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煤层气储层数值模拟研究的应用

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煤层气 数值 模拟 研究 应用
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第15卷第6期 2004年12月 天然气地球科学 E()5 2004 非常规气:煤层气 煤层气储层数值模拟研究的应用 王晓梅 ,张 群 ,张培河 ,赵俊峰 ,陈鸿春。 (1.西北大学,陕西西安710069; 2.煤炭科学研究总院西安分院,陕西西安710054; 3.国投新集能源股份有限公司,安徽新集232024) 摘要:储层数值模拟是确定煤层气开发方案和评价采收率的有效方法,其遵循常规油气藏数值模 拟步骤,通常包括选择模型、资料输入、灵敏度试验、历史拟合和动态预测5个环节。煤层气属于非 常规天然气,其储层数值模拟基于解吸一扩散渗流的地质模型,在具体模拟过程中具有自身的特 点。结合在新集煤层气试验区开展的储层数值模拟研究工作,重点阐述了模拟研究中的两个重要环 节:模拟模型的建立(资料输入)和历史拟合。模拟模型的建立是进行储层数值模拟工作的基础,试 验区模拟模型的具体内容包括:确定模拟区域及边界条件,剖分网格、确定流体的处理储层描述数据和处理动态数据等。历史拟合是运用已有生产井的动态资料校正模拟模型的逆 过程。通过历史拟合,获得了更能够真实反映试验区储层特征的参数,分析了5煤层和6煤层附近 的大段砂岩层对煤层气产量的贡献,提出了排采作业建议,并采用历史拟合的储层参数进行了动态 预测。 关键词:煤层气;数值模拟;储层;新集 中图分类号:’5 文献标识码:A 文章编号:1672—1926(2004)06—0664—05 0 引言 煤层气(开采过程是气、水 两相流体在地层中运移、产出的过程。煤层气储层数 值模拟综合了地质学、岩石物理学和储层工程方面 的资料(图1),用数学模型来研究储层的各种物理 性质和流体在其中的流动规律,是确定合理的开发 方案和评价井田采收率的有效方法煤层气储层 数值模拟遵循常规油气藏数值模拟步骤,通常包括 选择模型、资料输入、灵敏度试验、历史拟合和动态 预测5个环节(图2)煤层气属于非常规天然气,与常规天然气存在 一定区别:煤层气的赋存机理与常规天然气不同,主 要以物理形式吸附在煤基质的内表面上,一般认为 服从兰氏方程;在扩散机理方面,煤层气服从律;煤层气的渗流机理和常规天然气一致,服从达 西定律。煤层气储层数值模拟基于解吸 扩散 渗 流的地质模型,在具体模拟过程中具有自身的特点。 图1储层模拟的要录 新集矿区位于安徽省淮南煤田南部中段。新集煤层 气试验区包括3口煤层气开发试验井,即用数值模拟研究工作。本文重点讲述数值模拟中的 2个重要环节,即模拟模型的建立和历史拟合。 1 模拟模型的建立 储层模拟模型就是把实际储层数值化,即把全 收稿日期:2004 09 1 5;修回日期:2004 1 0 11, 基金项目:国家“九五”重点科技攻关项目“新集浅层煤层气示范开发成套工艺技术及专用装备研究”(编号:97—22,1 01 02)资助 作者简介:王晓梅(1 975一),女,陕西绥德人,在读硕士,主要从事油气运移、煤层气数值模拟的研究工作. 王晓梅等:煤层气储层数值模拟研究的应用 665 选择模型 。。。。。 。。。。 一 一 ! l 资料输入 l L。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。●。。。。。。。。‘。 一 ! 灵敏度试验 l ’。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。●。‘。‘ 一 + 历史拟合 L。 。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。●。。。。。。。。‘。 一 I J 动态预测 j 【.............. .................... 图2模拟步骤 部影响煤层气开发过程的储层特征在时间和空间上 的分布用数据描述出来。储层模拟模型要求既能真 实地反映储层的地质特征和流体的性质特点。又能 以最简化的方式解决实际工程问题~ 。 模拟模型的建立包括确定模拟区域及边界条 件、剖分网格、确定流体的理储 层描述数据和处理动态数据等方面的内容。模拟模 型是进行历史拟合和动态预测的基础,所涉及的每 一个数据力求真实可靠。 1.1模拟区域及边界条件 模拟区域位于新集示范区内,北部为F 断层, 南部为F F 断层 。由于断层使煤层错开,对煤层 起到封闭作用,因而模拟区域南北两侧均视为封闭 边界。为避免边界不确定性对计算结果的影响,东西 边界远离源汇项,视为定压边界。 1.2网格剖分 根据新集试验区井的压裂缝监测,主裂缝方向 近东西向。因此,模拟网格坐标主轴取为东西向,与 储层边界的走向一致。新集试验区数值模拟网格划 分见图3。密封边界以外的网格为无效网格,其渗透 率和孔隙度设为零。所设计的网格在主渗透方向有 16个网格块,次渗透方向有9个网格块,网格块均 为160 60 m。 ——— E \ 一 —— 一 -’—、 密I _可: ,IS—l S—l J 2● x — J 1 _ !界 / 、 ~ L.一一 图3新集试验区数值模拟网格划分 新集试验区储层模拟在垂直方,煤层的顶板和底板均为泥岩。在模拟中.3层煤 的顶板和底板可视作封闭边界,煤层之间无水动力 联系,分别将其按独立的层位进行计算。煤层和1煤 层。煤层和4)。 n1 4新集试验区生产井剖面示意 1.3流体的层模拟所涉及气体的分(表1)、密度、粘滞系数、体积系数和气体在水 、、中的溶解度。气体的密度、粘滞系数与体积系数根据 气体的组分由软件包自动计算。储层模拟所涉及水 的滞系数和水在 地面的密度。 表1储层模拟初始输入数据 1..4储层描述数据 储层描述数据是把实际储层世化。即用具体的 数值来描述储层。新集试验区储层描述数据整理见 表1。煤层厚度和顶板标高依据其等值线图取值;储 l 煤炭科学研究总院西安分院、新集浅层煤层气示范开发地质及 基础资料汇编,1 996、 2 3 4 S 6 7 9 666 天 然 气 地 球科 学 5 层压力基本处于正常压力分布状态,模拟区域网格 块的储层压力按照压力梯度9.8 裂隙的渗透率和孔隙度主要依据试井测试数据分层 赋值;气含量是2井煤岩层分析测试结果;兰 米尔体积、兰米尔压力是验数据;吸附时间根据给出;孔隙压缩系数(基质压缩系数(考国外资料给出气一水相对渗透率初始数据采用8煤层样品实测的 相对渗透率值(图5)。模拟过程中不考虑毛管压力 的影响,取值为零。 一 碍 蝴 霞 l 61)40 2I J 图5 8煤层实测的相对渗透率曲线 1.态数据指一切与时间有关的数据,包括完井 和修井数据、生产数据和压力数据 j。 生产数据主要是指煤层气井井史数据,包括日 水产量、日气产量、累计水产量、累计气产量和关井 日期等。历史拟合时,需要把每口井的生产历史,统 一划分成若干时间段。每口井在一个时间段内只采 用一个生产制度。新集储层模拟中采用10 作制度。 模拟模型除确定上述参数外,还包括运行控制 和输入输出控制等有关的参数。建立符合实际地质 条件的储层模拟模型是整个模拟的基础,在参数输 入、边界条件的确定以及初始条件的设置方面都应 力求准确。 2 历史拟合结果及分析 应用数值模拟方法计算煤层气产出动态时,由 于勘探程度不高和煤储层的复杂性等原因,在模拟 计算中所使用的参数不能准确地反映实际情况,因 而需要采用历史拟合方法调整参数。历史拟合是运 用已有生产井的动态资料校正模拟模型的逆过程, 具体方法在参考文献在敏感性分析的基础上,对新集试验区1999年6月11 25日的排采资 料和5日的排采资料进行了拟合计算,获得了各井历史 拟合气、水产量曲线(图6和图7)。由于1井 气、水产量都很小,生产情况不正常,没有代表性,故 在本次历史拟合中未予考虑。 12 1 81)Il n【|}L 400 2I)【l 【1 2.5 2【I 15 血I |}L 1 【l【l 时 (d) 3I)I)4【8【12【2I) (d) 图6 产量历史拟合曲线 ‘ ./。 ’| / i · 一. . l U,l't'uJ(d) 时间(d) 图7 产量历史拟合曲线 2.1储层参数校正 通过产量的历史拟合. 叭 ¨● ㈨ .. —P/1 { 一P/1~{ 王晓梅等:煤层气储层数值模拟研究的应用 667 对初始输入的储层参数进行校正,得到了更能够真 实反映煤储层特征的一组储层参数和工程参数 (表2)。由表2可看出,拟合气含量比实测气含量增 加10~/O 9/6,拟合渗透率是注入/压降测试渗透 率的4~7倍,兰米尔体积比实验室测定结果低 0~16 9/6,兰米尔压力比实验室测定结果高2 煤储层模拟初始参数取值及历史拟合结果对比 8煤层 6煤层 1煤层 模拟数值参数 — —— — — 瓣 气含量(t) 渗透率(兰米尔体积(t) 米尔压力(Mf)a) 吸附时间(d) 裂隙孔隙度( ) 压缩系数(1/收缩系数(1/表皮 2 系数 3 有效裂2 缝半长 3 .31 5.1 7 0.086 0.602 1 6.60 14.94 6.37 7.64 3.40 1.30 .35×10 2 1.35×10 5.42(100 一4.16(1 00 6.09(78 ~5.96(78 28 00 8 00 55 1g 48 m(78 ~25 。 拟合出的相对渗透率值见表3,显示煤的束缚 水饱和度较高,可能会对排水采气产生不利影响。 表3新集煤的相对渗透率 水饱和度( ) 气相对渗透率( ) 水相对渗透率( ) 2.2对砂岩层的认识 新集矿区从泥浆气测录井得知,5、6煤层及其 附近的大段砂岩有非常强烈的气显示,甚至比所有 目标煤层的气显示还强烈。该区砂岩致密、坚硬,渗 透率为(0.0l~0.38)×除局部发育弱含 水层的裂隙外,基本上属微渗透至非渗透层。模拟结 果显示,该区砂岩对煤层气产量贡献不大,强烈的气 显示可能是由于砂岩中存在少量的游离气。 2.3排采效果分析 煤层气井的生产是一个排水降压的连续过程。 往往由于修井或停电等因素,使排采作业中途停止。 液面上升,影响正常产气。曲线显示(图8),当停抽时间较长时,气井恢复生 产后气产量降低,气产量曲线呈台阶状下降趋势。 d,停机约8 d,恢复生产后气产 量比停机前低近d;d,停 机约14 d,气产量比停机前低近l 000 d。历史拟 合结果表明,2井停机后有效裂缝半长减小 20 步分析认为,这种现 象可能与再次排采时液面下降速度过快引起井筒和 储层污染等因素的影响有关。因此,在排采过程中应 该连续作业,同时要严格控制液面下降速度和幅度。 二、 三 一 血l 卫 一 毛咖 时 J(d) . 一 3¨ 9I) 12I】 1S【】 18I 时间(d) 图8 动态预测 采用历史拟合校正后的储层参数,对行了模拟动态预测(图9)。2井排采到第 l 080 d。气产量达到高峰,为458 d;随后气产量 有所下降,2O m。/d。3连 668 天 然 气地球科 学 5 续排采到第330 2 928.79m3/d;随后产量急剧下降,20 为423 m。/d。 4 时 J(d) 时间(d) 图9 论 通过新集煤层气试验区的储层数值模拟研究工 作,主要得到以下几点结论: (1)模拟模型的建立是进行煤储层数值模拟工 作的基础,新集试验区模拟模型的建立主要包括5 个方面的内容:确定模拟区域及边界条件、剖分网 格、确定流体的理储层描述数据 和处理动态数据等。在参数输入、边界条件的确定以 及初始条件的设置方面都应力求准确。 (2)通过历史拟合,对煤储层的认识更加客观, 得到了更能够真实反映煤储层特征的储层参数和工 程参数。5煤层和6煤层附近的大段砂岩层对煤层 气产量贡献不大。在排采过程中生产井应该连续作 业,同时要严格控制液面下降速度和幅度。 (3)对 口井同时排采的方式进行了模拟动态预测:20 m。 /d,均气产量为423 m。/d。 致谢:在该文的撰写过程中得到了指导,在此表示诚挚的谢意! 参考文献: [1] c’d g[【’].o.(;,1/{}397. [2] 陈月明.油藏数值模拟基础[M].山东:石油大学出版社·1 989, [3]袁奕群,袁庆峰.黑油模型在油田开发中的应用北京:石 油工业出版社.1 995. 王晓梅.张群.张培河.等.煤层气_片历史拟合方法探讨[J].煤 田地质与勘探.2003.31(1):2ei—un—(1.i’“n 710069,.n h,h i’ 1 0054,.32024,( is tO in a is an on of of he of in is on of of of VT O is of a to of y a in i o.5 tO is tO of At to of 一p/1.山)、栅 丑
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