煤层气数值模拟及应用研究

陈晓阳 石洪福 杜 鹏

(1.中石油煤层气有限责任公司,北京 100028;2.中国石油大学 (华东),山东 266555)

煤层气数值模拟在对生产井气、水产量数据的历史拟合的基础上,获得更加客观准确的煤层气储层参数,预测煤层气井的长期生产动态,同时为井网布置、完井方案、生产工作制度优化、气藏动态管理等提供科学依据。

1 煤层气渗流数值模型

1.1 基本假设

(1)煤层是由煤基质微孔隙系统和割理系统组成的双重孔隙介质;(2)煤层微可压缩,流体流动为等温流动; (3)煤层在原始状态下割理被水100%饱和,不含游离气及溶解气;(4)水是微可压缩流体,自由气为真实气体;(5)流体在煤层裂隙系统中的流动服从Darcy定律,并考虑重力的影响;(6)煤基质中的气体扩散为非平衡拟稳态过程,服从Fick第一扩散定律。

1.2 基本微分方程

①割理系统中气、水相渗流方程的建立

煤层气的吸附与解吸是一个可逆过程,用Langmuir等温吸附方程描述：

pL为Langmuir压力常数,MPa;VL为Langmuir体积常数,m3/t;VE为基质-裂隙面上煤层气的平衡吸附量,m3/t。

煤层气从基质向割理的扩散遵循Fick第一定律,即：

从基质单元经窜流扩散进入到割理系统的气体量为：

辅助方程：饱和度方程和毛管压力方程为：

初始条件：

式中,pfi为煤储层初始压力,MPa;为煤储层原始含气量,m3/t。

煤层气储层数值模拟中一般取定压内边界,定井底流动压力 (井中动液面位置),气、水相的产量公式为：

式中,α为单位转换因子。

2 煤层气数值模拟软件发展

从1958年以来,世界上先后已开发出几十个预测煤层气产量的数学模型,大体可分为三种类型：气体吸附-扩散模型、组分模型和黑油模型。这些模型的差异在于所使用的假设、求解精度和模型功能的不同,每一个模型有其专门的用途,但只有极少数模型编制为煤层气数值模拟软件并得到了广泛的应用。目前比较通用的软件详见表1。

表1 主要的煤层气数值模型软件

未来的煤层气数值模拟软件的发展趋势将是以三孔、双渗和多组分模型为基础,具有处理注入气体进行煤层气强化开采、由水蒸发引起脱水效应以及气体不纯影响、复杂结构井以及结构化网格和非结构化网格相结合等复杂问题的强大功能。

3 韩城矿区煤层气储层数值模拟技术应用

韩城煤层气田区域上位于鄂尔多斯盆地的东南缘,渭北隆起东部边缘,南临渭河地堑,东至韩城大断裂。韩城地区主要可采煤层为山西组2#、3#煤层和太原组4#、5#、11#煤层。钻井资料和地震资料综合研究都表明韩城地区山西组3#煤层和太原组5#煤层发育较厚,平面分布较稳定,物性较好,是工区内的主力煤层,主要的物性参数见表2和图1、图2。

表2 WL1井煤储层参数一览表

图1 WL1井3#煤等温吸附曲线

图2 WL1井5#煤等温吸附曲线

图3 WL1井历史拟合产气量与产水量

本次模拟采用ECLIPSE-2009中多组分模型E-300的煤层气模块对韩城地区的WL-1井进行数值模拟及产量预测,数模步骤如下：

(1)根据储层参数采用FLOGRID进行确定性地质建模。

(2)采用SCHEDULE模块对生产数据进行整理。

(3)采用E-300模块进行数值模拟,工作制度为定井底流压拟合产气量和产水量。

(4)在一定范围内调整储层参数,直至拟合精度达到,拟合结果如图3。

4 结论

煤层气藏数值模拟是一项复杂工作,它与常规气藏数值模拟不完全相同,主要体现在一下几个方面：

(1)它需要考虑煤层气的吸附解吸特性以及基质收缩引起的孔渗变化。图4中第四年开始,历史拟合数模产气量低于实际产气量的原因是：模型中并未考虑基质收缩效应引起的渗透率增加,这种效应越到后期越明显。

(2)煤层气产能曲线初期有一个产量的增长期,影响产气高峰到达时间的主要参数是解析时间和扩散系数。

(3)ECLIPSE假设煤层为双孔单渗,影响产水量的主要因素是割理孔隙度。

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