Особенности гидродинамического моделирования добычи метана из угольных пластов (на примере скважин Талдинского научного полигона)

УДК 550.3

Сторонский А.Н. ¹, Васюков В.Н.²

¹ Московский физико-технический институт

² ОАО «Промгаз»

Особенности гидродинамического моделирования добычи метана из угольных пластов (на примере скважин Талдинского научного полигона)

Гидродинамическое моделирование добычи метана из угольных пластов имеет существенные отличия от процесса фильтрационного моделирования нефтяных и газовых месторождений. Это обуславливается различием физических процессов, которые протекают в классических коллекторах и в угольном массиве и различием физических свойств этих коллекторов.

           Первая особенность - угольный пласт обычно представляют в виде системы с двойной пористостью. Согласно модели двойной пористости система природных трещин (кливаж) трактуется как система соединенных коридоров, которые делят матрицу угля на малые элементы. В одном блоке сетки гидродинамической модели содержится огромное число матричных элементов. Элементы матрицы действуют как источники газа, которые выделяют газ в трещины в результате диффузии.

           Вторая особенность метаноугольного резервуара заключается в том, что основная часть газа в угольном пласте находится не в свободном состоянии, а сорбированном со-стоянии. Термодинамическое условие стабильного существования сорбированного состояния газа описывается фазовой диаграммой, которая называется изотермой сорбции. Эти изотермы часто аппроксимируют изотермой Лангмюра[1]: 

,

где - удельный объем сорбированного газа, м³/т, - удельный объем Лангмюра, м³/т, - Давление Лангмюра, Па.

На изотерму сорбции  влияют различные факторы. При проведении гидродинамического моделирования  обычно учитывают зольность угля, влажность угля, температуру пласта и состав газа. Кроме изотермы сорбции учитывается вторая характеристика, описывающая процесс десорбции. Эта характеристика называется «время десорбции»:

,

где -  удельный объем сорбированного газа, м³/т, -  изменение удельного объема сорбированного газа, м³/т, - время десорбции, сек.  

Время десорбции характеризует  скорость выделения газа из угля и  связано с коэффициентом диффузии газа по матрице угля соотношением:

,

где - время десорбции, с, - коэффициент формы матрицы угля, см^-2  , - коэффициент диффузии, см²/сек.

Третья особенность - низкая проницаемость угольного  пласта. При низкой проницаемости метаноугольные скважины малопродуктивны. Для повышения продуктивности метаноугольных скважин обычно используется метод гидроразрыва пласта (ГРП). Одна из основных трудностей процесса гидродинамического моделирования добычи метана из угольных пластов связана с малой величиной ширины трещины ГРП. Для моделирования результатов гидроразрыва пласта (ГРП), проводившегося в продуктивных пластах экспериментальных скважин УМ-1.1 и УМ-1.2 Талдинской площади Кузбасса, использовалась опция локального измельчения сетки. Измельчение проводилось с целью получения размера ячеек в призабойной зоне сопоставимого с размерами трещин ГРП (рис. 1).

В дополнение к природной системе  кливажа в угле могут присутствовать системы трещин обусловленные тектонической активностью. Анализ материалов наземно-скважинной сейсморазведки, выполненной в районе экспериментальных углеметановых скважин УМ 1 на Талдинской площади Кузбасса, показал, что структура угленосного разреза нарушена многочисленными разломами[2]. При наличии тектонической нарушенности угольных пластов в окрестности геологического разлома должны существовать области повышенной проницаемости, которые приводят к неоднородному распределению проницаемости в угольном коллекторе (рис. 2).

Рис. 1 Расположение зон локального измельчения сетки вокруг трещины ГРП для одного из продуктивных угольных пластов экспериментальной скважины УМ-1.2 (0 – трещина ГРП, 1,2,3 – зоны локального измельчения)

Рис. 2 Разброс проницаемости угольных пластов экспериментальной скважины УМ-1.2 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.  Пучков Л.А., Сластунов С.В., Коликов К.С. Извлечение метана из угольных пластов. - М.: МГГУ, 2002.

2. Отчет о НИР «Создание технологий извлечения и промышленного использования ресурсов метана угольных пластов». ОАО «Промгаз», 2006.