煤层气田注水开发的数值模拟研究

长沟峪煤矿煤层注水参数设计及数值模拟研究阚　兴1,马植胜2,王新华2(11北京京煤集团,北京102300;21北京昊华能源股份有限公司,北京102300)[摘　要]　为了降低工作面煤尘,煤层注水为有效方法,根据长沟峪煤矿-140m 水平4槽1工作面的地质特征,确定了煤层注水方式与注水参数以降低煤尘。

建立了煤层长孔注水的渗流动态数学模型,利用多物理场耦合分析软件C OMS OL,对不同工况下注水侵润半径进行了数值模拟,结果表明该煤层注水方案的可行性和有效性。

[关键词]　煤层注水;降尘;参数设计;数值模拟[中图分类号]T D71414 [文献标识码]A [文章编号]100626225(2010)0120089203Param eters D esi gn and Nu m er i ca l S im ul a ti on of W a ter 2i n jecti on i n Coa l of Changgouyu Colli eryK AN Xing 1,MA Zhi 2sheng 2,WANG Xin 2hua2(1.Beijing J ing mei Gr oup,Beijing,102300,China; 2.Beijing Haohua Energy Co .,L td,Beijing,102300,China )Abstract:W ater injecti on int o coal is a good method f or reducing dust in m ining face .Based on geol ogical characteristic of 421M ining Face at 2140m level in Changyugou Colliery,this paper researched water injecti on manner and para meters .It built up a seepage dy 2na m ic model of water injecti on in l ong holes by app lying multi 2physics coup ling si m ulati on s oft w are 2COM S OL and nu merically si m ulated infiltrati on radius of injecting water under different working conditi ons .Results showed that this design of water injecti on was feasible and effective .Key words:water injecti on int o coal;dust abate ment;para meter design;nu merical si m ulati on[收稿日期]2009-10-13[作者简介]阚　兴(1965-),男,辽宁盘锦人,高级工程师,现任京煤集团总经理。

第十章煤层气数值模拟技术与方法数值模拟技术在煤层气勘探开发中应用较广。

煤层气储层模拟是进行产量预测、地面开发前景评价和生产工艺优选等的重要手段；煤层气地史演化数值模拟则主要用于定量研究煤层气的生成、逸散和赋存的演化规律。

此外，数值模拟技术还被广泛应用于煤层气储层研究和储量计算等方面。

第一节煤层气储层模拟技术一、概述煤层气储层模拟（reservoir simulation）又称为产能模拟（coalbed methane production modeling），无论是在常规油气还是在煤层气勘探开发过程中，通常都需要进行这项工作。

储层模拟是将地质、岩石物性和生产作业集于一体的过程，在此过程中使用的工具就是储层模拟软件。

储层模拟实际上是在生产井的部分参数已知的条件下，解算描述储层中流体流动的一系列方程，通过历史匹配，对井的产油量、产气量和产水量等参数及其变化规律进行预测的工作。

预测的时间可在几个月、几年甚至几十年。

产能参数是选择开采工艺、开采设备的重要依据，同时，还可根据产能参数，对生产井的经济价值进行评价。

随着煤层气开发试验的相继实施和实践经验的积累，科技工作者对煤层气的生气、储集和运移规律有了更深入的理解，同时，也意识到需要有一个有效的工具，来进行生产井气、水产量数据的历史拟合，以便获取更为客观的煤层气储层参数，预测煤层气井的长期生产动态和产量。

同时为井网布置、完井方案、生产工作制度、气藏动态管理，煤层气开发方案等提供科学依据。

正是在这种背景下，煤储层数值模拟研究工作，在继续围绕煤矿瓦斯研究的同时，借鉴油气藏数值模拟理论、技术和方法，扩展到地面煤层气资源勘探、开发领域。

1981年，由美国天然气研究所（GRI）主持，美国钢铁公司（US Steel）和宾州大学等承担了煤层气产量模拟器与数学模型开发项目（Development of Coal Gas Production Simulators and Mathematical Models for Well Test Strategies）。

煤层注水湿润分布状态的数值模拟阜新煤炭工业学校　李宗翔 辽宁工程技术大学　海国治　秦书玉 摘　要　用非饱和———饱和三维非稳定渗流数学模型描述煤层注水湿润的动态过程,用有限元数值解法求解。

认为煤体注水湿润近似符合饱和模型,构造了湿润过程中煤体贮水系数、导水系数与湿润压力关系。

其中参数的识别采用了最优化算法与现场注水试验结果进行反求拟合获得。

实例计算表明,模拟湿润状态符合注水煤层的湿润情况。

这一方法,可用于解决煤层注水的参数确定、工艺方案设计优化、预测煤层注水湿润分布状态及动态变化等问题。

关键词　有限元法　数学模型　煤层注水　湿润分布状态1　前言煤体注水后的湿润范围、湿润程度及湿润的分布状态是衡量注水效果的关键指标,是调整注水参数的重要依据。

所谓湿润分布状态,主要指注水后煤体水分增值的分布及分布随时间的变化过程。

一般认为,在注水动力和毛细作用力的作用下,水不断压开并沟通煤层裂隙,形成不断扩展的渗流通道,从而扩大煤体的湿润程度,使这些裂隙趋向饱和状态。

煤层注水是煤体由干燥到进水湿润的过程,是典型的非饱和———饱和的渗流过程。

并且以非饱和状态为主要特征。

当以钻孔方式向煤体注水时,煤体中水的渗流流场可分为封孔区、径向流动区和深部端头区三个部分。

封孔区受巷帮卸压带和集中压力带影响煤体变形较大,裂隙结构及发育异常,其渗透特征明显改变。

处于原始应力状态的后二区的煤体具有相同的渗透特征,其中径向流动区可由二维流来求解[4]。

深部端头区存在沿钻孔横向和纵向流动,为三维空间流场,煤体沿层面法向与沿平行层面方向的渗透系数不同,呈各向异性,对于薄及中厚煤层顶底板岩石的隔水作用等,使这一渗流场流动和湿润情况变得很复杂。

若视煤体为各向异性的均匀质体,将其化为三维非饱和———饱和渗流问题,用数值方法在计算机上求解,同时用图形显示给出钻孔端部区域湿润状态的直观解释,对这一问题的理论分析和实际应用很有意义。

2　煤层注水的数学模型及其解法2.1　注水渗流水运移微分方程及边界条件以压力水头表示的水运移方程及注水边界条件如下:99x i (T i 9H 9x i )=S 9H9t+W i =1,2,3　{x i }　∈DH |L 1=H pT i9H9x i |L 2=-q 即　H |t =0=H 0式中:D 为计算区域;L 1、L 2、分别为第1、2类边界;H 为煤体含水的压力水头;T i 为沿坐标轴主渗透方向的导水系数;S 为煤体贮水系数项;W 为源汇项;q 为边界流量;H P 为注水边界压力水头;H O 为初始压力水头分布。

《煤层气定向羽状水平井开采数值模拟方法研究》篇一一、引言随着能源需求的增长和传统能源资源的日益枯竭，煤层气作为一种清洁、高效的能源资源，其开采技术的研究与开发显得尤为重要。

煤层气定向羽状水平井开采技术是近年来发展起来的一种新型开采技术，其具有开采效率高、成本低、对环境影响小等优点。

然而，由于煤层气赋存条件的复杂性和非均质性，如何有效进行煤层气开采成为了一个难题。

因此，本研究旨在通过数值模拟方法，对煤层气定向羽状水平井开采过程进行深入研究，为煤层气的有效开采提供理论依据和技术支持。

二、煤层气基本特性及赋存条件煤层气是一种以甲烷为主要成分的天然气，主要赋存于煤层中。

煤层气的赋存条件受到地质构造、煤层厚度、煤质、地下水活动等多种因素的影响。

煤层气的开采难度较大，需要采用合适的开采技术和方法。

三、定向羽状水平井开采技术定向羽状水平井开采技术是一种新型的煤层气开采技术，其基本思想是在煤层中布置一系列的定向羽状水平井，通过这些井的联合作用，实现煤层气的有效开采。

该技术具有开采效率高、成本低、对环境影响小等优点。

四、数值模拟方法本研究采用数值模拟方法，对煤层气定向羽状水平井开采过程进行深入研究。

具体方法包括建立地质模型、设定边界条件和初始条件、选择合适的数值模型和算法等。

在建立地质模型时，需要考虑煤层气的赋存条件、煤层厚度、地质构造等因素。

在设定边界条件和初始条件时，需要考虑地下水的活动、井的布置和参数等因素。

在选择数值模型和算法时，需要考虑到煤层气的流动规律、井的产气规律等因素。

五、模拟结果与分析通过数值模拟，我们可以得到煤层气定向羽状水平井开采过程中的压力分布、流量变化等信息。

通过对模拟结果的分析，我们可以得到以下结论：1. 定向羽状水平井的布置对煤层气的开采效率有重要影响。

合理的井的布置可以有效地提高煤层气的开采效率。

2. 煤层气的赋存条件和流动规律对开采过程有重要影响。

需要对煤层气的赋存条件和流动规律进行深入研究，以制定合理的开采方案。

《煤层气数值模拟技术应用研究》篇一一、引言煤层气（Coalbed Gas，简称CBG）作为煤炭开采过程中的一种清洁能源，其开发利用对于提高能源利用效率、减少环境污染具有重要意义。

随着计算机技术的快速发展，数值模拟技术已成为煤层气开发过程中的重要工具。

本文旨在探讨煤层气数值模拟技术的应用研究，以期为煤层气的合理开发提供科学依据和技术支持。

二、煤层气数值模拟技术概述煤层气数值模拟技术是通过建立数学模型，运用计算机技术对煤层气的生成、运移、聚集和开采过程进行模拟的技术。

该技术能够有效地预测煤层气的分布规律、储量大小、开采效果等，为煤层气的开发提供科学依据。

三、煤层气数值模拟技术的应用研究1. 煤层气生成与运移模拟煤层气的生成与运移是煤层气数值模拟技术的重要研究内容。

通过建立合理的数学模型，对煤层气的生成机制、运移规律进行深入研究。

其中，要考虑地质因素（如煤层厚度、地质构造等）和物理化学因素（如温度、压力等）对煤层气生成与运移的影响。

通过模拟结果，可以预测煤层气的分布范围和储量大小。

2. 煤层气储层评价与选区预测煤层气储层的评价与选区预测是煤层气开发的关键环节。

通过数值模拟技术，可以对不同区域的煤层气储层进行评价，分析各区域的储量大小、开采难度等因素。

同时，通过模拟结果，可以预测不同区域的开采效果，为选区提供科学依据。

3. 煤层气开采过程模拟煤层气开采过程模拟是数值模拟技术的核心应用之一。

通过建立详细的数学模型，对煤层气的开采过程进行模拟，包括钻井、排采、增产措施等。

通过模拟结果，可以预测不同开采方案的效果，为制定合理的开采方案提供依据。

四、案例分析以某煤矿区为例，运用煤层气数值模拟技术对该区域的煤层气进行模拟研究。

首先，建立数学模型，考虑地质因素和物理化学因素对煤层气生成与运移的影响；其次，对煤层气储层进行评价与选区预测；最后，对煤层气的开采过程进行模拟。

通过模拟结果，发现该区域具有较好的煤层气开发潜力，并制定了合理的开采方案。