煤层气的综合渗流模型

xiwangxiaoxue · 发表于 2011-4-2 12:23

煤层气的综合渗流模型

煤层气井揭露煤层后,在排水降压作用下,煤储层原有的压力平衡被破坏,形成了煤层气流动场,当煤层气井垂直于面割理时,流场近于椭圆形（如图1）。流场内煤层气来源于煤储层本身的解吸，流场中任何一点的流速和压力将随时间而变化。气井附近割理内的游离甲烷首先被涌出，随后煤基质显微孔隙的气相甲烷通过显微裂隙向割理内扩散，其压力逐渐降低，化学势减小，变得低于吸附相的化学势，破坏了原有的吸附平衡状态，煤基质显微孔隙、显微裂隙中的吸附相甲烷将解吸成气相甲烷，并发生吸热效应，使气相甲烷和周围环境温度降低。理论上煤基质显微孔隙及显微裂隙内的吸附相甲烷化学势始终高于其气相甲烷，而显微裂隙内的气相甲烷又始终高于割理内的气相甲烷，即始终处于不平衡状态，以保持不断解吸出甲烷并经割理流向煤层气井，当然整个过程是连续进行的。煤层气井开发过程中，由于甲烷排放进行的十分缓慢，气相甲烷、吸附相甲烷与周围煤体的热交换过程可近似地看作定温过程，即热平衡状态。煤基质内显微孔隙和显微裂隙的吸附相甲烷与割理内游离甲烷压差很小，

可近似地看作机械平衡状态。显微孔隙和显微裂隙可看作是割理内气相甲烷连续分布的气源，甲烷的解吸符合朗格缪尔方程，扩散遵循费克定律，在割理内流动可当作线性渗流，即遵循达西定律。实验测试也表明：裂隙缝宽在0.1~10um 内甲烷呈缓慢的层流，在1.0~100um 内呈剧烈的层流，在大于100um 的裂隙中才出现紊流，围限压力下煤储层的裂隙宽度最大不超过数十微米，甲烷很少进入大雷诺数下的非线性渗流状态。