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煤层气藏多层合采的影响因素分析

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煤层气 多层 影响 因素 分析
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第9卷第3期 2012年6月 中国煤层气 A 01.9 012 煤层气藏多层合采的影响因素分析 邵长金 邢立坤 李相方 温声明。 胡爱梅。 (1.中国石油大学理学院,北京102249;2.中国石油大学石油工程学院,北京102249; 3。中石油煤层气有限责任公司,北京 100028) 摘要:针对煤层气藏多层合采井的一般模型,利用始地 层压力、初始含气饱和度以及解吸特性等因素的敏感性进行了分析,结果表明:各分层的渗透 率、初始地层压力、初始含气饱和度对合采的产能有重要影响,决定了合采的合理性,而分层厚 度、解吸特性对合采的影响较小。在此基础上,对 3 和5 层合采时,因两层渗透率、初始地层压力等差别小,合采效果好;当3 、11 合采时, 因渗透率相差太大而导致合采效果差,表明煤层气合采具有一定的适应性。 关键词:多层舍采产能渗透率初始含气饱和度 o—u 1.02249;2.02249;3.o.00028) MG in a O—of a of a of O—of a of ns,as he of an on of O—on co—on O—of a of s 1 co—of of O- O—of of a of 对常规油气藏的多层合采问题,已有许多研 究成果。煤层气藏开发也常采用多层合采的方式, 基金项目国家“973”重点基础研究发展计划项目(2009国家重大专项课题(2011)。 作者简介邵长金,教授,博士,从事油气藏工程研究。 第3期 煤层气藏多层合采的影响因素分析 9 但煤层气藏的特点决定了其合层开采与常规油气藏 的多层合采不同:一是煤层气主要是以吸附状态存 在于煤层中,只有当煤层中的压力降落到低于临界 解吸压力时,煤层气才从煤层基质上解吸出来,因 此,煤层气的产出与煤层水的产出密切相关;二是 煤层一般较浅,煤层裂隙的闭合压力较低,很小的 压力变化都会引起渗透率的较大变化,从而引起产 能变化;三是煤粉产出对煤层气井产能有重要影 响。目前,国内外对煤层气藏多层合采的研究还很 少,根据我国煤层气藏的特点,笔者对多层合采产 能的影响因素进行了分析。 1 煤层气藏多层合采模型分析 不失一般性,设合采煤层气藏中心有一口井, 该井穿透三个储层(厚度分别为hi,hj,透 率为ki,kj,各层间由不渗透层隔开,不渗透 层厚度各不相同。各储层原始压力可以不同,设渗 流为径向流,如图1。 边永 井底 图1煤层气藏多层合采模型 对饱和煤层气藏,由于压力一开始降落,就有 煤层气解吸出来,不存在水单相流阶段。对未饱和 一 一 删 .}L 煤层气藏,在排水阶段,压力还没有下降到临界解 吸压力,整个煤储层中只产水,为单相流。 不论是饱和煤层气藏还是未饱和煤层气藏,实 际生产中都存在气水两相流阶段。多层合采时,对 每一单层,均是两相流,经过推导,可得一般产能方程为 (P )一 (P )]=c+肋 其中, (p)=j + )咖为气、水 两相拟压力;q 。为合采产气量,m3/d;对给定储 层,A、从产能方程看,不论在排水阶段还是气水两相 流阶段,煤层气藏多层合采与单层开采具有相似的 产能形式。但多层合采时的产能,除了与压差(或 拟压力差)有关外,还与各分层的地层系数(渗透 率与厚度的乘积)有关,地层系数作为权重因子决 定了各分层的压差(或拟压力差)对产能的贡献。 由于合层开采时,各层的压力降落一般不同步,有 的层处于排水阶段,有的可能已经进入气液两相流 阶段,因此,相渗对产能会产生一定的影响,这一 影响体现在拟压力表达式中。 多层开采时,假定各分层具有相同的临界解吸 压力,则合采时的产能特征由分层压力降落是否同 步决定。如果分层压力降落同步,则两个分层同时 达到解吸压力,同时达到最高峰值,合采时的产能 与分层单采具有相同的特征,仅仅是合采的产量大 一些。如果分层压力降落不同步,则压力降落速度 大的层首先降低到解吸压力,煤层气开始解吸。而 压力降落速度小的层要延迟一段时间才能解析,从 而使两层的产气峰值时间错开,井的产量高峰不能 集中(这一点可从图2和图4看出)。 时间(天) (a)kl/k2=l:0.5 时间(天) (k2=l:0.8 图2不同渗透率比值下合采与单层开采时的产能对比 时间(天) (C)kl/:1.5 ∞∞∞∞∞∞∞∞0 们 ∞ 加坫 5 1O 中国煤层气 第3期 7000 6000 童5000 。。。 》3000 2000 1000 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 时间(天) (a)不同渗透率比下合采的产量 700000 0 4000 3000 200 图3不同渗透率 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 时间(天) 一 曼 蛔I {L k2/kl 同渗透率比下合采的累产量 时间(天) (a)合采与单层开采时的产量 (h)不同厚度比例下的合采产量 图4厚度对合采产能的影响 2煤层气藏多层合采的影响因素分析 2.1不同渗透率的层进行合采 以两层合采为例,在其他条件相同的条件下, 改变上下两层渗透率的比值,研究不同渗透率的层 进行合采时的产能变化情况,并与单层开采时的情 形进行对比,如图2。将不同渗透率比值下合采的 产量和累产量分别画在图3(a)和图3(b)中。 由图2可见,由于两层的渗透率不同,压力降 落速度也不同,从而两层的产气峰值时间错开。由 图3可见,合采时,分层渗透率比值增加,合采的 产量不是线性提高,累加产量也不是线性提高。当 以开采5年时的累产进行对比时,累产基本随着渗 透率比值增加而增加。当以开采10年的累产进行 对比时,渗透率比值为1时效果最好。 2.2不同厚度比的层进行合采 在其他条件相同的条件下,保持总厚度值为 变上下两层厚度的比值,研究不同厚 度比的层进行合采时的产能变化情况,并与单层开 采时的情形进行对比,图4(a)给出的是m、 =7不同厚度比值下的合采产量画 在图4(b)中。 由图4(a)和图4(b)可见,当合采总厚度 一定时,分层厚度大的层对合采的贡献大,但合采 的产量以及累加产量变化不大。这说明在讨论合层 开采时,渗透率比厚度的影响更大。 ^ 吕 一 嘲l 图5不同初始含气饱和度比例下合采的产量 2.3不同初始含气饱和度的层进行合采 以两层合采为例,在其他条件相同的条件下, 第3期 煤层气藏多层合采的影响因素分析 改变上下两层初始含气饱和度的比值,研究不同初 始含气饱和度的层进行合采时的产能变化情况,如 图5。 由图5可见,不同初始含气饱和度的层进行合 采时,初始含气量越大,产量峰值越高,累产量越 大。 2.4不同解吸特性的层进行合采 以两层合采为例,在其他条件相同的条件下, 4500 4000 3500 3000 0 2500 2000 1500 1000 5 时间(天) (a)不同兰氏压力的层进行合采 改变上下两层兰氏压力(的比值,研究不同兰 氏压力的层进行合采时的产能变化情况,并与单层 开采时的情形进行对比,计算结果如图6(a)。同 理,得到不同兰氏体积(的层进行合采时的产 能变化情况,如图6(b)。 由图6可见,不同解吸特性的层合采时,分层 之间的兰氏压力比值对合采产量的影响很小,但分 层之间的兰氏体积比值对合采产量的影响较明显。 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 100 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 时间(天) (b)不同兰氏体积的层进行合采 图6不同解吸特性下的合采产量 (a)分层的产量 (7 05井两层合采的情况 3煤层气藏多层合采实例分析 即:3 、5 和11 煤层气藏。各储层之间没有水 动力学连通,3 煤层底板主要为泥岩,厚度为 1.15m~9.70水性弱,渗透性差。5 煤 层底板主要为砂质泥岩,厚度0.95m~10.30m,含 水性弱,渗透性差。1l 煤层底板主要为泥岩,厚 度1.25m~10.50水性弱,渗透性差一 中。从投入生产的储层看,两相邻储层间隔在20 ~40实际勘探情况来看,3 煤储层压力为 2.80 煤储层压力为2.391 煤储层 压力为2.65均临界解吸压力为1.43.1 3 和5 煤层气合采的产能 以05为例,该井3 和5 煤层气合采, 3 位于390.45m,5 位于417.5m,相差27.05m。 生产至5天时,共产水51.84 井底压力降到 2.355于3 储层压力大于井底流压,3 产 水。此时,5 对应的井底流压为2.625于 5 储层压力,说明此时5 层不产水。当排采到第 2 井底压力进一步下降到1.915 应的5 井底流压为2.185个层的储层压力 均大于对应的井底流压,两个层均产水,因此产水 量增加(由10.682相应的产气 量也增加(但这时的产气不是解析气,而是自由气 或溶解气,由于自由气或溶解气总量有限,因此, ^ v 坦篮 随霸露 12 中国煤层气 第3期 会接着产生下降)。随着地层压力降低到临界解吸 压力,产气量上升,进入稳压增产阶段。 通过该井合采数据的历史拟合和数值模拟,得 到各分层水产量、气产量、平均压力变化情况,如 图7(a)一7(b)。从各分层水产量、气产量看, 由于5 层的厚度(2.4m)比3 层(1.65m)的大, 因此5 层的产量也大,对合采的贡献多。 从平均地层孔隙压力(包括割理和基质)看, 在开采初期排水阶段,由于两个层的原始地层压力 均高于临界解吸压力,两层均不产气。3 层的原 始压力高于5撑层的,同时,由于3 层的厚度小于 5 层的,因此,3 层的压力下降快。随后,通过 两个层的压力平衡调整,两层压力下降速度趋于相 等(在压力一时间图上表现为平行线段),最后两 个层达到压力基本一致,共同对合采产生贡献。 3.2 3 和11 煤层气合采的产能 05井为3 、11 合采,产气量中等,说 明3 、11 煤的合采效果较差。分析其原因,主要 是3 、11 渗透率相差太大(3 渗透率为1.6111 渗透率为0.02导致两个合采层压力降落 不平衡,导致11 没有得到利用,影响了产能。 通过05和05两口不同合采井的 情况,可以看出两口井的生产状况有很大差别,这 说明了多层合采具有适应性与局限性。像3 、5 煤,因其单层厚度薄,分层采产量可能很低,且由 于其距离相近,可以合采。但是,对于3 、5 煤 与合采是否高效,要进行敏感性分析。如果 将动液面降到顶部,3 、5 煤生产压差较 大,只要不产生明显的如压力敏感、产煤粉、压裂 性能劣化等,将会进一步解放1l 煤的产能,这样 多层合采是合理的。否则,将会产生干扰。 参考文献 C,,仙 E.A of of of J].961(3):43—58. 【2J y, Y, J.A to ].994,181—95. 13 J .].1981. 【4J F J.of ].988. [5] 刘新福,吴建军,綦耀光,等.煤层气井气体对有杆 泵排采的影响[J].中国石油大学学报,2011,35 (4):144—149. [6] 张健,汪志明.煤层应力对裂隙渗透率的影响[J]. 中国石油大学学报,22(6):92—95. [7] 倪小明,苏现波,李广生.樊庄地区3#和15群煤层 合层排采的可行性研究[J].天然气地球科学, 2010,21(1):144—149. (责任编辑桑逢云) (上接第26页) 353.9的线性关系;最后10个解吸点是在25℃的 解吸温度下,累计时间平方根与累计解吸气量呈现 出Y=977.0x+1106.0的线性关系。从这3条趋势 线可以看出:随着解吸温度的降低,趋势线的斜率 逐渐减小,样品累计解吸体积的增长速度变缓。也 就是说,解吸温度影响样品的解吸速度;解吸温度 越低,解吸速度越慢,总解吸时间越长。008中对解吸终止时间的规定为连续7 天,每天的平均解吸气量不大于于10测试;当解吸温度偏低时,解吸速度较慢;解吸 到后期时,虽然还有一部分气体没有解吸出来,但 是每天的解吸气量已经少于10得解吸实 验提前终止,造成解吸气量偏少,样品含气量的测 试结果偏小。同时由图3(b)也可以看出,解吸 温度不同,这三条趋势线与 温度也影响损失气量的测定。 参考文献 [1] 傅雪海,秦勇,韦重韬,等.煤层气地质学[M]. 徐州:中国矿业大学出版社,2007:1—4. [2] 李小彦,张遂安,宋孝忠,等.19559—2008煤 层气含量测定方法[s].北京:中国标准出版社, 2008:1—10. [3] 苏现波,林晓英.煤层气地质学[M].北京:煤炭 工业出版社,2007:118—129. [4] 苏现波,陈江峰,孙俊民等.煤层气地质学与勘探 开发[M].北京:科学出版社,2001:51—61. [5] 邓泽,刘洪林,康永尚.煤层气含气量测试中损失 气量的估算方法[J].天然气工业,2008,28(3): (责任编辑韩甲业)
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