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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）。
《煤层气数值模拟技术应用研究》篇一一、引言煤层气（Coalbed Gas）是近几十年来受到国内外学者关注的重要资源。
它对于煤田的开发、煤矿安全生产及环保都有重大意义。
煤层气数值模拟技术则是煤层气开发和开采过程的关键手段，具有精准、快速的特点。
本文旨在探讨煤层气数值模拟技术的原理、应用及研究进展，以期为相关领域的研究者提供参考。
二、煤层气数值模拟技术原理煤层气数值模拟技术主要基于流体动力学、热力学、岩石力学等多学科原理，以数学模型为框架，对煤层气的分布、储集和开采过程进行数值分析和预测。
在模拟过程中，通过设定不同的参数和条件，可以模拟出煤层气的生成、运移、聚集和开采等过程。
三、煤层气数值模拟技术的应用煤层气数值模拟技术被广泛应用于煤田地质勘探、煤层气资源评价、矿井瓦斯防治、煤矿安全生产等多个领域。
在煤田地质勘探中，通过数值模拟可以预测煤层气的分布和储量；在煤矿安全生产中，可以利用该技术分析矿井瓦斯的运动规律，提高安全水平。
四、研究进展1. 模型优化：随着研究的深入，学者们不断优化数值模拟模型，使其更加符合实际情况。
例如，通过引入更精确的物理参数和数学公式，使模型更加精准地描述煤层气的生成和运移过程。
2. 多学科融合：煤层气数值模拟技术已不再是单一学科的领域，而是涉及流体动力学、热力学、岩石力学等多个学科的交叉研究。
多学科融合的研究方式使得数值模拟更加准确、全面。
3. 高效算法开发：为了提高模拟的效率和精度，学者们不断开发新的高效算法。
这些算法包括并行计算、自适应网格等技术，可以大大提高模拟的速度和准确性。
4. 实际应用案例：随着技术的发展，煤层气数值模拟技术在许多煤矿和煤田得到了广泛应用。
例如，某大型煤矿通过使用该技术成功预测了瓦斯涌出量，有效防止了瓦斯事故的发生。
五、未来展望未来，煤层气数值模拟技术将进一步发展，具体趋势如下：1. 更加精细化的模型：随着对煤层气生成和运移机理的深入研究，模型将更加精细，能够更准确地描述煤层气的生成和运移过程。
《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。
《煤层气数值模拟技术应用研究》篇一一、引言煤层气（简称CBM）作为一种清洁、高效的能源，其开发和利用对于我国能源结构的调整和环境保护具有重要意义。
随着科技的进步，数值模拟技术在煤层气开发领域的应用越来越广泛。
本文旨在探讨煤层气数值模拟技术的应用研究，分析其现状及存在的问题，以期为煤层气的开发和利用提供新的思路和方法。
二、煤层气数值模拟技术概述煤层气数值模拟技术是一种基于计算机模拟技术，通过对煤层气的生成、运移、聚集和开采等过程进行数学描述和计算，以预测煤层气的分布、储量和开采效果的技术。
该技术具有高效、准确、全面等优点，已成为煤层气开发的重要手段。
三、煤层气数值模拟技术的应用研究1. 煤层气生成和运移模拟煤层气的生成和运移是煤层气开采的基础。
通过数值模拟技术，可以准确地描述煤层气的生成过程和运移规律，为煤层气的开采提供理论依据。
例如，通过建立煤层气的生成模型和运移模型，可以预测煤层气的生成量和运移方向，为制定开采方案提供依据。
2. 煤层气储量计算和分布预测煤层气的储量和分布是评价煤层气开发潜力的关键因素。
通过数值模拟技术，可以准确地计算煤层气的储量和预测其分布情况。
例如，利用地质统计学方法和数值模拟技术相结合，可以建立煤层气的三维地质模型和储量模型，为煤层气的开发和利用提供依据。
3. 煤层气开采过程模拟煤层气的开采过程涉及多个环节和因素。
通过数值模拟技术，可以准确地模拟煤层气的开采过程，包括钻井、完井、采收等环节。
通过模拟不同开采方案的效果，可以为制定最优的开采方案提供依据。
四、煤层气数值模拟技术的挑战与展望虽然煤层气数值模拟技术已经取得了显著的成果，但仍面临一些挑战和问题。
首先，煤层气的生成和运移受多种因素影响，如地质条件、温度、压力等，需要进一步研究和探索。
其次，数值模拟技术的准确性和可靠性有待提高，需要不断优化和改进。
此外，数值模拟技术的成本也需要进一步降低，以提高其在煤层气开发中的应用范围。
《煤层气数值模拟技术应用研究》篇一一、引言随着科技进步，煤层气开采领域迎来了许多技术创新，其中，煤层气数值模拟技术是近年来的重要研究课题。
该技术主要借助计算机进行大规模的数据计算与模型模拟，帮助工程师在开采煤层气前，对其地层条件、气藏特性、资源量及开发潜力进行准确预测。
本文将就煤层气数值模拟技术的应用进行深入研究，探讨其技术原理、应用现状及未来发展趋势。
二、煤层气数值模拟技术原理煤层气数值模拟技术基于物理原理和数学模型，利用计算机对煤层气的分布、流动、运移等过程进行模拟。
首先，通过地质勘探获取煤层信息，建立煤层气藏的数值模型。
其次，将相关地质数据、物性参数等输入模型，设置相应的初始条件和边界条件。
最后，运用数值计算方法（如有限差分法、有限元法等）对模型进行求解，得出煤层气的分布情况及开发潜力。
三、煤层气数值模拟技术的应用现状1. 资源评价：通过数值模拟技术，可以准确预测煤层气的资源量及分布情况，为煤层气开发提供可靠的资源保障。
2. 开发方案设计：在开发方案设计阶段，数值模拟技术可帮助工程师预测煤层气的产量、压力变化等关键参数，为制定合理的开发方案提供依据。
3. 风险评估：通过数值模拟技术，可以对煤层气开发过程中的风险进行评估，如地质风险、工程风险等，为决策者提供科学的决策依据。
4. 优化开采：在开采过程中，通过实时监测和调整数值模拟模型，可以优化开采方案，提高采收率。
四、煤层气数值模拟技术的优势与挑战优势：1. 提高预测精度：通过数值模拟技术，可以更准确地预测煤层气的分布、产量及开发潜力。
2. 减少成本：通过减少试采次数、降低风险等措施，降低开发成本。
3. 优化决策：为决策者提供科学依据，优化开发方案。
挑战：1. 数据质量：地质数据的准确性和完整性对数值模拟结果具有重要影响。
2. 模型复杂性：煤层气藏的复杂性使得建立准确的数值模型具有一定的难度。
3. 技术更新：随着科技的发展，需要不断更新数值模拟技术以适应新的地质条件和开发需求。
中国矿业大学2006~2007学年第1学期《煤层气地质学》试卷（A）卷考试时间：100分钟考试方式：开卷学院：资源学院班级：姓名：＿＿＿学号：___1、下图是TL005井3号煤层原煤的等温吸附曲线，实测原煤含气量为11.38 m3/t，储层压力为5.72MPa，列出公式和具体数值计算：1）朗格缪尔体积（V L,ad）、压力（P L,ad）；（6分）2）计算理论饱和度、实测饱和度；（6分）3）计算临界解吸压力和理论采收率（设枯竭压力为0.7MPa）：（6分）4）计算临/储比。
（3分）2、已知某煤储层在埋深1030m 处实测储层压力为8.64 MPa 、储层温度为36.5℃（恒温带深度30m ，温度为14.2℃）、闭合压力为13.97 MPa 、计算储层压力梯度、压力系数（静水压力梯度取0.98 MPa/100m ）、现代地温梯度、最小水平应力梯度，分析煤储层的饱和状态。
（15分）3、煤体在吸附气体时可引起自身的膨胀，在解吸气体时则导致自身收缩（常称之为自调节作用）。
煤层气开发过程中，储层压力降低，煤层气发生解吸，煤基质出现收缩，收缩量通过吸附膨胀实验来计算。
煤在有效应力和温度不变的情况下，体积形变与流体压力的关系与朗格缪尔方程的形式相同，即： 50max p p p v +=εε式中，v ε为压力p 下吸附的体积应变；max ε为最大应变量，即无限压力下的渐近值；p 50为最大应变量一半时的压力。
吸附与解吸为完全可逆的过程，煤吸附膨胀参数等价于煤基质收缩参数。
现对某煤样在20℃、有效应力2 MPa 不变的情况下进行吸附膨胀实验，得到表1中的数据，作图求煤的max ε和p 50，并绘制煤基质收缩量与流体压力的关系图。
（29分）表1 煤吸附膨胀实验表4、下图是甲烷在不同矿化度、不同压力、不同温度条件下的溶解度实验成果图，将该图反映的信息表述出来。
（15分）5、论述中国煤层气产业化展望。
（20分）《煤层气地质学》2006年A 卷参考答案1. 解：1）从图上读出V L,ad = 25.4 m 3/t ；P L,ad = 1.0 MPa ； 2）由S 理=V 实/V L ， 得：S 理= 11.38/25.4=44.8%由朗格缪尔方程：LL p p p V V +=计算储层压力下的理论吸附量V = 21.6m 3/t由S 实=V 实/V 得：S 实=11.38/21.6=52.7% 3）临界解吸压力由：实实V V P V P L L cd -=，得：P cd =38.114.250.138.11－ ⨯=0.8MPa理论采收率由：%100))()(1(⨯++-=ad L cd cd L ad P P P P P P η，得：η=（1－）（）（7.00.18.08.00.17.0++）×100%=7.4%4）PP cd =72.58.0=0.142、解K p =HP =103064.8=0.84 MPa/100m ；压力系数=gradPwp K =98.00.84=0.86；K T =3010300--T T =10002.145.36-=2.23℃/100m闭合压力即为最小水平应力，最小水平应力梯度=103097.13=1.37 MPa/100m ；由于压力系数0.86<1，该储层为略欠压状态。
实验四 煤层气的解吸特征一、实验目的掌握解吸法测试煤层气含量的方法；掌握损失气（逸散气）的推算方法；掌握吸附时间的计算方法。
二、实验内容1.逸散气量（损失气量）的推算逸散气量（损失气量）与取心至样品密封解吸罐中所需时间有关, 取心、装罐所需时间越短, 则计算的逸散气量（损失气量）越准确。
当逸散气量（损失气量）不超过总含气量的20%时, 直接法所测的含气量比较准确。
解吸气和逸散气（损失气量）是煤层气的可采部分, 因此准确测定逸散气（损失气量）至关重要。
美国矿业局采用的直接法计算逸散气的理论依据是：煤体内的空隙是球形的, 且孔径的分布是单峰的, 气体在孔隙中的扩散是等温的且服从菲克第一定律, 所有孔隙中气体的初始浓度相同, 球体的边界处浓度为零。
则解吸最初几个小时释放出的气体与解吸时间的平方根成正比, 总的解吸量可由下式表示：01t t a V V ++=总式中: —总解吸量, ml ； —逸散气量, ml ；—系数； —解吸罐解吸时间, min ； —逸散时间, min 。
令 , 则上式写为:aT V V +=1总 其中实测解吸气量 。
由此在解吸气量与时间的平方根的图中（一般取前10个点）, 反向延长到计时起点, 即可估算出逸散气量（图4-1）。
图4-1 逸散气量的估算直接法的计时起点与钻井液类型有关, 对于气相或雾相取心, 假设取心筒穿透煤层即开始解吸, 损失时间（逸散时间）为取心时间、起钻时间和样品到达地面后密封在解吸罐中之前时间的总和。
对于清水取心, 假设当岩心提到距井口一半时开始解吸, 这种情况下, 损失时间为起钻时间的一半加上地面装罐之前的时间。
2.吸附时间的计算吸附时间通常由煤样的自然解吸实验（美国的直接法）来确定。
1）计算累计达到总解吸气量的63%时所对应的气体体积V 63%=总解吸气量（STP ）×63% 2）计算累计达到总解吸气量的63%时所对应的时间在煤样的自然解吸实验中找到该样品累计达到总解吸气量的63%时所在的时间区间t1和t2, 其所对应的累计解吸量为Vt1和Vt2, 则:121%63121)(t t t V V V V t t t --⨯-+=τ三、实验报告根据煤样的自然解吸实验（美国的直接法, 表4-1, 煤层段为清水钻进）推算损失气（逸散气）含量和计算吸附时间。
1. 煤层气藏开发生产特点煤层气藏开发一个最显著的特点是需要进行前期脱水降低煤层压力。
煤层气吸附在煤基质孔隙表面，只有当煤层压力低于临界解析压力，煤层气才会从煤层基质孔隙解析出来扩散到煤层裂缝。
脱水时间长短取决于煤层气饱和度。
煤层气饱和度定义为某压力下煤层气含量与该压力下煤层气吸附能力的比值。
饱和度为1的煤层气藏称为饱和气藏，饱和气藏煤层气随着煤层脱水而产出。
饱和度小于1的煤层气藏称为欠饱和气藏，欠饱和气藏需要经过长期脱水后才开始产气。
在我现在工作的煤层气藏，有些井脱水十几天后就开始产气，单井高峰日产气量能达到三万方以上。
有些井则需要一年甚至几年的脱水后才产气。
不同煤层气田以及同一煤层气田不同生产井的生产动态可能差别很大，煤层气田典型生产井产量可以分为三个阶段，第一阶段井只产水，不产气。
第二阶段井开始产气，一直到气量达到最高值，产水量逐渐下降。
第三阶段产气量和产水量一起下降。
由于煤层地质属性的不同，井的生产动态会变化很大。
比如有些低渗井产气量从开始就递减，而且递减缓慢。
有些井只生产干气，不产水。
煤层气井的生产动态主要受煤层含气量，煤层含气饱和度，煤层渗透率，相对渗透率，孔隙度等的影响。
煤层气是以吸附状态吸附在煤基质孔隙中，吸附量与煤的类型，煤灰含量，煤湿度以及煤层压力有关，在相同温度，煤灰含量和湿度条件下，压力越大，煤吸附的气量越多。
常规砂岩气藏中的气体储藏在砂岩孔隙中，在相同压力条件下，煤层储气量要大于砂岩储气量。
煤层气吸附能力与压力的关系曲线称为解析等温线。
每个压力点对应该压力下煤的最大吸附量，也称为饱和吸附量。
许多煤层吸附气处于未饱和状态，也就是说在初始压力条件煤的实际吸附气量小于该压力下的饱和吸附气量，煤层在生产时只产水，不产气。
只有当压力降到临界解析压力，气才会从煤基质中解析出来，煤层才开始产气。
（临界解析压力为煤的气吸附量与煤吸附能力相同时对应的压力）。
开发煤层气田需要将井的井底压力快速降低到最低值，这样才能快速降低地层压力，缩短脱水时间，提高产气量。
《煤层气数值模拟技术应用研究》篇一一、引言随着社会经济的持续发展和对清洁能源的迫切需求，煤层气作为一种潜力巨大的新能源资源受到了广泛关注。
煤层气（CMM）开采过程涉及到多孔介质流动、储层性质和多种复杂的物理化学反应。
传统的现场实验研究方法不仅成本高昂，而且耗时较长。
因此，煤层气数值模拟技术应用成为近年来研究的热点，其在理论分析和实践应用上都有着显著的价值。
二、煤层气数值模拟技术概述煤层气数值模拟技术主要依托于计算机技术和计算流体动力学原理，通过对煤层气的储层条件、流体力学性质以及相关化学反应进行建模和仿真，以实现对煤层气开采过程的预测和优化。
该技术通过构建三维模型，可以模拟煤层气的生成、运移、聚集和开采等全过程，为煤层气的开发提供理论依据。
三、煤层气数值模拟技术的应用研究1. 模型建立与参数设定在煤层气数值模拟过程中，首先需要建立准确的数学模型。
这包括对储层地质构造的准确描述、流体性质的分析以及相关物理化学参数的设定等。
此外，还需根据实际需求选择合适的模拟方法和算法。
2. 模拟过程与结果分析通过设定不同的开采方案和参数，进行煤层气数值模拟。
模拟结果可以直观地展示煤层气的分布、压力变化、流量分布以及潜在的危险区域等。
同时，结合实际现场数据，可以对模拟结果进行验证和优化。
3. 预测与优化基于数值模拟结果，可以对煤层气的开采过程进行预测和优化。
例如，预测不同开采方案下的产能变化、评估储层的开采潜力以及优化开采参数等。
此外，数值模拟还可以帮助发现潜在的隐患和问题，为制定合理的开采策略提供依据。
四、研究案例分析以某地区的煤层气开采项目为例，采用数值模拟技术对该区域的煤层气储层条件、流体性质和开采过程进行建模和仿真。
通过对不同开采方案的模拟和对比，发现了一种更为高效的开采方法，提高了产能并降低了成本。
同时，数值模拟还帮助发现了潜在的储层问题，为制定合理的开采策略提供了有力支持。
五、结论煤层气数值模拟技术应用研究对于煤层气的开发具有重要价值。
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）。
在该项目中，Pavone和Schwerer 基于双孔隙、拟稳态、非平衡吸附模型，建立了描述煤储层中气、水两相流动的偏微分方程组，采用全隐式进行求解，并开发了相应的计算机软件ARRAYS。
该软件包括WELL1D和WELL2D两个程序，分别模拟未压裂、压裂的单个煤层气井（单井规模）和多个煤层气井（全气田规模）的气、水产能动态。
与此同时，宾州大学的Ertekin和King，开发了类似于ARRAYS模型的单井模型PSU-1。
该模型对方程组在空间和时间上进行差分离散，按全隐式、Newton-Raphson方法进行求解。
后来，PSU-1模型和ARRAYS模型组合在一起形成了GRUSSP软件包，被推广应用。
1984年，Remner把PSU-1模型升级为PSU-2模型，使其能够处理多个煤层气井（全气田规模）的数值工作。
1987年Sung开发的PSU-4模型，包括了有限导流裂缝、水平钻孔和生产煤矿工作面。
1987年，在美国天然气研究所的支持下，ICF Lewin Energy开发出了专门用于煤层气藏模拟的双孔隙、二维、气-水两相模型COMET（Coalbed Methane Technology），随后又推出了微机版的COMETPC 模型。
COMET模型是从SUGARWA T模型（Devonian 泥岩模拟器）修改而成的。
COMET模型与ARRAYS模型和PSU模型有许多相同的物理和数值特性，其最重要的贡献是友好的用户界面。
1989年，美国天然气研究所与国际先进能源公司（Advanced Resource International, Inc.，简称ARI公司）等13个公司和工业财团联合，在COMETPC模型的基础上进一步开发出了COMETPC-3D模型，它是一个功能强大、三维、气-水两相流的计算机模型，可模拟多井、多层和压裂井，同时考虑了重力效应、溶解气、孔隙压缩系数、煤基质收缩系数以及应力对渗透率的影响。
与此同时，S.A.Holditch & Associates, Inc.（SAH）独立开发了另一个可模拟煤层气和非常规气的储层模拟器COALGAS。
其煤层气模拟的特性与GRUSSP和COMET模拟器类似。
该模拟器具有平衡吸附和拟稳态非平衡吸附两种选项，以及图示化、菜单式的前处理和后处理功能，因而操作方便，显示结果直观。
1998年，ARI公司又推出新产品COMET 2，2000年9月升级到COMET2.10版。
该软件增加了三孔隙双渗透率模型，差分方程组采用全隐式求解，井按全隐式算法处理，可模拟注二氧化碳或氮气提高甲烷采收率，运行的操作系统为Windows98、Windows2000、WindowsXP或WindowsNT，从而使模型的功能更强，运行稳定性更好，计算精度更高；同时运行速度大大加快，缩短了模拟计算时间，提高了模拟工作效率。
虽然至今已有52个煤层气产量预测的数学模型问世，但是已形成计算机软件的不多，其中有ARRAYS（WELL1D、WELL2D）、PSU（PSU-1、PSU-2、PSU-3、PSU-4）、GRUSSP、COMET、COMETPC、COMET3D、COMET2和COALGAS，真正得到推广应用的可能只有GRUSSP、COMET和COALGAS软件。
尽管COMET2软件是目前功能最强大的煤层气模拟软件，但目前在煤层气勘探开发研究和生产中应用最广泛的软件是COMET3D。
虽然我国瓦斯抽放开展得较早，煤层气开发也进行了相当一段时间，但总体而言煤层气储层模拟工作开展不多。
近年来，一些单位引进了COMET或COALGAS软件，进行过零星的模拟研究，但针对中国煤储层特点的储层模拟软件尚没有。
二、煤层气产出的地质和数学模型煤层气的产出大致可分为三个阶段。
第一阶段称为单相流动阶段，随着井筒附近压力的下降，首先只有水沿着裂隙流向井筒而产出，因为这时压力下降比较少，井壁附近只有单相（水）流动（图6-1）。
第二阶段称为非饱和单相流动阶段，储层压力进一步下降，开始有一定数量的甲烷解吸出来，形成孤立的气泡，这些气泡不能流动，但它们阻碍了水的流动。
第三阶段为气、水两相流动阶段，随着解吸甲烷的增加，气泡相互连接形成流线，气、水两相同时流向井筒而产出。
这三个阶段是一个连续的过程，随着时间的延长，由井筒沿径向逐渐向周围的煤层中推进。
地面煤层气井气、水产能也可以分成三个阶段。
第一阶段为抽水降压阶段，通过抽水，形成一个以井筒为中心的降压漏斗（图10-2），当压力降到临界解吸压力以下时，甲烷开始解吸，煤层气的产量逐渐升高，这一阶段的时间可在几天或数月之间。
第二阶段为稳定生产阶段，产气量相对稳定，产水量逐渐下降，产气量在此阶段内达到最高峰，这一阶段通常在3~5年之间（图10-2）。
第三阶段为产量下降阶段，此阶段内只产出少量的水，产气量逐渐下降，生产时间一般在10年以上。
图10-1 煤层气排水降压产出示意图图10-2 煤层气、水产量变化的三个阶段煤层气的产出包括解吸—扩散—渗流三个阶段，这与砂岩、碳酸盐岩等储层中的常规天然气只有通过岩石孔隙渗流的产出过程具有很大的差别。
1、扩散与解吸煤层气的解吸与吸附是一个可逆过程，所以其解吸同样可用朗格缪尔方程来描述。
gL L P P P V P C +=)( （10-1）时间式中：V L 为Langmüir 体积；P L 为Langmüir 压力；P g 为煤储层中的压力；C （P ）为平衡吸附气体浓度；该方程在煤基质和裂隙之间提供了一个边界条件，通过扩散由基质进入裂隙中的煤层气用费克定理来描述：))()((g m m P C t C rV q -=（10-2）式中：r 为解吸时间，由实验测定；V m 为煤基质体积；C （t ）为t 时刻基质中煤层气的平均浓度；q m 为由基质进入裂隙的煤层气量； 可将其改写为导数形式： ))()((1g P C t C rdtdC --= （10-3）结合初边值条件：C （t ）=Ci t =0C （t ）=C （P g ） t >0 C ∈Γ1式中：Γ1为基质的外部边界。
经求解得：t g i g eP C C P C t C --+=))(()()( （10-4）利用式（10-4）可以计算出解吸进入裂隙系统的煤层气数量。
2、水—气二相裂隙渗流煤层气、水在煤层裂隙中的二相渗流可用流体的连续方程和达西定律来描述。
1）流体连续方程考虑煤储层中的任意微元控制体（图10-3）。
控制体边长分别为△x 、△y 、△z ，x 、y 、z 的正方向分别为：右、内、上，即流体有左面流入、右面流出，前面流入、后面流出均为正。
假定x —y 平面与煤层顶、底面平行（图10-3）。
控制体同样包括了基质块体及裂隙孔隙两套体系。
假定甲烷可压缩，水近似不可压缩，二相之间没有质量交换。
首先考虑裂隙系统中的连续方程，根据物质平衡原理，在任意时间△t 内，有：Q d =Q r （10-5）式中：Q d 为流入、流出控制体的甲烷质量差；Q r 为控制体裂隙系统中游离甲烷质量变化率。
图10-3 煤储层中控制体示意图在x 方向上，△t 时间内流入控制体的甲烷质量为： ρg V g x△y △z △t. （10-6）式中：ρg为气体密度；V g x 为气体在x 方向上的速度分量在△t 时间内，流出控制体的质量为： ()z y x xV t y x V x x ∆∆∆+∆∆∆∂ρ∂ρg g g g （10-7）所以，在△t 时间内，沿x 方向流入、流出控制体的质量差为：()()zy x xV z y x xV t y x V t y x V x x x y ∆∆∆-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆∆+∆∆∆-∆∆∆∂ρ∂∂ρ∂ρρg g g g g g g （10-8）同理，在△t 时间内，沿y 和z 轴方向流入、流出控制体的质量差为分别为：()t z y x yV y ∆∆∆∆-∂ρ∂g g（10-9）和()t z y x zV z ∆∆∆∆-∂ρ∂g g（10-10） 式中：V g y 和V g z 分别为煤层气在y 和z 方向上的速度分量 控制体裂隙系统煤层甲烷质量为：ρϕg g f S x y z ∆∆∆ （10-11） 式中：S g —煤层气的饱和度；ϕf —裂隙孔隙率所以，在△t 时间内，裂隙系统中煤层甲烷质量变化率为： ()t z y x tS ∆∆∆∆-∂ϕρ∂fg g（10-12）将式（10-8）、（10-9）、（10-10）和（10-12）代入式（10-5），得气体的渗流连续方程：()()()()tz y x tS tz y x yV t z y x zV t z y x xV y z x∆∆∆∆=∆∆∆∆-∆∆∆∆-∆∆∆∆-∂ϕρ∂∂ρ∂∂ρ∂∂ρ∂fg gg g g g gg（10-13）由于单元控制体的任意性，有：()()()()tS zV yV xV zyx∂ϕρ∂∂ρ∂∂ρ∂∂ρ∂fg ggggggg=---（10-14）同理，得水的渗流连续方程：()()()()tS zV yV xV zyx∂ϕρ∂∂ρ∂∂ρ∂∂ρ∂fw wwwwwww=---（10-15） 式中， V w x 、V w y 、V w y 、分别为水在x 、y 、z 方向上的速度分量；ρw为水的密度；S w为裂隙系统中的水饱和度。
