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内容简介

　　本书系统总结了煤层气和页岩气藏精细建模与数值模拟方法与流程，主要包括：建立了煤层气和页岩气纳微米孔隙流动、扩散、解吸附、流固耦合、多组分流动数学模型，形成了煤层气/页岩气基于天然/人工裂缝的裂缝处理技术、复杂裂缝网络分布下的非结构化网格生成技术、非结构化网格传导率处理与连通表征技术，建立了基于非结构化网格的复杂结构井与储层流动耦合模拟方法，形成了煤层气/页岩气多段压裂水平井的产能预测方法，建立了考虑不同介质及不同非线性渗流机理的煤层气和页岩气数值模拟模型以及模型的离散求解系统，并展示了煤层气和页岩气建模与数值模拟应用的若干实例，对煤层气和页岩气裂缝建模与数值模拟方法研究的动态与发展趋势做了总结和展望。

内页插图

目录

目录
前言
第1章 煤层气和页岩气纳微米孔隙流动数学模型 1
1.1 煤层气和页岩气考虑扩散的纳微米孔隙流动多组分数学模型 1
1.1.1 多孔介质中不同流态的表征机理 1
1.1.2 对不同模型进行了程序实现 3
1.1.3 扩散模型 5
1.2 考虑吸附/解吸附的微纳米孔隙流动多组分数学模型 7
1.2.1 Langmuir吸附等温式 7
1.2.2 Freundlich经验公式 8
1.2.3 带参数的Langmuir吸附等温式 8
1.2.4 BET 模型 8
1.2.5 DR 模型 9
1.2.6 DA 模型 9
1.3 煤层气和页岩气多相流体渗流与岩石应力-应变的全耦合数值模型 9
1.3.1 流动方程 9
1.3.2 气体吸附及扩散方程 11
1.3.3 地质力学耦合模型 11
1.3.4 渗透率及孔隙度变化 11
1.3.5 参数敏感性分析测试 12
1.3.6 煤粉、水、气三相耦合流动模型 19
第2章 基于天然/人工裂缝的裂缝处理技术 28
2.1 网状缝、微细裂缝的连续网格处理技术 28
2.2 大尺度天然/人工裂缝的离散裂缝处理技术 29
第3章 复杂裂缝网络分布下的非结构化网格生成技术 36
3.1 Delaunay网格系统简介 37
3.2 经典Delaunay三角网生成方法 38
3.2.1 Bowyer-Watson 算法 38
3.2.2 阵面推进法 39
3.3 控制子域Delaunay三角化方法 40
3.3.1 控制权因子的确定 41
3.3.2 剖分区域布点 41
第4章 非结构化网格传导率处理与连通表征技术 49
4.1 基质与基质(M-M)的传导率 50
4.2 基质-裂缝(M-F)传导率 51
4.3 裂缝与裂缝(F-F)的传导率 51
4.3.1 相连裂缝网格之间的传导率 52
4.3.2 相交裂缝网格之间的传导率 53
4.4 介质之间的窜流量 54
4.4.1 离散裂缝-基质之间的窜流量 54
4.4.2 全局裂缝-基质之间的窜流量 55
4.4.3 介质与井筒间的井指数 57
第5章 基于非结构化网格的复杂结构井与储层流动耦合模拟方法 64
5.1 分级多段压裂复杂结构井多段井处理技术 64
5.1.1 分级多段压裂井模型 64
5.1.2 井筒流态分析 66
5.1.3 井段内部多相流模型 68
5.2 分级多段压裂复杂结构井与储层流动耦合处理技术 79
5.2.1 质量守恒方程 79
5.2.2 动量守恒方程(压降方程) 79
5.2.3 井控制方程 80
5.2.4 辅助方程 80
第6章 多段压裂水平井的产能预测方法 84
6.1 水平井产能预测解析法 84
6.1.1 Joshi公式的推导思路 84
6.1.2 Joshi公式的推导过程 85
6.2 压裂水平井的产能预测解析法 86
6.2.1 郎兆新方法的推导过程 87
6.2.2 范子菲方法的推导过程 88
6.2.3 苗和平方法的推导过程 91
6.2.4 曲鸿雁方法的推导过程 92
6.3 压裂水平井产量的解析解与数值模拟结果对比 96
6.3.1 压裂井水平数值模拟模型的建立 96
6.3.2 数值解与解析解的比较 97
6.4 多段井条件下数值解与解析解的比较 99
6.5 常规井与多段井条件下数值解的比较分析 102
6.6 结论和认识 103
第7章 数值模拟模型及模型的离散求解系统 105
7.1 不同尺度介质自适应的流态识别技术 105
7.2 数值模拟系统控制方程 106
7.3 离散方程及Jacobi矩阵 107
7.3.1 残差 107
7.3.2 流动项 107
7.3.3 累积项 119
7.3.4 源汇项 121
7.3.5 其他问题(注意事项) 124
7.4 考虑不同非线性渗流机理的离散模型 128
7.4.1 滑脱与扩散 128
7.4.2 吸附与解吸 131
7.4.3 高速非达西 133
7.4.4 启动压力梯度 134
7.4.5 压敏效应 136
第8章 煤层气和页岩气藏裂缝建模与数值模拟应用 140
8.1 煤层气和页岩气藏数值模拟软件 140
8.1.1 软件的基本介绍 140
8.1.2 软件的特色功能 142
8.2 煤层气和页岩气数值模拟软件应用 143
8.2.1 煤层气实际区块数值模拟应用 143
8.2.2 页岩气实际区块数值模拟应用 148
第9章 总结与展望 166
9.1 各种方法的优缺点及应用范围 166
9.2 趋势及发展方向 167
参考文献 169

前言/序言

　　随着天然气藏开发的深入以及国内外对天然气资源需求的增加，煤层气、页岩气作为新型的非常规天然气资源，受到越来越多的关注。2000年以来，中国天然气年消费量增长了2.3倍，并呈加速增长趋势，预计到2020年全国天然气需求量将达到2930亿立方米，缺口达1000亿立方米以上。中国煤层气、页岩气资源类型多、分布广、潜力大，主要盆地的资源量估算约为26万亿立方米，但勘探开发尚处于起步阶段，尚未形成系统、成熟的核心技术。当前形势下，加快煤层气、页岩气资源开发利用进程对于缓解我国天然气需求压力、加强能源安全具有重要意义。
　　煤层气、页岩气储层描述与模拟的一大难点是储层中同时存在纳微米孔隙和不同尺度的裂缝系统。与常规储层的孔隙介质相比，煤层气、页岩气储层的纳微米孑L隙介质在岩性、储集空间、渗流机理特征与参数不确定性等诸多方面存在明显的差异，开发过程也表现出明显的差异化特征。而另一方面，煤层气、页岩气储层裂缝对煤层气、页岩气藏的开发更是具有重要的影响。当前，对储层中的天然裂缝和人工裂缝构成的复杂缝网的描述与模拟技术仍是一个重大的技术挑战。
　　本书编写组针对煤层气、页岩气藏裂缝建模与数值模拟的技术瓶颈，借鉴国内外当前最先进的科研成果，开展了开发地质、岩石力学、渗流力学、油藏工程以及计算机工程等多学科交叉联合攻关研究，建立了煤层气、页岩气纳微米孑L隙流动、扩散、解吸附、流固耦合、多组分流动数学模型，形成了天然与人工复杂缝网处理技术、复杂裂缝网络分布下的非结构化网格生成技术、非结构化网格传导率处理与连通表征技术，建立了基于非结构化网格的复杂结构井与储层流动耦合模拟方法，形成了煤层气、页岩气多段压裂水平井的产能预测方法，建立了针对不同介质及不同非线性渗流机理的煤层气和页岩气数值模拟模型及模型的离散求解系统。在煤层气、页岩气藏裂缝精细描述、高分辨率离散裂缝建模、复杂裂缝渗流模型及离散裂缝高效数值模拟等多方面取得了创新性的技术成果。在此基础上，成功研发了裂缝建模与数值模拟软件系统，这对裂缝型油气藏的高效开发具有重要的指导作用和借鉴意义。
　　全书分为9章：第1章介绍了煤层气／页岩气藏纳微米孑L隙流动的数学模型：第2章介绍了基于天然／人工裂缝的裂缝处理技术：第3章介绍了复杂裂缝网络分布下的非结构化网格生成技术；第4章介绍了非结构化网格传导率处理与连通表征技术；第5章基于非结构化网格的复杂结构井与储层流动耦合模拟方法：第6章介绍了多段压裂水平井的产能预测方法；第7章介绍了考虑不同介质及不同非线性渗流机理的煤层气和页岩气数值模拟模型以及模型的离散求解系统；第8章介绍了煤层气／页岩气藏裂缝建模与数值模拟的应用：第9章介绍了煤层气／页岩气藏裂缝性储层的建模和数值模拟方法的总结与展望。
　　本书由龚斌教授的组织与指导，分工编写完成。龚斌教授负责全书体系结构的制定和整体布局，主要编写分工如下：第1章由陈方方、唐慧莹编写：第2章由李俊超、陈方方编写；第3章由李俊超、刘玄编写；第4章由兰正凯、石欣编写；第5章由张玲毓、兰正凯编写；第6章由方军龄、陈天一编写；第7章由张永宾、赵泽钦编写；第8章由龚斌、唐慧莹编写；第9章由龚斌、李俊超编写。全书由龚斌统稿、定稿。
　　本书的编写得到了国家科技部、中国石油天然气集团公司科技管理部、中国石油集团科学技术研究院、中国石油煤层气公司、中国石油川庆钻探地球物理公司、北京大学、东北石油大学等单位领导和有关专家的大力支持与帮助。参加课题研究的科研人员付出了艰辛的劳动，课题跟踪专家组给予了严格的技术把关和指导，中石油煤层气公司、塔里木油田分公司、西南油气田分公司、川庆钻探地球物理公司等单位对课题成果的应用提供了方便与支持，徐凤银、江同文、冉启全、汪志明、尹陈、袁江如、李宁等专家对本书的编写提出了宝贵的修改意见，书中部分图表引用了相关技术人员的研究成果，在此一并表示诚挚的感谢！
　　由于作者水平有限，纰漏在所难免，敬请广大读者批评指正。
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