CN104863547B - 一种基于压力传播的煤层气开发初期排采速度确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于压力传播的煤层气开发初期排采速度确定方法，包括以下步骤：1)根据压力传播距离与时间关系，确定给定井网井距条件下井间压力发生干扰所需时间；2)根据步骤1)得到的井间压力发生干扰所需时间，按照均衡降压的理念，确定降压速率；3)根据步骤2)得到的降压速率，确定井筒液面下降速率。本发明具有严格的理论基础，实现了煤层气开发初期排采速度的定量确定。本发明可以广泛应用于不同储层物性条件煤层气田的煤层气开发初期排采速度的定量确定。

Description

一种基于压力传播的煤层气开发初期排采速度确定方法

技术领域

本发明涉及一种排采速度确定方法，特别是关于一种基于压力传播的煤层气开发初期排采速度确定方法。

背景技术

目前煤层气主要通过排水降压采气进行开发，煤层一般都是饱和水的，要使煤层中吸附气解吸产出，开发初期需进行排水降压。排水有快慢的问题，从缩短开发周期角度来说，初期排采速度越快，气井见气越快，但排采速度过快，一方面会造成煤层激动，使得煤粉产出，堵塞渗流通道；另一方面，排采速度过快会使得煤层气井过早出现气液两相流，使得压降漏斗小，泄气面积小。目前煤层气排采制度的确定主要考虑控制煤粉产出和减小应力敏感效应，排采速度均来自现场经验积累，缺乏理论基础，在不同煤层气田适用性差。对煤层气开发过程中相态变化对压降漏斗及井间压力干扰的影响方面，目前还停留在定性认识上，缺乏定量确定方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以定量确定煤层气开发初期排采速度且适用范围广的基于压力传播的煤层气开发初期排采速度确定方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于压力传播的煤层气开发初期排采速度确定方法，包括以下步骤：1)根据压力传播距离与时间的关系，确定给定井网井距条件下井间压力发生干扰所需时间；2)根据步骤1)得到的井间压力发生干扰所需时间，按照均衡降压的理念，确定降压速率：

△p/△t≤[p_i-p_d]/t_int (1)

其中：△p/△t为降压速率，MPa/d；p_i为原始煤层压力，MPa；p_d为临界解吸压力，MPa；t_int为井间压力发生干扰所需时间，d；3)根据步骤2)得到的降压速率，确定煤层气开发初期井筒液面降低速率：

其中：△h/△t为井筒液面降低速率，m/d；ρ_w为水的密度，kg/m³；g为重力加速度，等于9.8m/s²。

所述步骤1)中井间压力发生干扰所需时间t_int依据直井单相水压力传播距离公式确定；对于直井未压裂情况，压力传播在平面上以圆形向外扩展，压力传播半径满足：

其中：r_inv为圆形传播半径，m；t为生产时间，d；k为割理渗透率,mD；φ为煤层割理孔隙度；μ为地层水粘度，mPa·s；C_t为割理系统综合压缩系数，1/MPa；当r_inv等于井距一半时，求得井间压力发生干扰所需时间t_int；对于压裂直井，压力传播在平面上以椭圆形态向外扩展，椭圆的长短半轴分别满足：

其中：a_i、b_i分别为椭圆的长半轴和短半轴，m；ξ_i为中间参数，m；L_f为压裂直井裂缝半长，m；根据实际井距分别求得椭圆长、短半轴方向的井间压力干扰时间，取二者间的最大值为最终井间压力发生干扰所需时间t_int。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于依据压力传播模型确定出给定井距条件下井间压力发生干扰所需时间，并由该时间确定出合理液面下降速率，因此实现了定量确定煤层气开发初期排采速度。2、本发明由于是基于不同开发阶段压力传播规律而建立起来的，因此具有理论基础。3、本发明由于建立了合理的液面下降速率模型，因此适合不同储层物性条件时排采速度的确定。本发明可以广泛应用于不同储层物性条件煤层气田的煤层气开发初期排采速度的定量确定。

附图说明

图1是煤层气初期定排水而后定压生产时压降漏斗曲线示意图

图2是初期排采速度对压力传播距离影响示意图

图3为本发明的流程图

图4为井间压力干扰示意图

图5为井间干扰时间确定示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

在描述本发明的技术方案之前，首先简单说明一下本发明基于的原理，主要包括以下两点：

第一，煤层气开发过程气水两相压力传播速度显著小于初期单相水阶段：由图1可以看出，初期定排水时，压降速度快；随着压力降到解吸压力，形成气液两相流，压降主要消耗在气水两相区，两相区向外扩展速度很慢。

第二，排采速度过快会导致气井过早见气，一旦见气，压降主要消耗在两相区，压力传播速度慢，导致地层远处割理中的水无法排出，井间干扰慢：由图2可以看出，初期采用小排水量生产时，压降漏斗较平缓且延伸远；大排水量生产时，气井见气过早，气液两相渗流阻力大导致压力传播速度显著降低，压降漏斗曲线陡且延伸距离短。为了使煤层气压降漏斗传播的尽可能远，使得井与井之间达到压力干扰，要求在两井压力干扰之前煤层保持单相水流状态。换言之，就是保证井间压力干扰前井底压力尚未达到临界解吸压力。通过确定井间压力干扰所需时间，可制定确定排采速度的方案。

基于以上原理，本发明提出了一种基于压力传播的煤层气开发初期排采速度确定方法，如图3所示，其包括以下步骤：

1)收集煤层物性及流体资料，包括煤层割理孔隙度、地层水粘度和割理系统综合压缩系数。

2)收集井参数，包括井距、压裂井的裂缝半长和方向。

3)根据压力传播距离与时间的关系，确定给定井网井距条件下井间压力发生干扰所需时间t_int。由于该时间t_int内煤层气保持单相水流状态，因此临界状态是压力开始干扰时刻的井底压力等于临界解吸压力。

井间压力发生干扰所需时间t_int依据直井单相水压力传播距离公式确定：

①对于直井未压裂情况，压力传播在平面上以圆形向外扩展，压力传播半径满足：

其中：r_inv为圆形传播半径，m；t为生产时间，d；k为煤层割理渗透率,mD；φ为煤层割理孔隙度；μ为地层水粘度，mPa·s；C_t为割理系统综合压缩系数，1/MPa。当r_inv等于井距一半时，求得井间压力发生干扰所需时间t_int。

②对于压裂直井，压力传播在平面上以椭圆形态向外扩展，椭圆的长短半轴分别满足：

其中：a_i、b_i分别为椭圆的长半轴和短半轴，m；ξ_i为中间参数，m；L_f为压裂直井裂缝半长，m。根据实际井距可分别求得椭圆长、短半轴方向的井间压力干扰时间，取二者间的最大值为最终井间压力发生干扰所需时间t_int，以保证两方向井间压力均达到干扰。

4)收集原始地层压力和临界解吸压力值，并根据得到的井间压力发生干扰所需时间t_int，按照均衡降压的理念，合理降压速率应控制在：

△p/△t≤[p_i-p_d]/t_int (4)

其中：△p/△t为降压速率，MPa/d；p_i为原始煤层压力，MPa；p_d为临界解吸压力，MPa。

5)降压速率是通过排水降低液面高度来实现的，因此，煤层气开发初期井筒液面降低速率(煤层气开发初期排采速度可通过煤层气开发初期井筒液面降低速率来表达)为：

其中：△h/△t为井筒液面降低速率，m/d；ρ_w为水的密度，kg/m³；g为重力加速度，等于9.8m/s²。

下面通过一个实施例来具体说明本发明的工作流程：

1)收集煤层物性及流体资料，包括煤层割理孔隙度、地层水粘度和割理系统综合压缩系数。举例：k＝1～10mD，φ＝0.02，μ＝1mpa·s；C_t＝0.0367MPa^-1。

2)收集井参数，包括井距、压裂井的裂缝半长和方向。以裂缝井为例，井距为400m×300m，裂缝半长L_f＝60m，裂缝方向沿着大井距方向，井点中心到两井距离分别为a_i＝200m和b_i＝150m。

3)计算井间压力发生干扰所需时间，该时间内煤层气保持单相水流状态，临界状态是压力开始干扰时刻的井底压力等于临界解吸压力，如图4所示。对于无压裂直井，采用公式(1)求取井间压力发生干扰所需时间；对于压裂直井，采用公式(2)和(3)求取椭圆长半轴方向和短半轴方向压力传播与时间的关系。以裂缝井为例，计算的压力传播距离与时间关系如图5所示，其中(a)为椭圆长半轴方向压力传播距离与时间关系示意图，(b)为椭圆短半轴方向压力传播距离与时间关系示意图，根据a_i、b_i可确定不同渗透率情况下井间压力干扰时间t_int1、t_int2、t_int3和t_int4，当k＝2mD时，椭圆长、短半轴方向干扰时间分别为38d和23d，取最大干扰时间38d为最终井间压力发生干扰所需时间。

4)收集原始煤层压力和临界解吸压力值，根据公式(4)可计算合理降压速率，根据公式(5)计算煤层气开发初期液面降低速率。以裂缝井为例，假定原始煤层压力为3MPa，临界解吸压力为1.5MPa，则

上述各实施例仅用于说明本发明，其中的一些方法和步骤等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (1)

1.一种基于压力传播的煤层气开发初期排采速度确定方法，包括以下步骤：

1)根据压力传播距离与时间的关系，确定给定井网井距条件下井间压力发生干扰所需时间；

2)根据步骤1)得到的井间压力发生干扰所需时间，按照均衡降压的理念，确定降压速率：

△p/△t≤[p_i-p_d]/t_int (1)

其中：△p/△t为降压速率，MPa/d；p_i为原始煤层压力，MPa；p_d为临界解吸压力，MPa；t_int为井间压力发生干扰所需时间，d；

3)根据步骤2)得到的降压速率，确定煤层气开发初期井筒液面降低速率：

其中：△h/△t为井筒液面降低速率，m/d；ρ_w为水的密度，kg/m³；g为重力加速度，等于9.8m/s²；

所述步骤1)中井间压力发生干扰所需时间t_int依据直井单相水压力传播距离公式确定；对于直井未压裂情况，压力传播在平面上以圆形向外扩展，压力传播半径满足：

其中：r_inv为圆形传播半径，m；t为生产时间，d；k为割理渗透率,mD；φ为煤层割理孔隙度；μ为地层水粘度，mPa·s；C_t为割理系统综合压缩系数，1/MPa；当r_inv等于井距一半时，求得井间压力发生干扰所需时间t_int；

对于压裂直井，压力传播在平面上以椭圆形态向外扩展，椭圆的长短半轴分别满足：

其中：a_i、b_i分别为椭圆的长半轴和短半轴，m；ξ_i为中间参数，m；L_f为压裂直井裂缝半长，m；根据实际井距分别求得椭圆长、短半轴方向的井间压力干扰时间，取二者间的最大值为最终井间压力发生干扰所需时间t_int。