煤层气井压裂模拟与产量预测：三维模型研究

"煤层压裂裂缝三维延伸模拟及产量预测研究 (2001年)。该研究结合流体力学、线弹性断裂力学、传热学、计算数学和软件工程等多学科知识，建立了煤层压裂的裂缝三维延伸模型和产量动态预测模型。模型考虑了煤层、上下遮挡层的地应力和岩石力学参数变化，以及煤层气的解吸扩散过程对产量的影响。基于这些模型，开发了煤层气井三维压裂优化设计软件，并通过实际案例验证了其有效性和可靠性。" 本文主要探讨的是煤层气井压裂技术的关键问题，即如何准确模拟裂缝扩展并预测产量。首先，提出的三维延伸模型旨在更真实地反映煤层压裂过程中裂缝的形态和发展，这涉及到煤层及其上下遮挡层的地应力分布和岩石力学特性。地应力的差异可能导致裂缝的不均匀扩展，而岩石力学参数的变化则影响着裂缝的形成和稳定性。 在裂缝三维延伸模型中，作者考虑了诸如煤层的弹性模量（E1、E2、E3）、断裂韧性（KⅠC1、KⅠC2、KⅠC3）等因素，这些都是决定裂缝扩展方向和形状的重要因素。此外，还考虑了煤层气在解吸扩散过程中的物理特性，如煤层气和煤层水的体积系数（Bg、Bw），以及它们的压缩系数（Cg、Cr、Cw）。 接下来，产量动态预测模型则关注煤层气井的产气量。煤层气的产出过程包括煤层内的气体先解吸到裂缝中，然后扩散到井筒，最后流入井中。这一过程涉及煤层气的扩散系数、相对渗透率（Krw、Krg）以及煤层的绝对渗透率（K）。解吸扩散阶段是产量预测的关键环节，因为它直接影响到气井的生产效率。 为了实现这些理论模型的实际应用，作者开发了一款煤层气井三维压裂优化设计软件。这款软件可以辅助工程师进行压裂方案的设计，预测压裂效果，从而提高压裂作业的成功率和经济效益。通过实例计算，软件的实用性和可靠性得到了验证，证明了理论模型与实际操作的良好契合。 该研究不仅深化了对煤层气井压裂过程的理解，而且为实际操作提供了有力的工具，对提升我国煤层气的开发水平具有重要意义。通过综合运用多学科知识，科研人员成功解决了煤层压裂中的关键问题，为提高能源开采效率和环境保护提供了理论支持。