孫華超 夏朝輝 李 陳 耿 愿 胡云鵬

(中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院,北京市海淀區(qū),100083)

★世界煤炭★

澳大利亞中煤階煤層氣水平井產(chǎn)氣峰值特征及影響因素研究?

孫華超 夏朝輝 李 陳 耿 愿 胡云鵬

(中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院,北京市海淀區(qū),100083)

煤層氣水平井產(chǎn)氣峰值大小及到來(lái)時(shí)間是產(chǎn)能高低的重要標(biāo)志,由于國(guó)內(nèi)缺乏具有較長(zhǎng)穩(wěn)定產(chǎn)氣歷史的煤層氣田而鮮有相關(guān)研究。以澳大利亞M煤層氣田為研究對(duì)象,首先分析了峰值大小和到來(lái)時(shí)間的分布特征,發(fā)現(xiàn)峰值大小與峰值到來(lái)前的平均日產(chǎn)氣呈現(xiàn)極好的相關(guān)性,且高產(chǎn)井峰值到來(lái)時(shí)間基本都低于600天。其次,通過(guò)數(shù)值模擬研究,得出含氣飽和度、割理孔隙度、儲(chǔ)層厚度、解吸時(shí)間、含氣量和滲透率對(duì)峰值大小的影響依次增大;而峰值到來(lái)時(shí)間僅受解吸時(shí)間及割理孔隙度影響顯著。研究成果為項(xiàng)目后續(xù)的單井產(chǎn)能評(píng)價(jià)工作奠定了基礎(chǔ)。

煤層氣 產(chǎn)氣峰值 影響因素

M煤層氣田為中煤階儲(chǔ)層,目的儲(chǔ)層埋深150～650 m,平均厚度15 m,平均滲透率15 md,平均含氣量12 m3/t,采用雙分支U型水平井開(kāi)發(fā),于2003年底投產(chǎn)。在對(duì)162口生產(chǎn)井動(dòng)態(tài)分析中發(fā)現(xiàn),井間產(chǎn)氣峰值差別大(0.5～8萬(wàn)m3/d),并且各井峰值到來(lái)的時(shí)間各不相同(11～2046 d);而峰值大小又是單井產(chǎn)能(Expected Ultimate Re-covery,EUR)高低的重要標(biāo)志。所以,有必要對(duì)影響峰值大小和到來(lái)時(shí)間的因素進(jìn)行分析。以此為研究目的,研究了162口生產(chǎn)井產(chǎn)氣峰值大小和到來(lái)時(shí)間的分布特征;其次,運(yùn)用數(shù)值模擬方法,研究了產(chǎn)氣曲線峰值大小和到來(lái)時(shí)間的影響因素,并得出各影響因素的影響大小。研究成果為項(xiàng)目后續(xù)的評(píng)價(jià)M煤層氣田單井產(chǎn)能研究工作的開(kāi)展奠定了基礎(chǔ),也可對(duì)國(guó)內(nèi)方興未艾的煤層氣開(kāi)發(fā)提供技術(shù)參考。

1 煤層氣井產(chǎn)氣峰值特征研究

1.1 峰值大小與峰值到來(lái)時(shí)間特征研究

根據(jù)單井高峰日產(chǎn)氣量高低,將162口生產(chǎn)井按照峰值日產(chǎn)氣高于3萬(wàn)m3/d、0.6～3萬(wàn)m3/d及低于0.6萬(wàn)m3/d分為高、中、低生產(chǎn)井三類。46口高產(chǎn)井中最高日產(chǎn)氣8.1萬(wàn)m3/d,平均峰值為4.93萬(wàn)m3/d,占總井?dāng)?shù)的28.4%;共有83口中產(chǎn)井,占總井?dāng)?shù)的51.2%,平均峰值為1.62萬(wàn)m3/d;低產(chǎn)井共計(jì)33口,占總井?dāng)?shù)的20.4%,平均峰值為0.29萬(wàn)m3/d。162口生產(chǎn)井峰值到來(lái)時(shí)間分布在11～2046 d,平均531 d,峰值大小與到來(lái)時(shí)間交會(huì)圖如圖1所示。從圖1可以看出,高產(chǎn)井峰值到來(lái)時(shí)間基本都低于600 d,中產(chǎn)井峰值到來(lái)時(shí)間大部分在1060 d之內(nèi),而低產(chǎn)井峰值到來(lái)時(shí)間大部分低于350 d。

圖1 峰值大小與到來(lái)時(shí)間交會(huì)圖

1.2 峰值大小與峰值到來(lái)前的平均日產(chǎn)氣關(guān)系研究

為研究峰值大小與產(chǎn)能關(guān)系,將每口井峰值到來(lái)之前的累產(chǎn)氣除以對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)天數(shù),得到峰值到來(lái)前的平均日產(chǎn)氣,將其與峰值大小做交會(huì)圖,如圖2所示。通過(guò)擬合發(fā)現(xiàn),兩者呈現(xiàn)極好的線性相關(guān)性,對(duì)應(yīng)關(guān)系式為Qaverage＝0.492×Qmax－ 1108.8,確定系數(shù)R2＝0.7702,說(shuō)明可靠性很高,表明峰值大小能很好的標(biāo)示產(chǎn)能大小,進(jìn)而預(yù)測(cè)單井最終產(chǎn)出。

圖2 峰值大小與其到來(lái)之前平均日產(chǎn)氣關(guān)系圖

2 煤層氣井產(chǎn)氣峰值影響因素?cái)?shù)值模擬研究

為進(jìn)一步探究峰值大小和到來(lái)時(shí)間的影響因素,運(yùn)用數(shù)值模擬方法,研究了含氣飽和度、割理孔隙度、儲(chǔ)層厚度、解吸時(shí)間、含氣量和滲透率對(duì)峰值大小和到來(lái)時(shí)間的影響,并得到了其對(duì)各影響因素的敏感性強(qiáng)弱。

2.1 峰值大小和到來(lái)時(shí)間的影響因素研究

首先,為確定符合實(shí)際生產(chǎn)基礎(chǔ)模型的物性參數(shù),通過(guò)Eclipse數(shù)模軟件對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定性好的W－05井開(kāi)展歷史擬合,得到了符合實(shí)際生產(chǎn)的儲(chǔ)層參數(shù)(表1中“?”標(biāo)示部分);其次,依據(jù)M煤層氣田各參數(shù)的實(shí)際變化范圍(見(jiàn)表1),確定出各參數(shù)取值范圍,建立單井機(jī)理模型;最后,采用控制變量法,單次修改某一參數(shù),保持其他參數(shù)為基礎(chǔ)模型參數(shù),共設(shè)計(jì)運(yùn)算28個(gè)案例,并對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果分析如下。

(1)滲透率:如圖3(a)所示,滲透率小于20 md時(shí),產(chǎn)氣峰值隨著滲透率的增大,其值的相對(duì)增加幅度顯著;滲透率大于20 md后,峰值的相對(duì)增加幅度減小。這是因?yàn)樵跐B透率較低時(shí),滲流阻力的大小是氣產(chǎn)量高低的主控因素;而當(dāng)滲透率增大到一定值后,解吸氣量的多少成為氣產(chǎn)量高低的主控因素,在解吸區(qū)域內(nèi)“氣源”量一定的情況下,產(chǎn)氣峰值就表現(xiàn)為相對(duì)增加幅度減小。

(2)割理孔隙度:隨著割理孔隙度的增大,煤儲(chǔ)層含水量增大,排水降壓時(shí)間延長(zhǎng),如圖3(b)所示,隨著割理孔隙度的增大,產(chǎn)氣峰值逐漸降低,峰值到來(lái)時(shí)間延長(zhǎng)。

表1 模型物性參數(shù)取值分布

圖3 滲透率和割理孔隙度對(duì)產(chǎn)氣的影響

(3)解吸時(shí)間:解吸時(shí)間的大小控制著解吸區(qū)域內(nèi)氣源釋放的快慢。解吸時(shí)間越小,氣源補(bǔ)充越快,產(chǎn)氣峰值就能更快來(lái)到,但由于含氣量大小一定,所以表現(xiàn)為氣產(chǎn)量快速達(dá)到峰值之后迅速遞減;相對(duì)的,解吸時(shí)間越長(zhǎng),氣源釋放速度越慢,如圖4(a)所示,峰值到來(lái)時(shí)間長(zhǎng)且峰值低,后期遞減慢。

(4)儲(chǔ)層厚度:儲(chǔ)層厚度越大,解吸區(qū)域內(nèi)的氣源越多,相同滲流阻力的情況下,如圖4(b)所示,產(chǎn)氣峰值隨著儲(chǔ)層厚度的增大而增加。

圖4 解吸時(shí)間和儲(chǔ)層厚度對(duì)產(chǎn)氣的影響

(5)含氣飽和度:不同于常規(guī)天然氣數(shù)值模擬中的含氣飽和度,在模擬煤層氣藏中,含氣飽和度是實(shí)際含氣量與理論最大含氣量的比值。含氣飽和度越大,氣體越易解吸,在相同壓降情況下解吸量越大。如圖5(a)所示,隨著含氣飽和度增大,產(chǎn)氣峰值升高,并且到來(lái)時(shí)間有減小趨勢(shì)。

(6)含氣量:煤儲(chǔ)層的含氣量越大,解吸區(qū)域內(nèi)的氣源越多,相同滲流阻力的情況下,如圖5 (b)所示,產(chǎn)氣峰值隨著含氣量的增大而增加,而峰值到來(lái)時(shí)間并無(wú)明顯變化趨勢(shì)。

圖5 含氣飽和度和含氣量對(duì)產(chǎn)氣的影響

2.2 峰值大小對(duì)各影響因素敏感性大小研究

為了評(píng)價(jià)產(chǎn)氣峰值對(duì)上述6種物性參數(shù)的敏感性大小,基于M煤層氣田物性的實(shí)際變化范圍,以基礎(chǔ)模型的峰值為比較基礎(chǔ),分別取表1中6種參數(shù)各自最大最小值對(duì)應(yīng)的產(chǎn)氣曲線峰值為比較數(shù),除以基礎(chǔ)模型的峰值得到相對(duì)變化率,結(jié)果如圖6所示。對(duì)于M煤層氣田單井峰值大小對(duì)主要儲(chǔ)層物性的敏感性由強(qiáng)到弱依次為:滲透率、含氣量、解吸時(shí)間、儲(chǔ)層厚度、割理孔隙度及含氣飽和度,這個(gè)認(rèn)識(shí)對(duì)確立高產(chǎn)有利區(qū)優(yōu)選指標(biāo)提供了參考。

圖6 產(chǎn)氣峰值對(duì)各參數(shù)的敏感性

3 結(jié)論

(1)峰值大小與峰值到來(lái)前的平均日產(chǎn)氣呈現(xiàn)極好的相關(guān)性,表明峰值大小能很好的標(biāo)示產(chǎn)能大小,目前尚未見(jiàn)到類似報(bào)道,這對(duì)評(píng)價(jià)煤層氣單井產(chǎn)能提供了重要啟示,也為項(xiàng)目后續(xù)的評(píng)價(jià)M煤層氣田單井產(chǎn)能研究工作的開(kāi)展奠定了基礎(chǔ)。

(2)162口生產(chǎn)井峰值到來(lái)時(shí)間分布在11～2046 d,平均531 d,高產(chǎn)井峰值到來(lái)時(shí)間基本都低于600 d,中產(chǎn)井峰值到來(lái)時(shí)間大部分在1060 d之內(nèi),而低產(chǎn)井峰值到來(lái)時(shí)間大部分低于350 d。

(3)峰值大小隨著滲透率、含氣量、煤儲(chǔ)層厚度或含氣飽和度的增大而增高,而與解吸時(shí)間和割理孔隙度呈負(fù)相關(guān)。而且,含氣飽和度、割理孔隙度、儲(chǔ)層厚度、解吸時(shí)間、含氣量和滲透率對(duì)產(chǎn)氣峰值大小影響依次增大;峰值到來(lái)時(shí)間僅受解吸時(shí)間及割理孔隙度影響顯著,而且解吸時(shí)間越小或割理孔隙度越大,峰值到來(lái)的時(shí)間越短。

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Australia mid coal rank CBM horizontal well gas peak rate feature and influencing factors study

Sun Huachao,Xia Zhaohui,Li Chen,Geng Yuan,Hu Yunpeng
(Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Haidian,Beijing 100083,China)

The peak gas rate and the time it reaches are two important indications for coal bed methane(CBM)well gas production curve.While in China,there is few corresponding studies because of no long-time production CBM gas fields.This paper takes M CBM gas field of Australia as research object.Firstly,the peak gas rate and the producing time before it comes of production wells are researched,it is found that the peak gas rate shows very excellent accordance with the average daily gas rate before it gets to the peak,which gives people important inspiration for CBM well productivity evaluation.Secondly,numerical simulation method is taken to further study influencing factors of the peak gas rate and the time it reaches.The results show that the influencing sensitivity intensity from strong to weak is permeability,gas content,desorption time,net coal thickness,cleat porosity and gas saturation.The time when peak gas production reaches is only markedly influenced by the value desorption time and cleat porosity,The research results can be served as firm foundation for the whole project＇s subsequent EUR evaluation．

CBM,gas peak rate,influencing factors

TE37

A

孫華超(1990－),男,河南周口人,油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè)碩士研究生。研究方向:油氣藏?cái)?shù)值模擬和非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)。

(責(zé)任編輯 宋瀟瀟)

國(guó)家重大專項(xiàng)——海外重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目勘探綜合配套技術(shù)(2011ZX05029)