煤层气运移lbm模型与井间干扰模拟研究-地质资源与地质工程专业论文.docx

致谢这是我在中国矿业大学资源与地球科学学院求学的整整第十个年头，从弱冠至而立， 在这个大家庭中我度过了青春年少的十年时光。十年中，来自老师、同学、亲人和朋友的 无尽的关心、鼓励、支持和帮助，是我能够顺利完成学业的动力。在论文成稿之时，谨对 所有关心我成长、鼓励我进步、支持和帮助我的人致以诚挚的谢意。我的导师杨永国教授，儒雅治学之师，授业解惑不仅在于谆谆教导，更在于平日的潜 移默化。对待科研的态度上，导师以身作则告诉我应该科学严谨，一丝不苟；生活中，导师则以乐观开朗的性格教会我无论什么时候都应该保持积极的心态。从小论文的投递、发 表到毕业论文的选题、成稿，导师均倾注了大量的心血。杨老师渊博的学识、缜密的学术 思维是我学习的榜样。感谢中国矿业大学资源学院对我的培养，感谢地球信息科学研究所诸位老师对我的培 养！尤其是感谢陈玉华老师对我学业和生活上的帮助，每一次和您交流总能让我获益匪浅。特别要感谢的是资源学院韦重韬教授、傅雪海教授，河南理工大学倪小明副教授及课题组成员申建博士、邹明俊博士在我论文选题和撰写过程中所给予的指导和帮助，同时也 感谢国家自然科学基金和国家科技重大专项（2011ZX05034-005）对论文的 资助。感谢我的师兄新疆大学的阿不都克依木·阿布力孜副教授及所有在论文撰写过程中给 予帮助的师兄师姐和师弟师妹，在实验室一起奋斗时光将是我最美好的回忆。感谢我的妻子孙婉及岳父母对我学业的大力支持和生活上无微不至的照顾！感谢我的母亲含辛茹苦把我养大成人，并独自挑起生活的重担为我撑起一片天空，我 的每一点进步都是我的母亲用汗水和泪水书写的。同时，也感谢我的姐姐在我离家求学过 程中对母亲的照顾及对我的支持和鼓励。感谢论文评审专家、老师给予的批评和指导！感谢所有署名或未能署名的文献作者及 给予我帮助、关心和关注我的人，祝愿你们身体健康，生活幸福！谨以此文献给我的父亲！摘要储层模拟是煤层气开发工程中的一个必要环节，通过储层模拟可以获得煤层气井的生 产特征，对煤层气的采收做出预测。在储层模拟中，描述煤层气运移的控制方程通常采用 数值方法进行求解，如有限差分法，求解的关键步骤是连续方程的离散化和求解网格的划 分，不同的离散方法和网格划分方法，解算时的计算量和求解精度不同。本文对煤层气运 移控制方程求解方法进行了探索，引入计算流体力学中的格子Boltzmann 方法（Lattice BoltzmannMethod，LBM）来求解煤层气运移问题。有别于传统数值方法离散（物理现象 抽象概括）——连续（建立宏观控制方程）——再离散（形成差分方程等）的求解思路，LBM方法的求解思路是用离散的控制方程模拟离散的物理现象，将离散到宏观的抽象及宏 观到再离散的过程仅使用在理论建立阶段，而并不参与到流体运移的解算过程当中，相比 数值方法省去了最困难的一步——连续的偏微分方程组离散化的步骤，从而可以降低求解 难度、简化程序设计。与数值方法类似的是，LBM也需要建立解算网格。借鉴常规油藏数值模拟中的对储层 使用PEBI网格划分的方法，采用分块控制单元影响因子的方法建立适用于煤储层的PEBI网格，该网格能够根据垂直井、水平井、断层、边界等控制单元对储层的影响程度和控制范围调整网格的疏密，近井区域易于进行网格加密形成小而密的单元，远离控制单元的区 域则可形成大且稀疏的单元。在垂直井近井区域，PEBI网格形状类似于结构化网格中的径向网格，能够突出煤储层垂直井近井区域网格在储层模拟中的重要性，也能够对水平井近井区域的重要性予以凸显，并且消除了径向网格或笛卡尔网格等结构化网格方法难以对水 平井、断层、边界等线性单元进行精确网格划分、非结构化网格生成网格数量过大的问题，同时包含结构化网格和非结构化网格的优点，在保证近井区域网格数量的同时，更少的储层网格数量意味着更少的计算量。结合煤储层PEBI网格非结构化及LBM的特点，对非规 则网格运用LBM时，方程形式不需改变，仅需根据网格进行插值变换，提出了使用改进的LBM模型——有限体积LBM（FiniteVolumeLBM，FVLBM）模型进行煤层气运移模拟的方法。在深入探讨LBM求解物质运移问题的方法原理之后，基于二维LBGK模型和煤层气 扩散所遵循的Fick第二定律，建立了微观尺度下煤层气扩散作用的二维非稳态LBM模型； 结合Darcy定律，建立了宏观尺度下的煤层气单组分单相渗流的二维LBM模型，并分别 通过计算机程序予以实现。随后，假设煤储层网格单元的边界是宏观裂隙，每个储层网格单元视为一个扩散单元， 扩散单元之间只发生渗流作用，不发生扩散作用。采用四参数生长法（Quartet StructureGenerationSet，QSGS）根据煤基质单元的孔隙度生成扩散单元的二维随机多孔介质模型， 运用建立