气井产量递减类型及气藏地质工程因素分析——以柿庄南矿区煤层气井为例

为提高煤层气井单井产能,有必要弄清气井产量下降阶段时间的长短,递减速率的快慢,遵循何种递减类型等.在研究柿庄南煤层物性的基础上,结合区块内43口进入递减期的典型气井,利用Aprs递减分析方法,拟合出各井的递减模型,计算出各井的递减速率,从气藏地质和气藏工程两个角度研究煤层气井产量递减的控制因素.结果表明,煤层气井产量以指数递减和调和递减为主,初始递减率较小.影响煤层气单井产能的气藏地质因素主要包括煤层厚度、孔隙度、渗透率、相对渗透率、含气量、吸附常数、煤层压力和临界解析压力;气藏工程因素主要包括井底流压、表皮因子、边界半径和裂缝参数.     

考虑启动压力的煤层气直井采收率预测模型

为查明煤层气井组排采时各井产气量差异的主要原因,采用实验室启动压力梯度和渗透率关系测试实验与渗流理论方法,构建了考虑启动压力的煤层气垂直井采收率预测模型.晋城矿区潘庄区块煤层气井的采收率计算结果表明:临界解吸压力、煤储层的导流能力的大小对煤层气井采收率的影响较大.改善煤储层的导流能力是提高采收率的重要途径.煤储层临界解吸压力、产气半径的差异性导致人为划定的单井控制面积计算采收率的局限性.     

阜新盆地刘家区煤层气井产能的主要影响因素

为了获得理想的煤层气井产能,结合几年来阜新盆地刘家区煤层气开发实践,对煤层气主控地质因素进行综合分析,认为影响刘家区煤层气井产能的主要因素为单井控制的煤层气资源量、地质构造、岩浆活动、煤储层渗透率、临界解吸压力、盖层条件和气井施工工艺.提出了煤层气开发的布井原则和有利区块,可对刘家区或其它煤层气开发区选择有利的煤层气井位提供借鉴.     

白杨河区块煤层气分压合采因素分析

煤层气勘探开发中,在煤层层数多,且具有多套主力煤层地区,采用分层压裂,合层排采的技术,可以有效降低开发成本,提高单井产量。白杨河区块具有多套主力厚煤层,煤层结构简单,分布稳定,是理想的煤层气开发区块。在分析主力煤层间距、储层压力、压力梯度、临界解吸压力、渗透率和煤层顶底板岩石特征等影响合采因素基础上,认为该区三套主要煤层适合分层压裂,合层排采。     

考虑吸附-解吸效应的气固耦合模型

在研究煤层气单井抽采模型时,首先根据有效应力和渗透率建立相关联系的方法,确立了煤层气固耦合理论方程,然后根据理论分析、数值模拟与常规理论实践规律相结合的方法,考虑了地应力对煤层气解吸、煤层渗透率和孔隙度的相互影响,建立了煤层气运移的数值模型,并观测抽采产量的变化.另外通过理论公式及数值模拟讨论吸附-解吸效应和Langmuir常量对气体压力、渗透率和抽采产量的影响,从而提高抽采产量和生产效率.研究结果表明:(1)煤层气开采过程中,有效应力和吸附-解吸效应都影响着孔隙通道直径的变化,两者存在竞争关系,导致煤层基质产生膨胀或收缩,进而影响渗透率的变化;(2)吸附-解吸效应能够显著提高抽采效率和产量.     

利用排采数据校正煤层含气量

目前,国内外煤层含气量最常用的测定方法为取芯做解吸实验,逸散气量利用直接法由解吸时间确定。然而在此过程中,最容易引起误差的部分即逸散气量的估算;尤其是取芯时逸散时间未能控制在标准时间内;或者计算含气量时逸散气量没有得到正确校正,都会导致所得含气量结果产生较大误差,从而误导产能评估、开发设计和生产控制。采用逆向思维,利用排采数据求取每口井的产气压力;并与由实验室所测数据和朗格缪尔方程求取的临界解吸压力相对应,求得对应煤层的含气量;然后利用数理统计方法曲线回归建立含气量与深度的函数关系式,进而计算所有煤层含气量,以指导后期的优化、开发和生产。     

中煤阶煤层气井排采阶段划分及渗透率变化

煤层渗透率动态变化规律是煤层气开发所面临的重点问题之一。根据无因次产气率划分煤层气井排采阶段,结合等温吸附实验下煤层气的解吸过程确定排采阶段分界点位置。通过物质能量动态平衡理论建立中煤阶煤储层渗透率评价模型,从渗透率变化趋势、主导机制、产能动态等方面,阐释了中煤阶煤层气井不同排采阶段煤储层渗透率动态变化特征与控制机理。结果表明,排采过程中,煤储层绝对渗透率发生“先降低-后回返-再上升”的动态变化。排水阶段水相有效渗透率迅速下降,气相有效渗透率为0。储层压力降低至临界解吸压力后进入产气阶段,气相有效渗透率迅速增加,水相有效渗透率缓慢降低。产气量衰减阶段绝对渗透率开始下降,在滑脱效应影响下,气相有效渗透率仍然保持缓慢上升,水相有效渗透率降低。     

沁水盆地煤层气产能差异及采收率

为揭示沁水盆地不同含气区域煤层气产能差异,采用理论分析和数值模拟的方法,研究了沁水盆地典型区块煤层气储层特征及其对产能的影响.基于沁水盆地煤层气井产气量数据,总结发现各区块煤层气产能存在明显差异,分析了影响煤层气井产能的主控因素.提出以目标煤层资源丰度、渗透率、临界解吸压力作为关键参数评价产能方法.研究结果表明:沁水盆地南部煤层气资源可采性优于北部,典型区块煤层气开发前景优劣排序为潘庄、大宁、寿阳、古交.     

基于煤岩割理正交各向异性的煤层气渗流模型研究

考虑煤岩面割理和端割理两个方向不同渗流性质,建立了煤岩割理正交各向异性数学模型,通过引入煤岩弹性模量折减系数有效地解决了渗透率模型中煤岩割理刚度较难确定的问题。基于该模型对鄂尔多斯盆地东部煤层单井产能进行了模拟计算,分析了割理渗透率正交各向异性系数、煤层厚度、煤层孔隙度和含气量等参数对煤层单井产能的影响规律。计算结果表明：煤层气单井产能随着渗透率正交各向异性系数、煤层厚度和含气量增加而增大,随着煤层孔隙度的增加而减小。     

基于煤岩割理正交各向异性性质的低渗透煤层压力数值模拟研究

考虑煤岩面割理和端割理两个方向不同渗流性质,建立了低渗透性煤层气水固三相流固耦合模型,利用该模型分析了沁水盆地煤层气井在开采过程中压力及解吸半径变化规律,并对影响煤层压力的割理参数进行分析.计算结果表明:非耦合模型比耦合模型的解吸面积要大;随着煤岩割理渗透率正交各向异性系数的增大,煤层面割理方向解吸半径逐渐增大,而煤层端割理方向解吸半径逐渐减小;面割理方向,随着割理渗透率正交各向异性系数和割理宽度的增大,煤层压力先增加后降低;端割理方向,煤层压力随着渗透率正交各向异性系数、割理密度和割理宽度的增大而增大.     

Mechanism of production increasing of coalbed gas for the pinnate horizontal well and sensitivity effect of parameters on gas production

The mechanism of production increasing for the pinnate horizontal well is analyzed with the simulation technique. It is pointed out that the whole horizontal well-bore spreading widely and evenly in coal layers makes the stratum pressure drop evenly and fast, which increases the chance of desorption and diffusion and area controlled. This is the basic reason that the pinnate horizontal well can increase production. How such stratum parameters as permeability, Langmuir constants and adsorption time constant affect the gas production for the pinnate horizontal well is also studied with numerical simulations. Either for the vertical well or the pinnate horizontal well, bigger stratum permeability, steeper relative permeability curve, smaller residual gas saturation, higher gas content and stratum pressure are more favorable for gas production increasing. Langmuir constants decide the change of desorption quantity and influence the gas production through changing the extent of steep of isothermal adsorption curves in the pressure dropping area. The adsorption time constant only influences the time that gas production arrives at the maximum value for the vertical well, but it almost has no influence on the gas production for the pinnate horizontal well because the equivalent adsorption time constant is reduced.     

考虑解吸作用的低渗透煤层中双重介质渗流理论研究

根据煤层低渗透和赋存特征,考虑启动压力梯度及解吸的影响,建立了煤层非稳态窜流方式的双重介质渗流模型。利用基于delaunay网格的有限体积法(FVM)对模型进行求解,得到了双重介质低渗透煤层试井理论曲线,并分析了模型在不同地质参数情况下的双对数曲线的特征。结果表明:基质储能系数越大,对生产越有利。只有当压力梯度大于启动压力梯度时,流体才能流动。解吸现象的存在延缓了煤层中压力波的传播,因此煤层气(CBM)开发早期需要缓慢排水,尽可能将压力降落传播到较大范围形成面积降压,有利于提高CBM的最终采收率。     

煤层气等温吸附曲线形态对产气量的影响

为了了解煤储层Langmuir压力和Langmuir体积参数以及临界解吸压力对煤储层气产量的影响,通过对Langmuir方程的分析,利用储层数值模拟的方法,研究了Langmuir参数与气产量的关系。结果表明:气产量与煤储层本身的性质参数Langmuir压力和Langmuir体积有关。在开采初期,Langmuir压力和Langmuir体积越大,对产气越有利;而在开采后期,Langmuir压力越小,对产气越有利。该成果对本身性质不同的煤储层的煤层气产量的预测具有一定的参考价值和指导意义。     

蜀南地区龙潭组煤层气储层特征及资源潜力

据中国多次开展的煤层气资源评价结果,蜀南地区煤炭以无烟煤为主,与沁水盆地类似,其煤层变质程度高,吸附能力强,含气量高,蕴藏了大量的煤层气资源。为了进一步查明蜀南地区煤层气储层特征及其资源潜力,根据该区测井资料、录井资料、煤层气参数井资料,从煤层分布特征、煤质特征、孔-裂隙发育特征、含气性特征及等温吸附特征等方面,分析了该区煤储层特征,对储层质量进行综合评价,并在此基础上评价其资源潜力。结果表明,蜀南地区龙潭组煤变质程度高,属于无烟煤;兰氏体积大,含气量高,气体质量好,含气饱和度高,兰氏压力小,临界解吸压力小、地解比偏低。综合评价显示该区煤层气储层质量较好,资源潜力大,但开发难度较大,尚需适宜的开采技术。建议选择长宁-叙永区块开展煤层气勘探开发试验,探索煤层气勘探评价方法及有效的开采技术。     

大倾角储层煤层气多层合采产量控制地质与工程因素

针对大倾角储层煤层气多层合采的特点,以库拜煤田煤层气井的实际排采动态资料为基础,通过分析排采动态典型指标与地质要素和工程要素之间的关系,剖析了库拜煤田大倾角储层多层合采煤层气井产能的控制因素,并用灰色关联分析定量评价了各影响因素的重要性。结果表明：（1）大倾角储层煤层气合层排采产量与单井动用资源丰度、储层压力梯度、煤体结构、临界解吸压力、初始排水速度、压裂效果、初始见气时间具有较好的相关性,但与渗透率、吸附时间相关性较差。储层压力梯度和储层压力是影响该研究区产能的主控因素;（2）新疆库拜煤田大倾角储层靶点压力特征、含气量、渗透率基本处于同一水平,同埋深不同煤层物性非均质性较小,层间干扰作用小,较适合合层排采。论文研究成果可作为大倾角储层煤层气合层排采提供指导。     

多因素影响下煤层气井生产初期合理排水量确定

生产初期排水量合理与否影响煤层气井整个生产过程中的排水采气效果,无因次含气率为0.25时,认为排水初期阶段结束。为确定新投产煤层气井生产初期合理排水量,建立考虑压敏效应、基质收缩和煤粉剥离、堵塞效应对煤储层物性的影响模型,研究生产初期不同排水量对煤储层物性的影响;并编制了新投产煤层气井合理排水量确定软件。研究结果表明:生产初期结束时的煤储层孔隙度和渗透率随着排水量的加大先增大后减小,峰值处对应的排水量确定为合理排水量。利用该软件确定了某煤层气井排采初期的合理排水量,结合数值模拟结果分析在该排水量控制下该煤层气井的排采效果较好,该模型对新投产井生产初期合理排水量的确定提供理论依据。     

考虑滑脱效应的欠饱和煤储层渗透率模型

 在多孔介质应力-应变本构公式基础上,考虑有效应力效应、基质收缩效应、滑脱效应对煤储层渗透率的影响,建立欠饱和煤储层的渗透率动态模型,以沁水盆地某煤层气田为例,模拟储层压力从初始值降至衰竭压力过程中煤储层渗透率变化,分析模型参数敏感性。结果显示：在开发初期,欠饱和煤储层储层渗透率持续下降,储层压力下降至临界解吸压力时,渗透率降至最低点,之后渗透率开始上升;储层压力由初始值下降至临界解吸压力3.80 MPa 时,渗透率下降至最低值0.186×10^-3 μm²,之后渗透率开始上升,当储层压力下降至2.77 MPa 时,渗透率恢复至初始值,储层压力下降至衰竭压力时,渗透率上升至初始值的3.182倍;兰氏体积应变、杨氏模量及滑脱系数参数值越高,储层最终渗透率改善幅度越大,泊松比值越高,储层最终渗透率改善幅度越小;与其他参数相比,兰氏体积应变对煤储层最终渗透率改善的影响最为重要。     

对煤的最大含气量问题的讨论

煤中含气量的影响因素较多,但核心因素是煤的变质程度。以往的研究者通常用Lang-muir方程来表征煤的最大含气量,以此为根据计算获得煤层气的资源密度。然而生产的实际表明煤的最大含气量远大于Langmuir方程中的a值。重新将煤进行吸附解吸实验,在进行煤基本结构分析的基础上建立数学模型,并利用SPSS软件进行数据拟合,发现Weibull不对称函数表征的最大含气量优于Langmuir方程,拟合结果分析中Weibull不对称函数拟合的R2皆大于Langmuir方程拟合的R2。从而得出利用Weibull不对称函数来表征解吸作用更为合理。     

煤储层物性对甲烷解吸及采出的影响

影响煤层气解吸采出的诸多因素作用于煤储层,体现为煤储层允许煤层气扩散渗流或导流的能力,所以在研究气体解吸特性时煤储层自身的物性值得重点探讨。基于这一点,对比研究了高低煤阶煤的物性差异,探讨了其对气体解吸采出的影响。研究表明,低煤阶煤分子结构较松散,孔隙度高,高煤阶煤分子结构紧密,孔隙度低,降压解吸过程中低煤阶煤物性变好,高煤阶煤物性变差。罐装煤样解吸和室内模拟实验揭示,物性是决定气体解吸的关键要素,这也是低煤阶煤储层含气量低但仍具有很大开发潜力的根本原因。低煤阶煤层孔渗较好,压降传播快,在开采过程中可形成自卸压效应。高煤阶煤层孔渗较差,压降传播慢,为了提高单井产量必须采用大型压裂或分支井技术等措施。