煤层气注CO2/N2开采数值模拟研究

摘要

清洁化、低碳化是全球趋势,加快煤层气勘探开发对于较少煤矿事故、保护大气环境、改善能源结构和保障能源安全具有重要的战略意义。我国煤层气可采资源量居世界第三位,当前制约我国煤层气发展的瓶颈主要是单井产量低,经济效益差,因此,提高煤层气井的产量是我国煤层气开发亟需解决的问题。当前,煤层气主要通过完井方式来增产,根据煤层不同的地质条件主要的完井方式有洞穴完井,压裂完井、水平井完井等。气体驱替煤层气的概念起源于减少温室气体排放的CO2煤层封存技术。目前,注入气体主要包括CO2、N2以及它们的混合气体。注气驱替煤层气技术具有减少温室气体排放和提高煤层气采收率的双赢效果,ECBM技术成为了加拿大、美国以及欧盟的一些国家近年的研究热点。
　　 目前常用的ECBM数值模拟软件大多基于黑油模型改编没有考虑到煤层气开发的特性以及注气引起的储层孔渗变化。本文基于注入气体和甲烷在煤层中的竞争吸附,解吸,扩散,以及水、气多相渗流规律,建立了注气开采煤层气多组分的数学模型,并考虑了不同气体的吸附/解吸引起的煤基质收缩和膨胀从而引起储层孔渗的动态变化。首先用隐式的方法求解气水两相的压力和饱和度分布,然后用显式的方法求解气相中的各组分的质量分数的分布。在此基础上编制了数值模拟程序,并对参数进行了敏感性分析。最后将本文的模型和程序应用于TL-003井的先导试验,通过历史拟合验证了本文模型和程序的正确性和可靠性。