加快進行中國自己的煤層氣數值模擬研究已經刻不容緩。
基本介紹
- 中文名：煤層氣數值模擬
- 套用學科：地理
- 適用領域範圍：煤層氣的數值理論研究
- 起步最早：美國
國外研究,國內研究,領域現狀,
國外研究
美國在煤層氣的數值理論研究和實際開發上起步最早。
1968年，Airey提出了第一個預測煤層氣釋放的基本方程，並推導了一維，單孔隙，氣相的數學模型。
1972年，Price-Abdalla提出了二維，單孔隙，氣-水二相的數學模型，並推導了其有限差分的數值模型，編寫了數值計算軟體INTERCOMP-1。
1969年，美國礦業局鑽出了第一個煤層氣抽放井。1973年，隨著石油禁運引發的能源危機，將煤層氣作為一種潛在的有效替代能源進行開採的概念開始形成，煤層氣的開發掀起了一次高潮。煤層氣的數值模擬也在氣井的實踐中得到了廣泛的套用。
1981年，由美國天然氣研究所(GRI)主持，美國鋼鐵公司(US Steel)和賓州大學等承擔，開始了煤層氣產量模擬器與數學模型開發項目(Development of Coal Gas Production Simulators and Mathematical Modelsfor Well Test Strategies)的研究工作。在該項目中，Pavone和Schwerer基於雙孔隙、擬穩態、非平衡吸附模型，建立了描述煤儲層中氣、水兩相流動的偏微分方程組，採用全隱式進行求解，並開發了相應的計算機軟體ARRAYS。該軟體包括WELLID和WELL2D兩個程式，分別模擬未壓裂、壓裂的單個煤層氣井和多個煤層氣井。與此同時，賓州大學的Ertekin和King，提出了類似於ARRAYS模型的單井模型PSU-1。該模型對方程組在空間和時間上進行差分離散，按全隱式、Newton-Raphson方法進行求解。後來，PSU-1模型和ARRAYS模型組合在一起形成了GRUSSP軟體包，被推廣套用。
1984年，Remner把PSU-1模型升級為PSU-2模型，使其能夠處理多個煤層氣井問題。1987年Sung開發的PSU一4模型，包括了有限導流裂縫、水平鑽孔和生產煤礦工作面。
1987年，在美國天然氣研究所的支持下，ICF Lewin Energy開發出了專門用於煤層氣藏模擬的雙孔隙、二維、氣-水兩相模型COMET(TM)，隨後又推出了微機版的COMETPC模型，COMET是英語短語Coalbed Methane Technology的簡寫。COMET模型與ARRAYS模型和PSU模型有許多相同的物理和數值特性，其最重要的貢獻是友好的用戶界面。
1989年，美國天然氣研究所與國際先進能源公司(Advanced Resource International，Inc.，簡稱ARI公司)等13個公司和工業財團聯合，在COMETPC模型的基礎上進一步開發出了COMETPC-3D模型，它是一個功能強大、三維、氣一水兩相流的計算機模型，可模擬多井、多層和壓裂井，考慮了重力效應、溶解氣、孔隙壓縮係數、煤基質收縮係數以及應力對滲透率影響。與此同時，S.A.Holditch & Associates，Inc. (SAH) 獨立開發了另一個可模擬煤層氣和非常規氣的儲層模擬器COALGAS。其煤層氣模擬的特性與GRUSSP和COMET模擬器類似。該模擬器具有平衡吸附和擬穩態非平衡吸附兩種選項，以及圖示化、選單式的前處理和後處理功能，因而操作方便，顯示結果直觀。
1998年，ARI公司又推出新產品，COMET2，2000年9月升級到COMET2.10版。該軟體增加了三孔隙雙滲透率模型，差分方程組採用全隱式求解，井按全隱式算法處理，可模擬注二氧化碳或氮氣提高甲烷採收率，運行的作業系統為windows98、Windows2000或以上，從而使模型的功能更強，運行穩定性更好，計算精度更高，同時運行速度大大加快，縮短了模擬計算時間，提高了模擬工作效率。
國內研究
我國自1992年開始煤層氣的數值模擬研究，起步較晚。1994年，原地質礦產部華北石油地質局與清華大學合作，聯合開發了我國第一個煤層氣模擬軟體CMS。但是由於該軟體的模型採用的是二維，單層的儲層模型，在我國複雜多層的煤層條件下，套用受到了局限。
1996年，孫培德等人詳細的描述了氣單相，氣-水二相的儲層模擬，並提出了多層煤層氣的初步模型。
2000年，駱祖江等人提出了煤層氣儲層的三維模型，並討論了模型全隱式聯立求解的方法。
2005年，劉曰武等人建立了不同線性組合邊界的煤層氣井試井理論模型，求解了煤層氣井不定常滲流模型,得到了井底壓力和壓力導數的理論曲線,以及壓力場分布圖。
2006年，成綏民等人建立和提出氣-水兩相滲流基本理論與穩定、不穩定試井基本原理及產能分析方法。
2007年，楊勤濤，劉小華等人求出氣-水二相不穩定試井模型的解析解。
領域現狀
現如今，美國的煤層氣已經形成了一個新興產業。據報導，美國現有產氣煤層氣井6000餘座，產氣量占其總天然氣產氣量的6%。反觀我國，因為煤層氣研究起步較晚，煤層氣資源還未完全得到開發和利用。國產的數值模擬軟體因為諸如功能有限，穩定性不好等原因沒有得到推廣。國內主要使用的軟體還是從國外引進的COMET 3D和COALGAS等煤層氣試井數值模擬軟體，面臨著只有程式，沒有原始碼，無法再開發和軟體不適應中國特有的複雜煤層等等問題。
