一种煤层气-致密气合采的数值模拟方法与流程

本发明涉及油气开采
技术领域：
，具体涉及一种利用三重介质模型等效模拟煤层气-致密气合采的数值模拟方法。
背景技术：
：煤系地层往往发育多个煤层和致密砂岩层，纵向上砂岩层与煤层叠置互层分布，因此赋存大量的煤层气、致密砂岩气非常规气体。煤系地层非常规天然气资源丰富，全国非常规天然气储量的30％以上赋存在煤系地层或者与煤系地层相关，煤系地层煤层气和致密气开发前景可观。而煤层和致密砂岩层都属于低渗气藏，单层开采时产气量较低，只有将煤层气-致密气合层开采，才能使采气效益最大化。气藏工程的研究离不开数值模拟，在数值模拟研究中模型的选取与应用至关重要。致密砂岩气藏一般采用常规单一介质进行模拟。而煤层气藏模拟通常采用双重介质，采用双孔单渗数学模型。其中基质为吸附气，是气体的储集空间，代表煤岩基质。而裂缝代表煤岩割理系统，是流体流动空间和储集空间。双重介质模型中基质为煤层吸附气储集空间，裂缝为水和自由气的储集空间和流动通道。其中基质具有向裂缝窜流的特性而不具备流动性，基质系统和裂缝系统具有双向的传质作用，如图1所示。一般在进行煤层气致密气合采模拟时，由于商业模拟器只能采用一种模型(单重介质模型或者双重介质模型)，研究人员往往采用双重介质模型进行处理，并将煤岩和致密砂岩通过岩性分区来表示。将砂岩层的基质和裂缝系统进行统一的赋值处理，使双重介质表示的砂岩层等效为单一介质模型，从而进行合采的模拟研究工作，如图1、2所示。如果只采用单重介质模型模拟煤层气-致密气合采，则不能够准确描述煤层气的解吸扩散过程；如果采取双重介质模型模拟煤层气-致密气合采，则需要将砂岩层设置为双重介质，增加了计算时的网格数量，延长了运算时间。技术实现要素：针对目前的煤层气致密气合采模拟方法的缺点，本发明提出了一种煤层气-致密气合采的数值模拟方法，通过建立三重介质模型，在建立数值模型时不需要将砂岩层设置为基质和裂缝，而且减少模型在纵向上的网格划分，大大减少了建模时的网格数量，提高运算效率。为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种煤层气-致密气合采的数值模拟方法，包括以下步骤：s1、收集原始数据，建立煤系地层三维地质模型，并将建立的所述三维地质模型剖分为网格；s2、根据s2建立的模型，建立三重介质数值模型，所述三重介质数值模型中的三重介质分别为：基质系统、裂缝系统以及孔洞系统或孔隙系统，并将三维地质模型的孔隙度、渗透率、饱和度属性参数相应地赋值为三重介质数值模型的孔隙度、渗透率、饱和度属性；s3、根据煤层与砂岩层的连通关系设置不同的三重介质的窜流系数与传导系数；s4、结合s3的属性值、s4的计算结果以及生产条件，通过渗流方程计算合层共采的产气量和产水量。本发明通过设置三重介质模型来模拟煤致合采，相对于传统的双重介质模拟，无需砂岩层设置为基质和裂缝，且其划分的网格数更少，计算效率更高。本发明有益效果如下：1、通过设置三重介质模型，减少了模型中砂岩层在纵向上的网格划分，进而减少了模型总体网格数量，优化了模型大小；2、由于本发明的网格数量相对于双重介质较少，因此能够缩减计算时间，提高运算效率，且避免了砂岩层吸附解吸的过程，提高了模型计算的收敛性；3、本发明无需设计新的数值模拟软件，仅需在现有的商用数值模拟软件上设置相应的网格耦合关系、同时通过设置砂岩层的相关系数即可。附图说明图1为不同煤致合采模型示意图；图2为双重介质煤致合采模型图；图3为煤层与砂岩层连通时的三重介质煤致合采模型图；图4为煤层与砂岩层未连通时的三重介质煤致合采模型图；图5为通过本发明的三重介质模型进行模拟时的产气和产水量曲线图；图6为通过常规的双重介质模型进行模拟时的产气和产水量曲线图。具体实施方式下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明中，三重介质为：基质系统，裂缝系统，孔洞系统或孔隙系统。实施例1：一种煤层气-致密气合采的数值模拟方法，包括以下步骤：s1、收集原始数据，并通过原始数据建立煤系地层三维地质模型，并将建立三维地质模型剖分为网格；具体的，收集的数据包括：地层属性和流体属性，其中，地层数据包括：孔隙度、渗透率、饱和度、储层压力、储层厚度、含气量。将建立的三维地质模型划分为多个网格，模型网格分布根据三维地质模型的大小和计算需求来剖分，其剖分精度根据实际的地层需求来确定。s2、根据s1建立的模型，建立三重介质数值模型，三重介质数值模型中的三重介质分别为：基质系统、裂缝系统和以及孔洞系统或孔隙系统，并将三维地质模型与三重介质数值模型相耦合。具体的，将三维地质模型的孔隙度、渗透率、饱和度属性参数相应地赋值为三重介质数值模型的孔隙度、渗透率、饱和度属性；s3、根据煤层与砂岩层的连通关系设置不同的三重介质的窜流系数与传导系数；具体的，煤层和砂岩层的连通关系根据测井资料和地质模型判断，其判断方式可根据煤层和砂岩层直观的得出，在此不予赘述。根据煤层和砂岩层的连通关系不同，对三重模型的设置也有所不同：煤层和砂岩层连通时，将三重介质模型中的基质系统所在网格和裂缝系统所在网格设置为煤层，将孔洞系统或孔隙系统所在网格设置为砂岩层，基质层和裂缝层之间设置为相互传质，煤层和砂岩层相互接触的网格设置为相互传质，基质系统与孔洞系统或孔隙系统不能相互传质，裂缝系统所代表的网格之间可相互流动并与井筒连接，孔洞系统所代表的网格之间可相互流动并与井筒连接。煤层与砂岩层不连通时，将三重介质中的基质系统所在网格和裂缝系统所在网格设置为煤层，将孔洞系统或孔隙系统所在网格设置为砂岩层，同时设置基质系统和裂缝系统之间可相互传质，基质系统与孔洞系统或孔隙系统不能相互传质，裂缝系统与孔洞系统或孔隙系统之间也不能相互传质，裂缝系统所代表的网格之间可相互流动并与井筒连接，孔洞系统或孔隙系统所代表的网格之间可相互流动并与井筒连接。s4、结合s2的属性值、s3的计算结果以及生产条件，通过渗流方程计算合层共采的产气量和产水量。煤层所在网格设置z轴正方向在坐标位置为(i，j，k)处的传导率tz+(i，j，k)为0，砂岩层网格设置z轴负方向在位置坐标为(i，j，k+1)处的传导率tz-(i，j，k+1)为0，流动系数为0。这样的设置是可以避免煤层和砂岩层之间流体交换，使砂岩层作为独立的储层并用孔洞网格系统表示。具体的，当煤层和砂岩层连通时，基质系统与裂缝系统的煤层气传质用以下公式表示：式中：t——时间，d；σ——形状因子，m-2；g——几何因子，m3；τ——吸附时间，d；d——扩散系数，m2/d；cm——平均吸附浓度，m3/m3；ce——吸附气体浓度，m3/m3，qmf——基质与裂缝之间传质的煤层气量，m3/d；由于基质系统与孔洞系统或孔隙系统不能相互传质，则基质和孔洞系统或孔隙系统的流动为0，通过设置扩散系数和传导率为0来实现。裂缝系统设置煤层的参数包括：相渗曲线和毛管压力，孔洞系统或孔隙系统设置砂岩层的参数包括：相渗曲线和毛管压力，合采时总的产气量为：qg＝qg+qgt，合采时总的产水量为：qw＝qw+qwt，式中，qg、qw——合采时总产气、产水量，m3/d；qg、qw——煤层产气、产水量，m3/d；qgt、qwt——砂岩层产气、产水量，m3/d。在本发明中，采用渗流方程计算qg、qw、qgt、qwt。具体的，分别通过计算煤层的渗流方程和砂岩层的渗流方程来计算，其计算方式如下：煤层的渗流方程如下：气相渗流方程：水相渗流方程：上述计算式中，kx、ky、kz——分别为煤层x、y、z方向上的储层绝对渗透率，md；krg、krw——分别为煤层中气相、液相的相对渗透率，md；bg、bw——分别为气相、液相体积系数，无因次；μg、μg——分别为气相、液相粘度，mpa·s；pg、pw——分别为煤层气相、液相压力，mpa；ρg、ρw——分别为气相、液相的密度，g/cm3；pg、pw——分别为煤层气相、液相压力，mpa；ρgsc、ρwsc——分别为标准状态下的气相、液相的密度，g/cm3；h——深度，m；g——重力加速度，m/s2；sg、sw——分别为煤层中气相、液相的饱和度，％；φ——孔隙度，％；砂岩层的渗流方程如下：气相渗流方程：水相渗流方程：上述计算式中，kxt、kyt、kzt——分别为砂岩层x、y、z方向上的储层绝对渗透率，md；krgt、krwt——分别为砂岩层中气相、液相的相对渗透率，md；pgt、pwt——分别为砂岩层中气相、液相压力，mpa；ht——砂岩层深度，m；sgt、swt——分别为砂岩层中气相、液相的饱和度，％；φt——砂岩层孔隙度，％。实施例2：本实施例以煤层和致密砂岩层合采为例：在本实施例中，作为对比的双重介质模型的模拟方法采用的李勇等在《煤系气合采产出数值模拟研究》一文中提出的方法，当然也可以采用其他的双重介质模型模拟方法，图1揭示了不同煤致合采的模型，从图1中可以看出，在同等水平下，若采用双重介质模型进行数值模拟，则其所需的网格相对于三重介质模型的网格要多。图2、图3以及图4分别揭示了模拟煤致合采时的双重介质模模型、煤层与砂岩层连通时的三重介质模型、煤层与砂岩层不连通时的三重介质模型，同时描述了不同介质网格表示的方式。砂岩层位于煤层上部，砂岩层和煤层不接触，且两个储层之间相隔2m，采用水平井多段压裂方式将煤层气和致密气进行合采，煤层和砂岩层通过压裂缝和井筒相连通，具体模拟参数如表1所示。表1数值模拟模型参数数值模型参数致密砂岩层煤层单位三重介质平面网格数量100×100100×100个双重介质平面网格数量100×100100×100个三重介质垂向网格数量44个双重介质垂向网格数量84个平面网格步长1010m垂向网格步长22m扩散系数/1m2/d形状因子/0.1m-2储层孔隙度65％煤层含气量/13.5m3/t储层渗透率0.52.3md储层压力16.2816.41mpa储层厚度84m兰氏体积/31m3/t兰氏压力/2.3mpa初始含水饱和度50100％根据煤层和砂岩层的分布关系、储层厚度等条件先建立模拟所需的三维地质模型并设置合理的网格分布。对于双重介质模型，其需要用基质和裂缝都来表示砂岩层，而对于本发明来说仅需要利用孔洞系统或孔隙系统来表示砂岩层，因此本发明所需要的的网格数量相对于双重介质模型来说，其所需的网格数减少三分之一。进一步根据储层孔隙度，渗透率，饱和度，煤层含气量，煤层扩散系数，等温吸附曲线等建立并完善相应的数值模型。模型采用水平井进行煤层气致密气合采，水平井连通煤层和砂岩层，通过设置内边界条件为产水量20m3/d为基础。计算时采用全隐式求解方法进行求解计算。最终的计算结果如表2以及图5和图6所示。表2模型计算时间对比介质类型总网格数量第1次计算第2次计算第3次计算平均用时双重介质120000个145秒148秒149秒147.3秒三重介质80000个117秒118秒117秒117.3秒通过图5和图6可知，三重介质模型与双重介质模型在模拟煤层气-致密气合采时计算结果基本接近，说明采用本发明的三重介质模型，在网格数量减少三分之一的情况下，其精度和双重介质模型的模拟精度几乎相同。通过表2可知，三重介质模型的3次计算的平均时间为117.3s，而采用双重介质模型的3次计算的平均时间为147.3s，通过计算时间对比，同一个配置的计算机在计算三重介质模型时比计算双重介质模型节省了30秒的计算时长，计算效率大大提高，若计算大型模型，则计算效率提高更明显。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。当前第1页12