煤层气开采中渗透率变化的三维数值模拟与参数影响分析

在煤层气开采过程中，储层渗透率的变化对最终的产气量有显著影响。为了更精确地模拟这一过程，本研究采用了S&D渗透率变化模型，该模型能够更好地描述煤储层中复杂的多孔介质特性。煤层被假设为双孔单渗的双重介质结构，包含低渗透、高储存能力的基质微孔系统和高渗透、低储存能力的裂缝宏观孔隙系统。 流体在裂缝系统中的运动遵循达西定律，考虑了重力和毛管力的作用。煤层气的扩散从基质向裂缝转移被假定为非平衡拟稳态，遵循Fick第一定律。煤体的可压缩性和储层的非均质性以及各向异性特性也被纳入模型考量。 通过数值模拟，研究发现，初始含气量、煤层有效厚度、裂缝渗透率以及Langmuir压力的增加会导致煤层气产量上升，而储层原始压力、裂缝孔隙度和Langmuir体积的增大则会降低产气量。解吸时间对产气量的影响相对较小。裂缝渗透率受杨氏模量、基质收缩/膨胀系数影响，前者增大裂缝渗透率，后者减小；泊松比和裂缝压缩系数对裂缝渗透率也有相反作用。 引入S&D模型后，与常规模型相比，累计产气量降低了1.3%，这强调了在煤层气开采过程中必须充分考虑渗透率变化的影响，因为它对生产效率具有重要影响。研究结果对于优化煤层气开发策略、提高生产效率和降低成本具有实际指导意义，同时也为煤层气储层的数值模拟提供了更为精细和准确的方法。整个研究采用了IMPES（隐式-显式求解）方法进行数值求解，这是一种高效且稳定的求解技术，适用于处理这类复杂的多相渗流问题。