煤层气井历史拟合评述

赵 雯 朱炎铭 张晓莉 王怀勐 曹新款 王道华 方俊华

(1.中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,资源与地球科学学院,江苏 221008;2.福建出入境检验检疫局技术中心,福建 350001)

煤层气井历史拟合评述

赵 雯1朱炎铭1张晓莉2王怀勐1曹新款1王道华1方俊华1

(1.中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,资源与地球科学学院,江苏 221008;2.福建出入境检验检疫局技术中心,福建 350001)

本文主要阐述了国内外煤层气井储层模拟及历史拟合研究现状,概括了近20年的煤层气井历史拟合发展进程,介绍了目前煤层气井储层模拟研究运用最广泛的COMET3软件,并以沁水南部QN03井为例,介绍了如何运用COMET3软件进行历史拟合及产能预测。

煤层气 储层模拟 历史拟合 COMET3

Abstract:This paper described the present research situation of coalbed methane wells reservoir simulation and history matching at home and abroad,and summarized nearly 20 years coalbed methane wells history matching development,also introduced the software COMET3,which was widely used in coalbed methane wells reservoir simulation in present.Meanwhile,As the QN03 well in southern of Qinshui basin for example,the author introduced how to conduct history matching and productivity prediction by using COMET3.

Keywords:Coalbed methane;reservoir modeling;history matching;COMET3

1 国内外煤层气井储层模拟研究现状

煤层甲烷气体引起的煤矿安全问题,一直是人们在煤炭开采过程中着重研究的课题。因此,煤层气数值模拟的研究工作,最早是围绕预测矿井瓦斯涌出量,为矿井通风系统设计服务及控制瓦斯灾害为目的。1964年Lindine等提出了第一个预测生产矿井瓦斯涌出量的经验模型,至1972年相继建立了一维单孔隙气相产量预测模型、二维单孔隙气、气水两相产量预测模型并开发了相应的INTERCOMP软件。经过长期的矿井瓦斯抽采工作实践,人们逐渐认识到煤层气既是影响煤矿生产的灾害性气体,同时也是一种高效清洁的替代能源。1973年,石油禁运引发的能源危机,强化了对煤层气资源的需求,由此在美国掀起了煤层气地面垂直井开发试验的热潮。随着煤层气开发试验项目的相继实施和实践积累,煤层气数值模拟研究工作,在继续围绕煤矿瓦斯研究的同时,借鉴油气藏数值模拟的理论、技术和方法,扩展到煤层气资源勘探、开发领域。目前,得到推广应用的主要有COMET系列软件和COALG AS软件,而在煤层气勘探开发研究和生产中应用最广泛的软件是COMET3D。

我国煤储层数值模拟研究工作,1992年才刚刚开始,我国在这方面的技术水平尚处于急待发展的阶段,与国际上美国的领先技术相比还有相当的差距。虽然在“八五”国家科技攻关项目中,专门设立了煤层气数值模拟研究课题,1994年原华北石油地质局与清华大学合作,联合开发出了二维单层煤层气模拟软件CMS,但是,对我国复杂构造条件下的低渗透、强吸附、多层赋存的煤储层来说,其实际应用受到局限。目前,我国普遍使用的煤储层数值模拟软件,仍然是从国外引进的仅为执行文件COMET3D和COALG AS软件。

在煤层气资源开发过程中,储层数值模拟是必不可少的重要环节之一。历史拟合是整个数值模拟工作的基础,通过历史拟合,可以检验所建立的煤层气储层地质模型是否合理,包括煤层气储层参数和地质工程参数;可以找出储层和过程描述资料的不足之处;可以对生产中出现的问题进行诊断,找出低产能并可能重新完井的井孔;能够标出相对高残余气含量区域作为潜在开发区或找出钻探靶区;可以得到与实际储层比较接近的相关参数,而后利用这些参数能够实现对储层的较高精度的动态预测,更好地指导下一步的开采。

2 煤层气井历史拟合研究进程

从70年代国外就开始了煤层气井历史拟合研究,90年代进入了历史拟合的成熟阶段,进行了大量的煤层气井历史拟合分析,主要包括运用软件进行产量模拟和产量预测,高精度的历史拟合对煤层气井的生产具有一定的指导意义。SheelyL.D在1994利用COMETPC软件对铁法盆地大兴井田CW1井进行产量模拟,所预测的该井第一年内产量被后来实际生产所证实。1996年,原地矿部华北石油地质局通过煤层气数值模拟软件系统CMS对柳林试验区的煤层气井进行了历史拟合研究,并做了产量预测。张遂安在1998年利用COALG AS模拟软件对山西某煤层气井进行了历史拟合研究,估算出了未来15年内的单井气产量。

随着数值模拟的技术的进步和软件的不断开发,20世纪初期国内外进行了大量的煤层气井历史拟合分析,主要包括进行生产井气、水产量数据的历史拟合,分析获取更为客观的煤层气储层参数,预测井的长期生产动态和产量,为井网布置、完井方案、井的生产工作制度和气藏动态管理的优化,以及最经济、最有效的煤层气项目开发方案的决策,提供科学依据。骆祖江于2003年在重点校正沁水盆地3号煤层的渗透率、孔隙度、相对渗透率、表皮系数等参数后,对日气产量、日水产量、累积气产量、累积水产量做了历史拟合研究,得到了相对渗透率、孔隙度、表皮系数、含气量等参数拟合值。王晓梅采用COMET-3D软件,结合3口煤层气井的生产数据,对淮南煤田新集矿区进行了历史拟合研究,获得了其中两口井的历史拟合气产量、水产量曲线及相关参数值。要惠芳以河东煤田三交区块煤层气井生产资料为基础,利用煤层气地质学和地下水动力学原理对煤层气井的生产曲线进行了拟合分析,并最终确定了两口煤层气井的水文地质参数。

未来的煤层气井历史拟合是以三孔隙、双渗透率、全气田范围和多组分模拟的模型为基础,进一步提高结果的稳定性和精度,对煤层气井的生产具有更加重要的指导意义,历史拟合工具会得到更广泛应用。

3 COMET3在煤层气竖井历史拟合研究中的应用

3.1 COMET3软件简介

到目前为止历史拟合最为广泛使用的是由美国ARI公司研制的数值模拟软件COMET3。该软件为三孔、双渗、三组分、两相煤层气数值模拟专业软件。除了模拟非常规气体,COMET3还可用以常规储层的模拟以及黑油类型模拟。该软件考虑了一些对煤层气井产能有影响的特别的参数,比如孔隙收缩、煤基质压缩、气体重解吸、CO2注入以及水溶气等。COMET3的一个显著特征是可以通过自动的开关来将用户所指定井的使用要求进行保存,这一特征出现在最大水产率的限制和井底流压的控制中,或者在最小井底流压的控制和水产率控制下。这一特征在对煤层中产水量有限的井的模拟时是非常有用的。

一般来说,煤层气井历史拟合工作的主要步骤有确定参数可调性→检查模型数据→确定工作制度和拟合指标→动态指标拟合。其中历史拟合调参是比较复杂和困难的过程(表1)。

表1 历史拟合参数及可调性

3.2 COMET3软件应用-以沁水盆地南部QN03井为例

以沁水盆地南部QN03排采历史资料为基础,根据历史拟合的原则和流程进行单井历史拟合计算拟计算结果与实际生产数据接近,拟合了产能曲线的总体趋势,只是对产气峰值的反映不明显,考虑峰值两端的拟合情况,认为参数拟合值可以接受,可以用来做产能预测(图1)。

图1 QN03井日产气量历史拟合曲线

经过历史拟合得到的储层参数(表2),能更真实客观地反映煤储层的自然特征和煤层气生产能力,据此可以对煤层气储层和煤层气井产能进行更准确、合理的评价。由表2看出,初始值与拟合值之间存在着不同程度的差异。比如储层渗透率增加了0.11倍,储层压力增加了0.73倍,含气量增加了0.17倍,解吸时间缩短了14%,割理孔隙率减少了71%,表皮系数减少了69%,朗格缪尔体积几乎没变。

在历史拟合的基础上,采用校正后新的储层参数以及定产水量的工作制度,对QN03井进行了20年的产量预测,不同时间的产气量、产水量预测结果。QN03井排采到第40天的时候产气量达到最高峰,为3067.6m3/d,之后产量快速下降,接着有小幅度的增长期,在第1695天时出现第二个高峰,这个高峰比较缓,峰值为1634.3m3/d,之后产气量一直缓慢降低,到第20年的产气量为655m3/d,20年的累计产气量为878.32×104m3,平均日产气量为1199.1m3/d。产水量很小,日产水量不高于5m3/d,20年的累计产水量为4202m3。

表2 QN03井初始参数值及历史拟合值对比

产能预测除用于预计产气量和产水量外,还可以用于发现不适合的储层管理程序并找出改善的方法,发现历史拟合储层描述中的短处,监测整个气田寿命期间的储层动态,对以后的煤层气井产能排采工艺优化,提高单井产量具有重要的意义。

4 结论

(1)国外煤层气数值模拟的研究工作发展迅速,从简单的经验模型、一维单孔隙气相产量预测模型、二维单孔隙气、水两相产量预测模型到现在的三孔、双渗、三组分、两相模型COMET软件。国内煤层气储层的数值模拟仍然是从国外引进的仅为执行文件COMET3D和COALG AS软件。

(2)据近几十年历史拟合发展历程,随着软件的发展和模拟经验的丰富,历史拟合结果越来越准确,对煤层气井的生产具有重要的指导意义,历史拟合工具会得到更广泛的应用。

(3)运用COMET3对沁水盆地南部QN03井进行了20年的产量预测,QN03井20年的累计产气量为878.32×104m3,平均日产气量为1199.1m3/d。产水量很小,日产水量不高于5m3/d,20年的累计产水量为4202m3。

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History Matching Comments about Coalbed Methane Wells

Zhao Wen1,Zhu Y anming1,Zhang Xiaoli2,Wang Huaimeng1,Cao Xinkuan1,Wang Daohua1,FangJunhua1
(1.China University of Mining&Technology,School of Resource&Earth Science,Coaled methane resources&Reservoir formation process,Jiangsu 221008;2.Fujian Entry-Exit Inspection and Quarantine Technology Center,Fujian 350001)

国家自然科学重点基金项目(No:40730422);国家科技重大专项(2008ZX05-034-04)。

赵雯,女,湖南省怀化市人,硕士研究生,从事矿产普查与勘探专业学习研究。

(责任编辑 黄 岚)