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第三章 煤层气储量、资源量计算方法

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第三章 煤层气储量、层气储量分级储量的分级应当与整个勘探过程的不同阶段相对应,从区域勘探、预探、评价勘探以至气田的开发阶段,都应有相应级别的资源量、储量。参照常规天然气资源量、储量的分级分类方法,煤层气资源量、储量分级方法如表 层气储量分级1、探明储量探明储量是在煤层气田评价阶段完成或基本完成以后计算的储量,并在现代技术和经济条件下能够获得经济效益和社会效益的可靠储量。计算探明储量是必须通过足够的预探井和评价井查明煤层气藏的地质特征,掌握煤层气井单井生产气规律,在此基础上钻探煤层气开发试验井组,进行井组大面积降压,了解煤层气的生产能力。在获得长期稳定的工业气流后,结合煤层气田上述地质特征,通过储层模拟和经济评价确定煤层含气量下限和气田范围,在具有商业性开发价值的范围内,计算煤层气探明储量。层气储量分级探明储量可分为已开发探明储量、未开发探明储量和基本探明储量。( 1)已开发探明储量指在现代的技术经济条件下,通过开发方案的实施,已完成井组和开发设施建设,并已投入开发的储量。该储量是提供开发分析和管理的依据,新气田在开发井网钻完后,即应计算已探明储量,并在开发过程中定期复核。层气储量分级( 2)未开发探明储量指已完成评价钻探,并取得可靠的储量参数后所计算的储量,它是编制开发方案和进行开发建设投资决策的依据,其相对误差不得超过 20%。( 3)基本探明储量对于构造及含气性复杂的含煤区,通过钻探评价井后,在储量计算参数基本取全,含气面积基本控制的储量为基本探明储量。这类储量是进行继续勘探的依据,不断进行勘探查明高产富集规律,进而对全区进行储量计算,不断使储量级别上升。层气储量分级2、控制储量控制储量是在含煤区已钻探评价井,并在单井试气已获得长期稳定工业性气流后,尚未钻探开发试验井组,未能真正了解井组面积降压后煤层的产气能力之前计算的储量。该储量是通过综合勘探已查明构造形态,基本查明煤层分布、煤层厚度和含气性的变化趋势,已初步获得煤层气藏类型、煤岩煤质、储层物性等参数,对煤层气藏大小已作出初步评价的储量。层气储量分级3、预测储量预测储量是指在含煤区钻探井获得工业气流,或通过与地质条件类似的邻区或邻层相类比,判断煤层的含气性具有可开采价值,根据区域地质条件和与邻区类比得到的参数估算的储量 。4、远景资源量远景资源量是根据地质、地球物理、地球化学以及少量钻井资料,初步了解煤层分布、厚度,通过类比法估算的尚未发现的资源量 。层气储量分级远景资源量按照普查程度可分为潜在资源量和推测资源量。( 1)潜在资源量是根据地质、物化探资料、参数井的煤层厚度、物性、含气性资料,对具有含气远景的含煤区通过类比法统计计算得出的某一含气范围内的圈闭资源量。( 2)推测资源量是根据区域地质资料,与邻区同类型沉积盆地进行类比,结合盆地初步物化探普查资料或参数井资料确定的含煤面积、煤层厚度、物性、含气性等资料估算的资源量,或与邻区同类型盆地资源量相类比,在不同参数条件下,利用概率统计法给出的一个资源量范围值。层气储量分级5、总资源量煤层气总资源量为各级储量与远景资源量之和。煤层气总资源量是首先对盆地内各级储量、资源量进行计算,然后累加得到的结果。含煤盆地单元划分 储量、资源量级别计算方法 计算单元 参数选取单元储量、资源量总资源量图 3层气储量计算方法煤层气藏的储量计算方法不同于常规天然气,勘探阶段必须首先准确测定煤层的实际含气量,要计算包括孔隙、裂隙等储存空间内的游离气和煤层基质吸附的煤层气。1、储量计算方法计算煤层气的方法主要有 容积法 和 物质平衡法 。( 1)容积法该法计算储量需要的储层参数较少,获取参数的方法比较简单,适合煤层气勘探初级阶段,是目前我国计算煤层气储量采用的最主要的方法,应用极为广泛。层气储量计算方法式中: N—— 煤层气地质储量, —— 含气面积, H—— 煤层平均厚度, m;D—— 煤层平均密度, t/ C—— 煤层平均含气量, t。该法未将煤层吸附气和孔隙、裂缝中的游离气加以区分,以原始状态下煤层总含气量的形式一起计算在内,未考虑煤层灰分、水分对煤层含气量的影响。一般 适用于勘探程度较低,对全区煤层灰分、水分及物性参数、流体性质变化规律了解不多的情况 。这一方法的关键是准确测量原始状态下的煤层气含气量。(3积法的计算公式为:层气储量计算方法式中: N—— 煤层气地质储量, —— 含气面积, H—— 煤层平均厚度, m;D—— 煤层平均密度, t/ 原始气体含量, t。    f if  11 21王星锦等在容积法的基础上,消除煤层灰分、水分对煤层含气量的影响,考虑煤层气的两种存在状态,对上述公式修改如下:f—— 煤层有效孔隙度, %; 煤层有效孔隙度, %; 煤层平均灰分含量, %; 煤层平均水分含量, %; 气体体积系数,无量纲 换算系数。(3层气储量计算方法( 2)物质平衡法在常规天然气资源量计算时,物质平衡法己被广泛采用。为了使该方法在煤层气资源量计算时也能适用,美国煤层气气藏工程专家 原物质平衡方程的基础上,引进了煤层气的解吸扩散机制,建立了动态平衡条件下的煤层气物质平衡方程:(3)](1[)())(1[23层气储量计算方法以上各参数的物理意义,参见: 王星锦,王伟 .《 煤层气储量计算方法 》 计算的是动态过程中的煤层气资源量,符合计算煤层气储量的精度要求,因此,它 是计算煤层气储量的基本工具 。(33()1)]((1[ 层气储量计算方法使用该方法,要求储层动态参数齐备。生产时间越长,动态数据越多,计算结果的精度越高。概括起来,使用物质平衡法计算煤层气资源量 (储量 ),必须具备以下数据:( a)气藏的静态地质参数;( b)储层含气量和等温吸附数据;( c)气藏的地层流体的 d)气藏投入开发后的气、水产量数据和压力变化数据。层气储量计算方法( 3)资源量的求取步骤煤层气资源量的科学求取,需要将物质平衡法和容积法结合起来,通过两组方程的迭代,在计算机上自动完成。具体步骤如下:(a)给出 b)利用公式 (3算平均水饱和度;(c)利用公式 (3算气体因子;(d)作 P/Z*对气体产出量的曲线图;(e)计算 P/Z*的斜率;(f)计算 g)返回步骤 (b)循环,直至公式 (3敛;(h)将平均水饱和度代入容积法公式求取煤层气储量。层气储量计算方法( 4)其它法( a)数值模拟法它是在计算机中利用专用软件 (称为数值模拟器如 Ⅱ 、己获得的储层特性和早期的生产数据 (或试采数据 )进行匹配拟合,最后获取气井的预计生产曲线和可采储量。该方法比较适合于煤层气勘探程度较高的地区,其预测结果通常比较可靠,可以指导煤层气的勘探开发部署。这一方法在已建立的煤层气开发区广泛采用。但应指出的是,为使所建模型能获得和历史产量相匹配的成果,并用于预测未来产能和储量,通常需要实际的生产数据和储层参数,而这些数据在煤层气开发初期往往十分欠缺,因此在使用模型进行预测时对参数的选择应特别慎重。层气储量计算方法( b)产量递减法产量递减法是通过研究煤层气井的产出规律、分析气井的生产特性和历史资料来预测储量。一般是煤层气井经历了产气高峰开始稳产并出现递减后,利用递减曲线对未来产量进行计算。可用于探明可采储量的计算,特别是在气井投入开发生产阶段,产量递减法配合体积法和储层数值模拟法可共同提高储量计算精度。递减类型的判别方法较多,如牛顿迭代法,回归分析法,图解法等。对于一个特定的油田,递减类型是随着现场重大调整措施、开采方式、开发年限等因素而发生变化,故递减类型不是固定的。在所有递减类型的判别方法中只有图解法最直观,能判断所有的递减类型。层气储量计算方法( c)类比法类比法是一种比较简单的采收率预测方法,是通过与地质条件相似、且已获得煤层气采收率的地区进行比较,从而得出所研究地区煤层气采收率的一种方法。该方法在煤层气开发前和生产早期是非常有用的。类比法不仅要求开发区与类比区的地质条件相似,而且要求开发区与类比区的井网布置方式、开发的技术与工艺以及气井服务年限一致。类比法主要利用与已开发煤层气田(或相似储层 )的相关关系计算储量,计算时需要绘制出已开发区关于生产特征和储量相关关系的典型曲线,求得计算区可类比的储量参数,再配合其它方法进行计算。此方法确定采收率的过程比较简单,结果主要取决于地质资料的可靠性,以及研究者对研究区和类比区地质条件的认识程度以及研究者的技术水平和经验, 适合在研究程度较高的地区采用 。层气储量计算方法( 4)蒙特卡罗法蒙特卡罗法又称随机抽样技巧法,被广泛应用于地质、工程等方面。该方法利用地质参数的抽样序列,得到概率统计模型,最终得到相应概率下问题的渐近值。在数据样本较多的情况下,该算法与容积法能保持较小误差范围且有更高的可信度。( 5) 现有的钻测资料为依据,选取相应的参数,建立适当的 工区的煤层气含量进行预测分析。预测结果与实测资料对比分析表明:预测的煤层气含量与实测的煤层气含量之间的误差较小,且明显优于线性回归预测的结果 。层气储量计算方法2、可采储量计算方法煤层气储量是指在现有经济技术条件下能够开采出的那部分煤层气资源量。因此, 煤层气资源量乘以采收率就可求得煤层气储量 ,计算公式如( 3( 3中: N—— 煤层气地质储量, —— 煤层气可采储量, 采收率, %。采收率分地质采收率和经济采收率。地质采收率等于煤层气原始含量和残存气量 (实验室测定 )之差与储层原始含气量之比。层气储量计算方法地质采收率计算公式如( 31( 3中: 煤层气地质采收率, %; 煤层原始含气量, t ; 煤层残存含气量, t 。采收率分 地质采收率和经济采收率 。层气储量计算方法确定地质采收率利用煤层气吸附等温曲线,在估算了煤层气开采的废弃压力后,在吸附等温线上确定废弃压力条件下煤层的残余含气量,用总储量扣除残存含气量数值计算的煤层气储量后与总储量的百分比即为地质采收率。经济采收率一般通过产量预测和经济评价获得。年净现值由正值转向负值之前的煤层气累计产量与总资源量之比等于经济采收率。对于以追求商业利益为目的煤层气开采企业,煤层气经济可采储量更有意义。层气储量计算方法• 3、采收率影响因素分析• 采收率是一个非常不确定的参数,受到多种因素的制约。•( 1)气藏地质特征对采收率的影响煤层气在采出过程中首先从煤中解吸并以煤层的孔、裂隙系统作为运移通道,因此煤层气采收率首先受煤层气地质特征控制,主要包括煤阶、埋深、吸附特征、渗透率和气含量等。气含量对采收率的影响主要是因为 废弃压力和残余吸附气 的存在 。对某一煤层气藏来讲,考虑到经济因素,开发中产量低于某一数值时将停止生产,这时的储层压力就是废弃压力;在废弃压力下煤储层中吸附的煤层气称为残余吸附气。当废弃压力一定时,相同吸附能力的煤储层,其残余吸附气含量是一样的,因此气含量越高其采收率越高。吸附能力也是因为废弃压力和残余吸附气的存在而影响煤层气采收率的。因为在废弃压力一定的情况下,不同吸附能力的煤其残余吸气含量不同。如果在气含量相同的情况下,残余吸附气含量高的煤的采收率较低。层气储量计算方法渗透率通过影响煤层气产量,改变开发周期,从而造成开发运营成本的变化,也可能造成煤层气产量过早低于经济产量,导致开发停止,从而影响煤层气采收率。煤阶、埋深、储层压力等因素综合作用影响煤的吸附特征、渗透率和气含量,从而改变煤层气的采收率。( 2)开发地质条件对采收率的影响影响煤层气采收率的开发技术条件主要包括井网布置、钻完井技术、排采工艺及强化增产措施等。不同的井网布置方式和井距通过不同的井间干扰和废弃压力影响煤层气 的采收率,一般来讲井距越小,总产量越高,废弃压力越低,最终采收率越高。层气储量计算方法钻完井技术主要通过对储层的伤害、泄流面积及储层渗透率、渗流方式等的改变影响煤层气的采收率。目前的钻完井新技术在降低钻井成本的同时,大大降低了入井液对煤储层的伤害、增加了泄流面积。排采工艺对煤层气采收率的影响很大,不合理的工作制度可能导致过早结束井的生产,而不能有效地将气体产出,从而降低了煤层气的采收率。强化增产措施是指通过注氮气或二氧化碳或二者的混合气,来增加煤层气采收率的方法。有资料显示,注二氧化碳可以使采收率提高 77% ~95%,注氮气可以使采收率提高 50%。层气储量计算方法( 3)经济因素对采收率的影响影响煤层气采收率的经济因素主要有各种投资成本、税费、操作成本及气价。前 3种是反相关影响关系,而气价则从正面影响煤层气最终采收率。通过敏感性分析,发现投资成本对煤层气开发的影响不太重要,而各种操作成本包括水处理成本的变化对煤层气开发的影响巨大。•4、采收率的确定方法• ( 1)解吸实验法• 采用直接法测定的气含量,是由三部分组成的(即损失气、实测气和残余气),其中损失气和实测气是自然条件下的解吸量,可以认为是能够从气藏中开采出来的,而残余气则不可能被开采出来将留存在地下 。因此可根据直接法测定气含量的资料来确定煤层气采收率。层气储量计算方法具体计算公式如下:)()(式中: 为煤层气的理论采收率; 为煤层气解吸实验中的实测气含量, m3/t; 为煤层气解吸实验中的损失气含量, m3/t; 为煤层气解吸实验中的残余气含量, m3/t。值得说明的是,由于煤层气采收率除受气含量和煤吸附特征的影响,还受开发过程中的各种人为因素影响,通过这种方法获得的煤层气采收率,是理论上最大可能达到的采收率,简称为理论采收率,是理想状况,并不能代表其实际采收率。层气储量计算方法解吸实验法是一种成本相对较低但预测结果相对粗略的方法。在有一定煤层气勘探的地区可以采用这种方法。 一般适用于煤层气勘探开发的初期或提供一种概念数据,定量化程度较低 。( 2)类比法类比法是利用已开发的煤层气藏采收率的经验值,考虑到气藏具体的地质特征和工程条件,近似地确定所研究的气藏的煤层气采收率。由于不同煤层气藏的地质条件千差万别,而且开发的技术、手段以及经济条件等都不尽一致,因此,应用该方法确定煤层气采收率局限性较大。预测的可靠程度较低。目前,我国还没有进行了长时间开采的煤层气藏,不具备经验数值。据美国的实践,煤层气藏采收率变化很大( 10% ~75% ),一般为 30% ~50%。层气储量计算方法( 3)等温吸附曲线法对于所评价的煤层气藏如果已实测了煤的等温吸附曲线,就可以根据等温吸附曲线,结合原始气含量、储层压力以及假定的废弃压力,来估算采收率。其公式为:(  ( 3中: 为煤层气采收率; 初始煤层气含气量, m3/t; 废气压力下煤层气吸附量, m3/t。该方法的理论依据是: 煤对甲烷的吸附服从 煤层气解吸和吸附是一个可逆的过程。根据煤的等温吸附试验,随着压力的增高,煤对甲烷的吸附能力增强;当煤吸附了一定数量的甲烷后,压力降低,则甲烷解吸,吸附量减少。层气储量计算方法废弃压力下的煤层气吸附量根据 公式为: ( 3中: m3/t; 废气压力, 方法的主要优点在于操作简便,理论性强不足之处是废弃压力很难准确确定。在煤层气勘探的最初阶段,通常结合当地的地质条件,根据经验估算废弃压力,然后由等温吸附曲线计算采收率,因此,这种由估算废弃压力而计算出的煤层气采收率带有不确定性。层气储量计算方法随着煤层气开发和研究的不断深入,提出了以下几种确定废弃压力的方法:原始储层压力法:根据煤层气开发的经验,获取煤层气整个开发过程中储层压力的降低幅度,据此估算废弃压力。该方法比较适合于煤层气开发程度高、气井排采时间长的地区。按美国的经验,在市场条件较好的情况下,煤层气田实现整体压降 85%是可行的。因此,在进行煤层气采收率预测时,可按原始储层压力的 15%作为废弃压力进行计算。目前,我国煤层气勘探开发程度还比较低,气井的排采时间也都比较短,而且排采多不正常,因此,该方法的应用条件不成熟。综合分析法:根据煤层气开发区原始煤储层压力状况、煤层气产出机理以及其他地区煤层气开发的经验,并综合分析煤层气排采储层压力降低的幅度,来确定煤层气开发的废弃压力。层气储量计算方法类比法 :在具有与本地区煤层气地质条件基本相似,且开发程度较高地区的前提下,可采用类比法确定废弃压力。目前,中国煤层气勘探程度普遍较低,应用该方法确定废弃压力具有一定的难度,通常不能从类比的地区直接得到废弃压力。大气压力法:直接采用大气压力作为煤层气排采的废弃压力。该方法比较简单,是一种理想条件下的煤层气采收率确定方法,其计算结果的可靠程度不高。等温吸附曲线法确定采收率,已被广大煤层气地质工作者普遍接受,而且该方法在煤层气开发的各个阶段都可采用。应用该方法的主要困难在于确定废弃压力。通常情况下,不会有也不可能得到真实的废弃压力,废弃压力常需通过预测等手段获得。应用等温吸附曲线法预测煤层气采收率,应在充分研究煤层气地质条件基础上进行。层气储量计算方法( 4)数值模拟法煤储层数值模拟需要大量的储层参数作支持, 比较适用于已进行过煤层气勘探试验,且有气井排采资料的地区 。由于地质条件的复杂性,实测的储层参数与储层实际值多存在一定的差异,因此,在模拟预测时,一些储层参数需要经过历史拟合的修正才能使用。把历史拟合结果作为输入数据,根据拟定的生产制度进行产量预测,利用模拟结束时的累计气产量除以估算的原地资源量就可得到给定计算区块的煤层气采收率。数值模拟法是一种比较理想的方法,其预测精度高。但预测过程相对复杂,而且需要专门的模拟软件和大量的有效生产数据。在煤层气勘探程度较高,有一定规模的生产井网的地区最合适。这种方法常用于煤层气勘探开发的中期,对煤层气产业的形成提供理论支持。层气储量计算方法( 5)物理模拟法该法主要是针对煤层气勘探程度很低,没有足够的或有效的生产数据来进行生产历史拟合的地区,难以计算采收率提出的。( a)基本原理在地面垂直井开采煤层气时,可以使用径向流模型,即认为在三维空间内使用柱坐标,在 Z(垂直 )方向无流体流动、在周向 (径向的垂直方向 )无流体流动。这样就可以沿周向取微元,其长度为井控范围半径、厚度为无穷小米、角度为无穷小度的扇形体为研究对象,然后对微元在周向和垂向上求和计算井产量。将无穷小的扇形体看作一条线,即流体的流动为一维流动,同时认为串联煤样的直径为无穷小,这样就可以将我们的模拟装置看作井生产控制范围内的一个扇形体微元,从而进行生产模拟。层气储量计算方法生产模拟装置工作原理图如右图所示,其工作原理是首先模拟地层条件下的储层压力、瓦斯压力、气含量、气水饱和度及围压,然后模拟井的工作制度和边界条件,进行生产模拟。通过数据采集,计算出煤层气采收率。( b)层气储量计算方法( a)计算气体采收率根据煤样的等温吸附特征计算出各解吸容器中的煤样在一个大气压下的吸附气体量 (计算出在瓦斯压力平衡过程中,注入解析容器中的气体量 (将在模拟井口计量的产出气体量累加到模拟结束时刻得到总产量 时的气体采收率为:物理模拟法的使用范围较大,只要有详细的煤田勘探资料并可以采集到足够的有代表性煤样即可。但此方法成本太高,模拟周期太长,而且煤样采集尤其是制样的难度很大。)( 10( 3
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