方法误差较小，更适用于韩XX区块产能模拟与预测，为接下来的研究提供支持。

4主要研究内容

（1）韩XX区块三维地质建模

（1）建立煤层气藏模拟的基础模型；

（2）利用微地震数据建立体积压裂复杂裂缝模型；

（3）根据地质资料、压裂施工报告、煤岩测试分析确定目标区块煤储层参数拟合范围。

（2）煤层气井产能模拟与预测研究

（1）煤储层单井产能历史拟合与预测；

（2）区域井组产能历史拟合与预测；

（3）顶板水平井单井产能历史拟合与预测；

（4）煤层气井产能动态分析与评价。

（3）排采过程中煤储层物性参数动态变化规律研究

（1）研究储层压力及含气饱和度动态变化规律；

（2）研究排采过程中渗透率变化规律。

5.技术路线

/

6.预期目标

（1）目标一：韩XX区块煤层气井开采潜力预测与产能评价。

（2）目标二：韩XX区块煤储层物性动态变化对产能影响机理研究。

7.进度计划

2020.09—2020.12文献调研、综述与开题报告、论证；

2021.01—2021.03进行三维地质建模与煤储层参数研究；

2021.04—2021.07进行煤层气井产能模拟与预测研究；

2021.08—2021.09进行煤层气井产能动态分析与评价；

2021.10—2021.11进行煤储层物性参数动态变化规律研究；

2021.12—2022.06论文攥写与修改，准备毕业答辩。参考文献

[1]张某某,庄某某,张某某,主编中国煤层气地质与资源评价[M]XX科学出版社2002:279-280.

[2]秦某某,袁某某,胡某某 庭,等，我国煤层气勘探与开发技术现状及发展方向[J].煤炭科学技术,2012,40( 10): 1-6.

[3] 穆福元仲某某，赵某某,等中 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 ,04:24-29.

[33]王某某,李某某,夏某某,等基于COMOSOL的顺层钻孔有效抽采半径的数值模拟[J]煤矿安全,201210:4-6.

[34]尹某某,李某某,李某某,等基于含瓦斯煤岩固气耦合模型的钻孔抽采瓦斯三维数值模拟[J]煤炭学报,2013,04:535-541.

[35]地矿部华北石油地质局,清华大学.煤层气数值模拟软件系统研究[R]“八五”国家重点科技攻关项目研究成果报告(85-102-11-03-02) ,1994.

[36]李斌煤层气非平衡吸附的数学模型和数值模拟刀石油学报1996,(04):42-49.

[37]骆祖江，杨某某.煤层甲烷气藏数值模拟刀煤田地质与勘探1997,25(2) 30-32.

[38]郎某某,张某某,XX强零维煤层气模拟软件的研制[J]石油大学学报(自然科学版)1997,21(5):30-34.

[39]岳某某,谭某某,吴XX煤层气数值模拟的地质模型与数学模型[J]天然气工

业,1998,18(4):2831.

[40]吴某某,张某某,李安启煤层气单井开采数值模拟的研究[J]石油大学学报(自然科学版)2000,24(2):47-49.

[文章尾部最后500字内容到此结束,中间部分内容请查看底下的图片预览]

以上为《韩XX区块煤层气产能模拟与预测研究（开题报告）(1)》的无排版文字预览，完整格式请下载

下载前请仔细阅读上面文字预览以及下方图片预览。图片预览是什么样的，下载的文档就是什么样的。