煤層氣藏全流固耦合數學模型

未志杰 ，康曉東 ，劉玉洋 ，曾 楊

（1.海洋石油高效開發國家重點實驗室，北京100028；2.中海油研究總院有限責任公司，北京100028）

0 引言

煤層屬于天然裂縫性儲層，力學強度低，具有顯著的應力敏感性。流固耦合作用，又稱地質力學效應。研究表明，在數值模擬過程中是否考慮流固耦合作用，對于準確預測煤層氣產能至關重要［1-2］。相比其他裂縫性儲層，煤層的流固耦合作用更為復雜，不僅存在有效應力效應，還包括基質膨脹或收縮作用。基質因煤層氣吸附或解吸現象產生形變，吸附使基質膨脹，導致有效滲流孔道和滲透率均減小；解吸使基質收縮，導致有效滲流孔道和滲透率均增大。

為刻畫煤層流固耦合作用，研究人員［3-6］曾提出包括ARI模型、Palmer&Mansoori模型和Shi&Durucan模型等在內的多種模型。ARI模型［3］為經驗公式，沒有地質力學理論基礎，基質膨脹或收縮作用引起的應變量與煤層氣吸附量成正比；Palmer模型［4］基于地質力學理論，認為煤層是均質各向同性線彈性孔隙介質，并將基質膨脹或收縮應變等效類比為熱膨脹應變；Shi模型［5］不同于 Palmer模型，滲透率與水平有效應力呈對數關系。這些模型均屬于解析或經驗流固耦合模型，具有形式簡潔直觀、便于與商業煤層氣模擬軟件結合的優勢，但缺點是須引入較多強假設，如固定上覆應力與單軸向應變假設，導致滲透率計算結果失真，影響產能預測精度。由此通過引入煤巖形變本構方程來準確刻畫煤層地質力學效應，即建立全流固耦合數學模型，以期獲得更準確的儲層物性參數及產量預測結果。……