基于“三場”耦合的煤層氣井排采控制理論與應用.pdf

1、我國地面煤層氣開發(fā)經(jīng)過了30多年的發(fā)展，在地質(zhì)評價、鉆井完井、水力壓裂等方面基本建立了與地質(zhì)條件相適應的開發(fā)理論與技術(shù)體系，而排采控制優(yōu)化，特別是排采過程中的壓力場、應力場、裂隙場耦合關(guān)系及其對煤層氣井產(chǎn)能的控制機理仍需深入研究。本文通過理論分析，建立了基于水力壓裂施工曲線獲取水力裂縫幾何尺寸和導流能力的計算模型，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了煤儲層的“基質(zhì)孔隙—天然裂隙—水力裂縫”三元孔隙幾何模型；以排采過程中煤層的“壓力場—應力場—裂隙場”的耦

2、合關(guān)系為基礎(chǔ)，建立了由動態(tài)滲透率模型、煤體變形控制方程、煤層氣和水的流動控制方程構(gòu)成的基于三場耦合的煤層氣排采控制數(shù)理模型。通過室內(nèi)實驗，測試煤芯滲透率和啟動壓力梯度以及水力裂縫導流能力，揭示了煤層氣、水在煤層天然裂隙中的低速非線性滲流和水力裂縫中的線性滲流機理，完善了煤層氣解吸、擴散、滲流的運移產(chǎn)出理論；查明了排采過程中應力敏感和速敏對水力裂縫導流能力傷害與控制機理。應用Comsol Multiphysics多物理耦合軟件，建立了基于

3、三場耦合的煤層氣井排采控制數(shù)值模型，通過模擬結(jié)果與沁水盆地潘莊和柿莊南的現(xiàn)場排采資料對比分析，印證了該理論模型的正確性。在此基礎(chǔ)上，給出了基于三場耦合排采控制理論制定排采工作制度的通用方法和步驟，提出了根據(jù)儲層壓力與臨界解吸壓力制定排水降壓速率的一般標準，保證產(chǎn)氣前的排采時間不低于3個月，液面降至煤層以下的時間不低于9~10個月。對于埋深大于700 m的低滲煤層，排采過程中有效應力對滲透率負效應更明顯，煤層供水量相對偏小，易出現(xiàn)井底流壓