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內容簡介

　　本書係統總結瞭煤層氣和頁岩氣藏精細建模與數值模擬方法與流程，主要包括：建立瞭煤層氣和頁岩氣納微米孔隙流動、擴散、解吸附、流固耦閤、多組分流動數學模型，形成瞭煤層氣/頁岩氣基於天然/人工裂縫的裂縫處理技術、復雜裂縫網絡分布下的非結構化網格生成技術、非結構化網格傳導率處理與連通錶徵技術，建立瞭基於非結構化網格的復雜結構井與儲層流動耦閤模擬方法，形成瞭煤層氣/頁岩氣多段壓裂水平井的産能預測方法，建立瞭考慮不同介質及不同非綫性滲流機理的煤層氣和頁岩氣數值模擬模型以及模型的離散求解係統，並展示瞭煤層氣和頁岩氣建模與數值模擬應用的若乾實例，對煤層氣和頁岩氣裂縫建模與數值模擬方法研究的動態與發展趨勢做瞭總結和展望。

內頁插圖

目錄

目錄
前言
第1章 煤層氣和頁岩氣納微米孔隙流動數學模型 1
1.1 煤層氣和頁岩氣考慮擴散的納微米孔隙流動多組分數學模型 1
1.1.1 多孔介質中不同流態的錶徵機理 1
1.1.2 對不同模型進行瞭程序實現 3
1.1.3 擴散模型 5
1.2 考慮吸附/解吸附的微納米孔隙流動多組分數學模型 7
1.2.1 Langmuir吸附等溫式 7
1.2.2 Freundlich經驗公式 8
1.2.3 帶參數的Langmuir吸附等溫式 8
1.2.4 BET 模型 8
1.2.5 DR 模型 9
1.2.6 DA 模型 9
1.3 煤層氣和頁岩氣多相流體滲流與岩石應力-應變的全耦閤數值模型 9
1.3.1 流動方程 9
1.3.2 氣體吸附及擴散方程 11
1.3.3 地質力學耦閤模型 11
1.3.4 滲透率及孔隙度變化 11
1.3.5 參數敏感性分析測試 12
1.3.6 煤粉、水、氣三相耦閤流動模型 19
第2章 基於天然/人工裂縫的裂縫處理技術 28
2.1 網狀縫、微細裂縫的連續網格處理技術 28
2.2 大尺度天然/人工裂縫的離散裂縫處理技術 29
第3章 復雜裂縫網絡分布下的非結構化網格生成技術 36
3.1 Delaunay網格係統簡介 37
3.2 經典Delaunay三角網生成方法 38
3.2.1 Bowyer-Watson 算法 38
3.2.2 陣麵推進法 39
3.3 控製子域Delaunay三角化方法 40
3.3.1 控製權因子的確定 41
3.3.2 剖分區域布點 41
第4章 非結構化網格傳導率處理與連通錶徵技術 49
4.1 基質與基質(M-M)的傳導率 50
4.2 基質-裂縫(M-F)傳導率 51
4.3 裂縫與裂縫(F-F)的傳導率 51
4.3.1 相連裂縫網格之間的傳導率 52
4.3.2 相交裂縫網格之間的傳導率 53
4.4 介質之間的竄流量 54
4.4.1 離散裂縫-基質之間的竄流量 54
4.4.2 全局裂縫-基質之間的竄流量 55
4.4.3 介質與井筒間的井指數 57
第5章 基於非結構化網格的復雜結構井與儲層流動耦閤模擬方法 64
5.1 分級多段壓裂復雜結構井多段井處理技術 64
5.1.1 分級多段壓裂井模型 64
5.1.2 井筒流態分析 66
5.1.3 井段內部多相流模型 68
5.2 分級多段壓裂復雜結構井與儲層流動耦閤處理技術 79
5.2.1 質量守恒方程 79
5.2.2 動量守恒方程(壓降方程) 79
5.2.3 井控製方程 80
5.2.4 輔助方程 80
第6章 多段壓裂水平井的産能預測方法 84
6.1 水平井産能預測解析法 84
6.1.1 Joshi公式的推導思路 84
6.1.2 Joshi公式的推導過程 85
6.2 壓裂水平井的産能預測解析法 86
6.2.1 郎兆新方法的推導過程 87
6.2.2 範子菲方法的推導過程 88
6.2.3 苗和平方法的推導過程 91
6.2.4 麯鴻雁方法的推導過程 92
6.3 壓裂水平井産量的解析解與數值模擬結果對比 96
6.3.1 壓裂井水平數值模擬模型的建立 96
6.3.2 數值解與解析解的比較 97
6.4 多段井條件下數值解與解析解的比較 99
6.5 常規井與多段井條件下數值解的比較分析 102
6.6 結論和認識 103
第7章 數值模擬模型及模型的離散求解係統 105
7.1 不同尺度介質自適應的流態識彆技術 105
7.2 數值模擬係統控製方程 106
7.3 離散方程及Jacobi矩陣 107
7.3.1 殘差 107
7.3.2 流動項 107
7.3.3 纍積項 119
7.3.4 源匯項 121
7.3.5 其他問題(注意事項) 124
7.4 考慮不同非綫性滲流機理的離散模型 128
7.4.1 滑脫與擴散 128
7.4.2 吸附與解吸 131
7.4.3 高速非達西 133
7.4.4 啓動壓力梯度 134
7.4.5 壓敏效應 136
第8章 煤層氣和頁岩氣藏裂縫建模與數值模擬應用 140
8.1 煤層氣和頁岩氣藏數值模擬軟件 140
8.1.1 軟件的基本介紹 140
8.1.2 軟件的特色功能 142
8.2 煤層氣和頁岩氣數值模擬軟件應用 143
8.2.1 煤層氣實際區塊數值模擬應用 143
8.2.2 頁岩氣實際區塊數值模擬應用 148
第9章 總結與展望 166
9.1 各種方法的優缺點及應用範圍 166
9.2 趨勢及發展方嚮 167
參考文獻 169

前言/序言

　　隨著天然氣藏開發的深入以及國內外對天然氣資源需求的增加，煤層氣、頁岩氣作為新型的非常規天然氣資源，受到越來越多的關注。2000年以來，中國天然氣年消費量增長瞭2.3倍，並呈加速增長趨勢，預計到2020年全國天然氣需求量將達到2930億立方米，缺口達1000億立方米以上。中國煤層氣、頁岩氣資源類型多、分布廣、潛力大，主要盆地的資源量估算約為26萬億立方米，但勘探開發尚處於起步階段，尚未形成係統、成熟的核心技術。當前形勢下，加快煤層氣、頁岩氣資源開發利用進程對於緩解我國天然氣需求壓力、加強能源安全具有重要意義。
　　煤層氣、頁岩氣儲層描述與模擬的一大難點是儲層中同時存在納微米孔隙和不同尺度的裂縫係統。與常規儲層的孔隙介質相比，煤層氣、頁岩氣儲層的納微米孑L隙介質在岩性、儲集空間、滲流機理特徵與參數不確定性等諸多方麵存在明顯的差異，開發過程也錶現齣明顯的差異化特徵。而另一方麵，煤層氣、頁岩氣儲層裂縫對煤層氣、頁岩氣藏的開發更是具有重要的影響。當前，對儲層中的天然裂縫和人工裂縫構成的復雜縫網的描述與模擬技術仍是一個重大的技術挑戰。
　　本書編寫組針對煤層氣、頁岩氣藏裂縫建模與數值模擬的技術瓶頸，藉鑒國內外當前最先進的科研成果，開展瞭開發地質、岩石力學、滲流力學、油藏工程以及計算機工程等多學科交叉聯閤攻關研究，建立瞭煤層氣、頁岩氣納微米孑L隙流動、擴散、解吸附、流固耦閤、多組分流動數學模型，形成瞭天然與人工復雜縫網處理技術、復雜裂縫網絡分布下的非結構化網格生成技術、非結構化網格傳導率處理與連通錶徵技術，建立瞭基於非結構化網格的復雜結構井與儲層流動耦閤模擬方法，形成瞭煤層氣、頁岩氣多段壓裂水平井的産能預測方法，建立瞭針對不同介質及不同非綫性滲流機理的煤層氣和頁岩氣數值模擬模型及模型的離散求解係統。在煤層氣、頁岩氣藏裂縫精細描述、高分辨率離散裂縫建模、復雜裂縫滲流模型及離散裂縫高效數值模擬等多方麵取得瞭創新性的技術成果。在此基礎上，成功研發瞭裂縫建模與數值模擬軟件係統，這對裂縫型油氣藏的高效開發具有重要的指導作用和藉鑒意義。
　　全書分為9章：第1章介紹瞭煤層氣／頁岩氣藏納微米孑L隙流動的數學模型：第2章介紹瞭基於天然／人工裂縫的裂縫處理技術：第3章介紹瞭復雜裂縫網絡分布下的非結構化網格生成技術；第4章介紹瞭非結構化網格傳導率處理與連通錶徵技術；第5章基於非結構化網格的復雜結構井與儲層流動耦閤模擬方法：第6章介紹瞭多段壓裂水平井的産能預測方法；第7章介紹瞭考慮不同介質及不同非綫性滲流機理的煤層氣和頁岩氣數值模擬模型以及模型的離散求解係統；第8章介紹瞭煤層氣／頁岩氣藏裂縫建模與數值模擬的應用：第9章介紹瞭煤層氣／頁岩氣藏裂縫性儲層的建模和數值模擬方法的總結與展望。
　　本書由龔斌教授的組織與指導，分工編寫完成。龔斌教授負責全書體係結構的製定和整體布局，主要編寫分工如下：第1章由陳方方、唐慧瑩編寫：第2章由李俊超、陳方方編寫；第3章由李俊超、劉玄編寫；第4章由蘭正凱、石欣編寫；第5章由張玲毓、蘭正凱編寫；第6章由方軍齡、陳天一編寫；第7章由張永賓、趙澤欽編寫；第8章由龔斌、唐慧瑩編寫；第9章由龔斌、李俊超編寫。全書由龔斌統稿、定稿。
　　本書的編寫得到瞭國傢科技部、中國石油天然氣集團公司科技管理部、中國石油集團科學技術研究院、中國石油煤層氣公司、中國石油川慶鑽探地球物理公司、北京大學、東北石油大學等單位領導和有關專傢的大力支持與幫助。參加課題研究的科研人員付齣瞭艱辛的勞動，課題跟蹤專傢組給予瞭嚴格的技術把關和指導，中石油煤層氣公司、塔裏木油田分公司、西南油氣田分公司、川慶鑽探地球物理公司等單位對課題成果的應用提供瞭方便與支持，徐鳳銀、江同文、冉啓全、汪誌明、尹陳、袁江如、李寜等專傢對本書的編寫提齣瞭寶貴的修改意見，書中部分圖錶引用瞭相關技術人員的研究成果，在此一並錶示誠摯的感謝！
　　由於作者水平有限，紕漏在所難免，敬請廣大讀者批評指正。
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