趙 雯 朱炎銘 張曉莉 王懷勐 曹新款 王道華 方俊華

(1.中國礦業(yè)大學(xué)煤層氣資源與成藏過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇 221008;2.福建出入境檢驗(yàn)檢疫局技術(shù)中心,福建 350001)

煤層氣井歷史擬合評述

趙 雯1朱炎銘1張曉莉2王懷勐1曹新款1王道華1方俊華1

(1.中國礦業(yè)大學(xué)煤層氣資源與成藏過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇 221008;2.福建出入境檢驗(yàn)檢疫局技術(shù)中心,福建 350001)

本文主要闡述了國內(nèi)外煤層氣井儲層模擬及歷史擬合研究現(xiàn)狀,概括了近20年的煤層氣井歷史擬合發(fā)展進(jìn)程,介紹了目前煤層氣井儲層模擬研究運(yùn)用最廣泛的COMET3軟件,并以沁水南部QN03井為例,介紹了如何運(yùn)用COMET3軟件進(jìn)行歷史擬合及產(chǎn)能預(yù)測。

煤層氣 儲層模擬 歷史擬合 COMET3

Abstract:This paper described the present research situation of coalbed methane wells reservoir simulation and history matching at home and abroad,and summarized nearly 20 years coalbed methane wells history matching development,also introduced the software COMET3,which was widely used in coalbed methane wells reservoir simulation in present.Meanwhile,As the QN03 well in southern of Qinshui basin for example,the author introduced how to conduct history matching and productivity prediction by using COMET3.

Keywords:Coalbed methane;reservoir modeling;history matching;COMET3

1 國內(nèi)外煤層氣井儲層模擬研究現(xiàn)狀

煤層甲烷氣體引起的煤礦安全問題,一直是人們在煤炭開采過程中著重研究的課題。因此,煤層氣數(shù)值模擬的研究工作,最早是圍繞預(yù)測礦井瓦斯涌出量,為礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)服務(wù)及控制瓦斯災(zāi)害為目的。1964年Lindine等提出了第一個(gè)預(yù)測生產(chǎn)礦井瓦斯涌出量的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?至1972年相繼建立了一維單孔隙氣相產(chǎn)量預(yù)測模型、二維單孔隙氣、氣水兩相產(chǎn)量預(yù)測模型并開發(fā)了相應(yīng)的INTERCOMP軟件。經(jīng)過長期的礦井瓦斯抽采工作實(shí)踐,人們逐漸認(rèn)識到煤層氣既是影響煤礦生產(chǎn)的災(zāi)害性氣體,同時(shí)也是一種高效清潔的替代能源。1973年,石油禁運(yùn)引發(fā)的能源危機(jī),強(qiáng)化了對煤層氣資源的需求,由此在美國掀起了煤層氣地面垂直井開發(fā)試驗(yàn)的熱潮。隨著煤層氣開發(fā)試驗(yàn)項(xiàng)目的相繼實(shí)施和實(shí)踐積累,煤層氣數(shù)值模擬研究工作,在繼續(xù)圍繞煤礦瓦斯研究的同時(shí),借鑒油氣藏?cái)?shù)值模擬的理論、技術(shù)和方法,擴(kuò)展到煤層氣資源勘探、開發(fā)領(lǐng)域。目前,得到推廣應(yīng)用的主要有COMET系列軟件和COALG AS軟件,而在煤層氣勘探開發(fā)研究和生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的軟件是COMET3D。

我國煤儲層數(shù)值模擬研究工作,1992年才剛剛開始,我國在這方面的技術(shù)水平尚處于急待發(fā)展的階段,與國際上美國的領(lǐng)先技術(shù)相比還有相當(dāng)?shù)牟罹唷ｋm然在“八五”國家科技攻關(guān)項(xiàng)目中,專門設(shè)立了煤層氣數(shù)值模擬研究課題,1994年原華北石油地質(zhì)局與清華大學(xué)合作,聯(lián)合開發(fā)出了二維單層煤層氣模擬軟件CMS,但是,對我國復(fù)雜構(gòu)造條件下的低滲透、強(qiáng)吸附、多層賦存的煤儲層來說,其實(shí)際應(yīng)用受到局限。目前,我國普遍使用的煤儲層數(shù)值模擬軟件,仍然是從國外引進(jìn)的僅為執(zhí)行文件COMET3D和COALG AS軟件。

在煤層氣資源開發(fā)過程中,儲層數(shù)值模擬是必不可少的重要環(huán)節(jié)之一。歷史擬合是整個(gè)數(shù)值模擬工作的基礎(chǔ),通過歷史擬合,可以檢驗(yàn)所建立的煤層氣儲層地質(zhì)模型是否合理,包括煤層氣儲層參數(shù)和地質(zhì)工程參數(shù);可以找出儲層和過程描述資料的不足之處;可以對生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行診斷,找出低產(chǎn)能并可能重新完井的井孔;能夠標(biāo)出相對高殘余氣含量區(qū)域作為潛在開發(fā)區(qū)或找出鉆探靶區(qū);可以得到與實(shí)際儲層比較接近的相關(guān)參數(shù),而后利用這些參數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對儲層的較高精度的動(dòng)態(tài)預(yù)測,更好地指導(dǎo)下一步的開采。

2 煤層氣井歷史擬合研究進(jìn)程

從70年代國外就開始了煤層氣井歷史擬合研究,90年代進(jìn)入了歷史擬合的成熟階段,進(jìn)行了大量的煤層氣井歷史擬合分析,主要包括運(yùn)用軟件進(jìn)行產(chǎn)量模擬和產(chǎn)量預(yù)測,高精度的歷史擬合對煤層氣井的生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。SheelyL.D在1994利用COMETPC軟件對鐵法盆地大興井田CW1井進(jìn)行產(chǎn)量模擬,所預(yù)測的該井第一年內(nèi)產(chǎn)量被后來實(shí)際生產(chǎn)所證實(shí)。1996年,原地礦部華北石油地質(zhì)局通過煤層氣數(shù)值模擬軟件系統(tǒng)CMS對柳林試驗(yàn)區(qū)的煤層氣井進(jìn)行了歷史擬合研究,并做了產(chǎn)量預(yù)測。張遂安在1998年利用COALG AS模擬軟件對山西某煤層氣井進(jìn)行了歷史擬合研究,估算出了未來15年內(nèi)的單井氣產(chǎn)量。

隨著數(shù)值模擬的技術(shù)的進(jìn)步和軟件的不斷開發(fā),20世紀(jì)初期國內(nèi)外進(jìn)行了大量的煤層氣井歷史擬合分析,主要包括進(jìn)行生產(chǎn)井氣、水產(chǎn)量數(shù)據(jù)的歷史擬合,分析獲取更為客觀的煤層氣儲層參數(shù),預(yù)測井的長期生產(chǎn)動(dòng)態(tài)和產(chǎn)量,為井網(wǎng)布置、完井方案、井的生產(chǎn)工作制度和氣藏動(dòng)態(tài)管理的優(yōu)化,以及最經(jīng)濟(jì)、最有效的煤層氣項(xiàng)目開發(fā)方案的決策,提供科學(xué)依據(jù)。駱祖江于2003年在重點(diǎn)校正沁水盆地3號煤層的滲透率、孔隙度、相對滲透率、表皮系數(shù)等參數(shù)后,對日氣產(chǎn)量、日水產(chǎn)量、累積氣產(chǎn)量、累積水產(chǎn)量做了歷史擬合研究,得到了相對滲透率、孔隙度、表皮系數(shù)、含氣量等參數(shù)擬合值。王曉梅采用COMET-3D軟件,結(jié)合3口煤層氣井的生產(chǎn)數(shù)據(jù),對淮南煤田新集礦區(qū)進(jìn)行了歷史擬合研究,獲得了其中兩口井的歷史擬合氣產(chǎn)量、水產(chǎn)量曲線及相關(guān)參數(shù)值。要惠芳以河?xùn)|煤田三交區(qū)塊煤層氣井生產(chǎn)資料為基礎(chǔ),利用煤層氣地質(zhì)學(xué)和地下水動(dòng)力學(xué)原理對煤層氣井的生產(chǎn)曲線進(jìn)行了擬合分析,并最終確定了兩口煤層氣井的水文地質(zhì)參數(shù)。

未來的煤層氣井歷史擬合是以三孔隙、雙滲透率、全氣田范圍和多組分模擬的模型為基礎(chǔ),進(jìn)一步提高結(jié)果的穩(wěn)定性和精度,對煤層氣井的生產(chǎn)具有更加重要的指導(dǎo)意義,歷史擬合工具會得到更廣泛應(yīng)用。

3 COMET3在煤層氣豎井歷史擬合研究中的應(yīng)用

3.1 COMET3軟件簡介

到目前為止歷史擬合最為廣泛使用的是由美國ARI公司研制的數(shù)值模擬軟件COMET3。該軟件為三孔、雙滲、三組分、兩相煤層氣數(shù)值模擬專業(yè)軟件。除了模擬非常規(guī)氣體,COMET3還可用以常規(guī)儲層的模擬以及黑油類型模擬。該軟件考慮了一些對煤層氣井產(chǎn)能有影響的特別的參數(shù),比如孔隙收縮、煤基質(zhì)壓縮、氣體重解吸、CO2注入以及水溶氣等。COMET3的一個(gè)顯著特征是可以通過自動(dòng)的開關(guān)來將用戶所指定井的使用要求進(jìn)行保存,這一特征出現(xiàn)在最大水產(chǎn)率的限制和井底流壓的控制中,或者在最小井底流壓的控制和水產(chǎn)率控制下。這一特征在對煤層中產(chǎn)水量有限的井的模擬時(shí)是非常有用的。

一般來說,煤層氣井歷史擬合工作的主要步驟有確定參數(shù)可調(diào)性→檢查模型數(shù)據(jù)→確定工作制度和擬合指標(biāo)→動(dòng)態(tài)指標(biāo)擬合。其中歷史擬合調(diào)參是比較復(fù)雜和困難的過程(表1)。

表1 歷史擬合參數(shù)及可調(diào)性

3.2 COMET3軟件應(yīng)用-以沁水盆地南部QN03井為例

以沁水盆地南部QN03排采歷史資料為基礎(chǔ),根據(jù)歷史擬合的原則和流程進(jìn)行單井歷史擬合計(jì)算擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)接近,擬合了產(chǎn)能曲線的總體趨勢,只是對產(chǎn)氣峰值的反映不明顯,考慮峰值兩端的擬合情況,認(rèn)為參數(shù)擬合值可以接受,可以用來做產(chǎn)能預(yù)測(圖1)。

圖1 QN03井日產(chǎn)氣量歷史擬合曲線

經(jīng)過歷史擬合得到的儲層參數(shù)(表2),能更真實(shí)客觀地反映煤儲層的自然特征和煤層氣生產(chǎn)能力,據(jù)此可以對煤層氣儲層和煤層氣井產(chǎn)能進(jìn)行更準(zhǔn)確、合理的評價(jià)。由表2看出,初始值與擬合值之間存在著不同程度的差異。比如儲層滲透率增加了0.11倍,儲層壓力增加了0.73倍,含氣量增加了0.17倍,解吸時(shí)間縮短了14%,割理孔隙率減少了71%,表皮系數(shù)減少了69%,朗格繆爾體積幾乎沒變。

在歷史擬合的基礎(chǔ)上,采用校正后新的儲層參數(shù)以及定產(chǎn)水量的工作制度,對QN03井進(jìn)行了20年的產(chǎn)量預(yù)測,不同時(shí)間的產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量預(yù)測結(jié)果。QN03井排采到第40天的時(shí)候產(chǎn)氣量達(dá)到最高峰,為3067.6m3/d,之后產(chǎn)量快速下降,接著有小幅度的增長期,在第1695天時(shí)出現(xiàn)第二個(gè)高峰,這個(gè)高峰比較緩,峰值為1634.3m3/d,之后產(chǎn)氣量一直緩慢降低,到第20年的產(chǎn)氣量為655m3/d,20年的累計(jì)產(chǎn)氣量為878.32×104m3,平均日產(chǎn)氣量為1199.1m3/d。產(chǎn)水量很小,日產(chǎn)水量不高于5m3/d,20年的累計(jì)產(chǎn)水量為4202m3。

表2 QN03井初始參數(shù)值及歷史擬合值對比

產(chǎn)能預(yù)測除用于預(yù)計(jì)產(chǎn)氣量和產(chǎn)水量外,還可以用于發(fā)現(xiàn)不適合的儲層管理程序并找出改善的方法,發(fā)現(xiàn)歷史擬合儲層描述中的短處,監(jiān)測整個(gè)氣田壽命期間的儲層動(dòng)態(tài),對以后的煤層氣井產(chǎn)能排采工藝優(yōu)化,提高單井產(chǎn)量具有重要的意義。

4 結(jié)論

(1)國外煤層氣數(shù)值模擬的研究工作發(fā)展迅速,從簡單的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒁痪S單孔隙氣相產(chǎn)量預(yù)測模型、二維單孔隙氣、水兩相產(chǎn)量預(yù)測模型到現(xiàn)在的三孔、雙滲、三組分、兩相模型COMET軟件。國內(nèi)煤層氣儲層的數(shù)值模擬仍然是從國外引進(jìn)的僅為執(zhí)行文件COMET3D和COALG AS軟件。

(2)據(jù)近幾十年歷史擬合發(fā)展歷程,隨著軟件的發(fā)展和模擬經(jīng)驗(yàn)的豐富,歷史擬合結(jié)果越來越準(zhǔn)確,對煤層氣井的生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義,歷史擬合工具會得到更廣泛的應(yīng)用。

(3)運(yùn)用COMET3對沁水盆地南部QN03井進(jìn)行了20年的產(chǎn)量預(yù)測,QN03井20年的累計(jì)產(chǎn)氣量為878.32×104m3,平均日產(chǎn)氣量為1199.1m3/d。產(chǎn)水量很小,日產(chǎn)水量不高于5m3/d,20年的累計(jì)產(chǎn)水量為4202m3。

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History Matching Comments about Coalbed Methane Wells

Zhao Wen1,Zhu Y anming1,Zhang Xiaoli2,Wang Huaimeng1,Cao Xinkuan1,Wang Daohua1,FangJunhua1
(1.China University of Mining&Technology,School of Resource&Earth Science,Coaled methane resources&Reservoir formation process,Jiangsu 221008;2.Fujian Entry-Exit Inspection and Quarantine Technology Center,Fujian 350001)

國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金項(xiàng)目(No:40730422);國家科技重大專項(xiàng)(2008ZX05-034-04)。

趙雯,女,湖南省懷化市人,碩士研究生,從事礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)學(xué)習(xí)研究。

(責(zé)任編輯 黃 嵐)