澳大利亚中煤阶煤层气水平井产气峰值特征及影响因素研究∗

孙华超 夏朝辉 李 陈 耿 愿 胡云鹏

(中国石油勘探开发研究院,北京市海淀区,100083)

★世界煤炭★

澳大利亚中煤阶煤层气水平井产气峰值特征及影响因素研究∗

孙华超 夏朝辉 李 陈 耿 愿 胡云鹏

(中国石油勘探开发研究院,北京市海淀区,100083)

煤层气水平井产气峰值大小及到来时间是产能高低的重要标志,由于国内缺乏具有较长稳定产气历史的煤层气田而鲜有相关研究。以澳大利亚M煤层气田为研究对象,首先分析了峰值大小和到来时间的分布特征,发现峰值大小与峰值到来前的平均日产气呈现极好的相关性,且高产井峰值到来时间基本都低于600天。其次,通过数值模拟研究,得出含气饱和度、割理孔隙度、储层厚度、解吸时间、含气量和渗透率对峰值大小的影响依次增大;而峰值到来时间仅受解吸时间及割理孔隙度影响显著。研究成果为项目后续的单井产能评价工作奠定了基础。

煤层气 产气峰值 影响因素

M煤层气田为中煤阶储层,目的储层埋深150～650 m,平均厚度15 m,平均渗透率15 md,平均含气量12 m3/t,采用双分支U型水平井开发,于2003年底投产。在对162口生产井动态分析中发现,井间产气峰值差别大(0.5～8万m3/d),并且各井峰值到来的时间各不相同(11～2046 d);而峰值大小又是单井产能(Expected Ultimate Re-covery,EUR)高低的重要标志。所以,有必要对影响峰值大小和到来时间的因素进行分析。以此为研究目的,研究了162口生产井产气峰值大小和到来时间的分布特征;其次,运用数值模拟方法,研究了产气曲线峰值大小和到来时间的影响因素,并得出各影响因素的影响大小。研究成果为项目后续的评价M煤层气田单井产能研究工作的开展奠定了基础,也可对国内方兴未艾的煤层气开发提供技术参考。

1 煤层气井产气峰值特征研究

1.1 峰值大小与峰值到来时间特征研究

根据单井高峰日产气量高低,将162口生产井按照峰值日产气高于3万m3/d、0.6～3万m3/d及低于0.6万m3/d分为高、中、低生产井三类。46口高产井中最高日产气8.1万m3/d,平均峰值为4.93万m3/d,占总井数的28.4%;共有83口中产井,占总井数的51.2%,平均峰值为1.62万m3/d;低产井共计33口,占总井数的20.4%,平均峰值为0.29万m3/d。162口生产井峰值到来时间分布在11～2046 d,平均531 d,峰值大小与到来时间交会图如图1所示。从图1可以看出,高产井峰值到来时间基本都低于600 d,中产井峰值到来时间大部分在1060 d之内,而低产井峰值到来时间大部分低于350 d。

图1 峰值大小与到来时间交会图

1.2 峰值大小与峰值到来前的平均日产气关系研究

为研究峰值大小与产能关系,将每口井峰值到来之前的累产气除以对应的生产天数,得到峰值到来前的平均日产气,将其与峰值大小做交会图,如图2所示。通过拟合发现,两者呈现极好的线性相关性,对应关系式为Qaverage＝0.492×Qmax－ 1108.8,确定系数R2＝0.7702,说明可靠性很高,表明峰值大小能很好的标示产能大小,进而预测单井最终产出。

图2 峰值大小与其到来之前平均日产气关系图

2 煤层气井产气峰值影响因素数值模拟研究

为进一步探究峰值大小和到来时间的影响因素,运用数值模拟方法,研究了含气饱和度、割理孔隙度、储层厚度、解吸时间、含气量和渗透率对峰值大小和到来时间的影响,并得到了其对各影响因素的敏感性强弱。

2.1 峰值大小和到来时间的影响因素研究

首先,为确定符合实际生产基础模型的物性参数,通过Eclipse数模软件对生产稳定性好的W－05井开展历史拟合,得到了符合实际生产的储层参数(表1中“∗”标示部分);其次,依据M煤层气田各参数的实际变化范围(见表1),确定出各参数取值范围,建立单井机理模型;最后,采用控制变量法,单次修改某一参数,保持其他参数为基础模型参数,共设计运算28个案例,并对预测结果分析如下。

(1)渗透率:如图3(a)所示,渗透率小于20 md时,产气峰值随着渗透率的增大,其值的相对增加幅度显著;渗透率大于20 md后,峰值的相对增加幅度减小。这是因为在渗透率较低时,渗流阻力的大小是气产量高低的主控因素;而当渗透率增大到一定值后,解吸气量的多少成为气产量高低的主控因素,在解吸区域内“气源”量一定的情况下,产气峰值就表现为相对增加幅度减小。

(2)割理孔隙度:随着割理孔隙度的增大,煤储层含水量增大,排水降压时间延长,如图3(b)所示,随着割理孔隙度的增大,产气峰值逐渐降低,峰值到来时间延长。

表1 模型物性参数取值分布

图3 渗透率和割理孔隙度对产气的影响

(3)解吸时间:解吸时间的大小控制着解吸区域内气源释放的快慢。解吸时间越小,气源补充越快,产气峰值就能更快来到,但由于含气量大小一定,所以表现为气产量快速达到峰值之后迅速递减;相对的,解吸时间越长,气源释放速度越慢,如图4(a)所示,峰值到来时间长且峰值低,后期递减慢。

(4)储层厚度:储层厚度越大,解吸区域内的气源越多,相同渗流阻力的情况下,如图4(b)所示,产气峰值随着储层厚度的增大而增加。

图4 解吸时间和储层厚度对产气的影响

(5)含气饱和度:不同于常规天然气数值模拟中的含气饱和度,在模拟煤层气藏中,含气饱和度是实际含气量与理论最大含气量的比值。含气饱和度越大,气体越易解吸,在相同压降情况下解吸量越大。如图5(a)所示,随着含气饱和度增大,产气峰值升高,并且到来时间有减小趋势。

(6)含气量:煤储层的含气量越大,解吸区域内的气源越多,相同渗流阻力的情况下,如图5 (b)所示,产气峰值随着含气量的增大而增加,而峰值到来时间并无明显变化趋势。

图5 含气饱和度和含气量对产气的影响

2.2 峰值大小对各影响因素敏感性大小研究

为了评价产气峰值对上述6种物性参数的敏感性大小,基于M煤层气田物性的实际变化范围,以基础模型的峰值为比较基础,分别取表1中6种参数各自最大最小值对应的产气曲线峰值为比较数,除以基础模型的峰值得到相对变化率,结果如图6所示。对于M煤层气田单井峰值大小对主要储层物性的敏感性由强到弱依次为:渗透率、含气量、解吸时间、储层厚度、割理孔隙度及含气饱和度,这个认识对确立高产有利区优选指标提供了参考。

图6 产气峰值对各参数的敏感性

3 结论

(1)峰值大小与峰值到来前的平均日产气呈现极好的相关性,表明峰值大小能很好的标示产能大小,目前尚未见到类似报道,这对评价煤层气单井产能提供了重要启示,也为项目后续的评价M煤层气田单井产能研究工作的开展奠定了基础。

(2)162口生产井峰值到来时间分布在11～2046 d,平均531 d,高产井峰值到来时间基本都低于600 d,中产井峰值到来时间大部分在1060 d之内,而低产井峰值到来时间大部分低于350 d。

(3)峰值大小随着渗透率、含气量、煤储层厚度或含气饱和度的增大而增高,而与解吸时间和割理孔隙度呈负相关。而且,含气饱和度、割理孔隙度、储层厚度、解吸时间、含气量和渗透率对产气峰值大小影响依次增大;峰值到来时间仅受解吸时间及割理孔隙度影响显著,而且解吸时间越小或割理孔隙度越大,峰值到来的时间越短。

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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

孙华超(1990－),男,河南周口人,油气田开发工程专业硕士研究生。研究方向:油气藏数值模拟和非常规天然气开发。

(责任编辑 宋潇潇)

国家重大专项——海外重点风险项目勘探综合配套技术(2011ZX05029)