CN105221143B - 一种基于排采资料的煤层渗透率计算方法 - Google Patents

一种基于排采资料的煤层渗透率计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种确定煤层渗透率的方法，属于煤层气储层评价领域。所述方法包括：首先对煤层气井进行排采，记录煤层气井初始液面、日排水量、每天动液面等数据，然后通过煤层排采曲线得到包含煤层渗透率的变量，最后通过方程拟合得到煤层渗透率。本发明实现了在煤层气储层评价中，利用排采资料得到煤层渗透率的方法，煤层气储层有利区评价以及煤层气井排采制度的合理安排提供支持。

Description

一种基于排采资料的煤层渗透率计算方法
【技术领域】
本发明属于煤层气储层评价技术领域，特别涉及一种基于排采资料的煤层渗透率计算方法。
【背景技术】
煤层气的勘探开发对于增加天然气的有效供给、提高煤炭及天然气资源的安全开发及综合利用、发展绿色经济等都具有十分重要的意义。煤层渗透率是煤层气勘探开发有利区评价与优选过程中的关键参数之一。渗透率直接决定了煤层气井开发效果以及煤层气井排采泵的选择、排采制度的安排等。
目前，煤层渗透率最主要的获取方法是通过取煤心在实验室进行测量。该方法不仅成本高，并且难以准确测量煤层渗透率。由于煤层较软，在取心过程中煤层极易破碎，难以得到相对标准的煤心；同时煤心取到地面后，作用在煤层的压力和温度的变化会导致煤层渗透率的变化。此外，由于煤层超低渗透率，一般实验设备测量精度不高，导致煤层渗透率难以准确测量。
对于类似于煤层气井等不能自喷井，可以采取先从井口注入流体，然后关井测压降曲线的方法进行储层研究。根据注入/压降试井测试渗透率原理以及Hornor曲线(如图1所示)，利用压力恢复曲线径向流直线段的斜率计算储层渗透率。注入压降试井的注入过程，应以不压裂地层为好，如果注入过程井底出现压裂裂缝，会使解释模型在不同阶段发生变化，容易造成解释的误差增大。
目前煤层渗透率主要通过现场取心和实验室测量以及现场注入\压降测试的方法，前面论述的两类主要煤层渗透率获取方法都需要实验室或者现场的试验才能得到煤层渗透率，存在成本高、容易破坏煤层等多方面的问题，本发明利用煤层气井在生产过程中的数据来直接得到煤层渗透率，经济可行。
【发明内容】
本发明的目的在于解决上述方法成本高，以及由于煤易碎导致的取心困难以及测量精度不高的问题，提供一种基于排采资料的煤层渗透率计算方法，该方法利用煤层气井在生产过程中的数据来直接得到煤层渗透率，用于煤层气有利区的评价以及排采制度的合理安排，经济可行，为煤层气储层高效勘探开发提供指导。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于排采资料的煤层渗透率计算方法，所述方法按照以下步骤进行操作：
1)对煤层气井进行排采，并获取煤层气井初始液面、日排水量以及每天动液面数据；
2)获取排采段煤层厚度、井眼半径、水的粘度以及煤层压缩系数参数，利用公式转换得到包含煤层渗透率的变量；
3)对该变量通过方程拟合得到煤层渗透率。
本发明的进一步改进在于：
所述步骤1)中，在煤层气井排采之前，记录煤层气井初始液面；其中，液面记录以煤层井口为0点，向下为正。
所述步骤1)中，在煤层气井排采过程中记录每天液面以及排水量。
所述初始液面和动液面均为垂直状态下液面，如为斜井还需要转化到垂直状态下。
所述步骤2)中，选取煤层气井单相流的排采数据来计算。
所述步骤2)中，包含煤层气井渗透率的变量按照如下公式获取：
i为时间记录点，d；
ri为第i天对应有效半径，m；
r为井眼半径，m；
S为表皮系数，无量纲；
K为煤层渗透率，mD；
a为单位转换系数；
h为煤层厚度，m；
si为第i天动液面，m；
s0为煤层气井初始液面。
Qi为第i天排水量，m3/d；
μ为水的粘度，mPa.s；
g为重力加速度，m/s2；
Cp为煤层压缩系数，MPa-1；
Mi为第i个时间记录点对应包含渗透率特征变量值mD-1；
由于有效半径与排采时间成线性关系，因此，具体方程表述为：
其中，b为简化系数；
所述步骤3)中，煤层渗透率的计算方法为：
通过对获得数据按照式(2)拟合，通过使下式最小来得到渗透率K：
其中，m为所记录煤层排采段总时间。
本发明还公开了一种基于排采资料的煤层气井压后渗透率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选取一口实际煤层气排采井，记录该井初始液面s0，同时持续排水并记录每天排水量以及动液面；
2)利用步骤1)获取的煤层气井初始液面s0、日排水量以及动液面排采参数，获取排采井煤层厚度、井眼半径以及水的密度、粘度参数，利用公式转换得到包含煤层气井渗透率的变量，按照如下公式获取：
3)通过对步骤2)获得数据按照方程拟合，通过使下式最小来得到渗透率K：
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明计算煤层渗透率的方法，利用排采资料计算煤层渗透率以及煤层压缩系数的方法，实现了在煤层气储层评价中，利用排采资料所记录的日产水量与液面变化情况来计算煤层渗透率，能在井下温度和压力条件下得到煤层渗透率，计算结果经济可靠，避免了当前实验室测量方法成本高取心难度大以及注入\压降测试方法由于破坏煤层到时解释精度误差大的缺点，为煤层气储层高效勘探开发提供了准确可靠的参数。
【附图说明】
图1是Horner曲线示意图；
图2是本发明实施例1提供的实际井液面与排量随时间变化图；
图3是本发明实施例1提供的包含煤层渗透率特征变量拟合图；
图4是本发明实施例2提供的实际井液面与排量随时间变化图；
图5是本发明实施例2提供的包含煤层渗透率特征变量拟合图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1：
参见图2和图3，基于排采资料的煤层渗透率计算方法，包括以下步骤：
步骤一，选取一口实际煤层气排采井，通过该井所处构造位置、煤层顶底板岩性以及压裂施工曲线等综合判断该井没有发生越流补给(没有外来水通过煤层排出)，记录该井初始液面s0，同时持续排水并记录每天排水量以及动液面。
步骤二，利用步骤一获取的煤层气井初始液面以及日排水量、动液面等排采参数，获取排采井煤层厚度、井眼半径以及水的密度、粘度等参数，其中水的粘度通过《ISO/TR3666-1998》测量得到，具体为0.75mPa.s；水的密度，1.0g/cm3；井眼半径取套管内径，为0.071m；重力加速度为9.8m/s2，煤层厚度为4m，初始液面s0为165m，压缩系数为0.08MPa-1，转换系数a为0.0864包含煤层气井渗透率的变量按照如下公式获取：
具体该计算结果如表1所示。
步骤三，通过对步骤二获得数据按照方程拟合，通过使下式最小来得到渗透率K。
通过数据拟合，如图3所示，从拟合效果来看，相关系数达到0.85以上，拟合效果好。由图3可知1/K＝0.0633，则渗透率K为15.80mD。
实施例2：
一种煤层气井压后渗透率计算方法，包括以下步骤：
参见图4和图5，基于排采资料的煤层渗透率计算方法，包括以下步骤：
步骤一，选取一口实际煤层气排采井，通过该井所处构造位置、煤层顶底板岩性以及压裂施工曲线等综合判断该井没有发生越流补给(没有外来水通过煤层排出)，记录该井初始液面s0，同时持续排水并记录每天排水量以及动液面。
步骤二，利用步骤一获取的煤层气井初始液面以及日排水量、动液面等排采参数，获取排采井煤层厚度、井眼半径以及水的密度、粘度等参数，其中水的粘度通过《ISO/TR3666-1998》测量得到，具体为0.75mPa.s；水的密度，1.01g/cm3；井眼半径取套管内径，为0.071m；重力加速度为9.8m/s2，煤层厚度为2m，初始液面s0为215m，压缩系数为0.08MPa-1，转换系数a为0.0864包含煤层气井渗透率的变量按照如下公式获取：
具体该计算结果如表2所示。
步骤三，通过对步骤二获得数据按照方程拟合，通过使下式最小来得到渗透率K。
通过数据拟合，如图5所示，从拟合效果来看，相关系数达到0.90以上，拟合效果好。由图5可知1/K＝0.0690，则渗透率K为14.49mD。
本发明实施例提供的方法，通过选取不受越流补给煤层气井排采曲线，利用公式转化得到渗透率变化趋势，选取能反应煤层渗透率变化数据段，通过指数拟合的方法实现了煤层渗透率的计算。本发明实现了在煤层气井排采过程中，利用排采资料获取煤层原始渗透率的方法，该方法有效避免了煤层取心困难以及成本高的特点，又能有效避免煤层附近射孔以及压裂对煤层渗透率的影响，计算结果更加符合实际地质情况，准确性较高，在煤层气勘探开发以及排采过程提供关键参数，具有一定的应用前景。
表1本发明实例1计算数据表
表2本发明实例2计算数据表
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于排采资料的煤层渗透率计算方法，其特征在于，所述方法按照以下步骤进行操作：
1)对煤层气井进行排采，并获取煤层气井初始液面、日排水量以及每天动液面数据；
2)获取排采段煤层厚度、井眼半径、水的粘度以及煤层压缩系数参数，利用公式转换得到包含煤层渗透率的变量；
其中，包含煤层气井渗透率的变量按照如下公式获取：
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i为时间记录点，d；
ri为第i天对应有效半径，m；
rw为井眼半径，m；
S为表皮系数，无量纲；
K为煤层渗透率，mD；
a为单位转换系数；
h为煤层厚度，m；
si为第i天动液面，m；
s0为煤层气井初始液面；
Qi为第i天排水量，m3/d；
μ为水的粘度，mPa.s；
g为重力加速度，m/s2；
Cp为煤层压缩系数，MPa-1；
Mi为第i个时间记录点对应包含渗透率特征变量值mD-1；
由于有效半径与排采时间成线性关系，因此，具体方程表述为：
<mrow> <mfrac> <mrow> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>K</mi> </mfrac> <mo>+</mo> <mi>b</mi> <mo>=</mo> <mi>M</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，b为简化系数；
3)对该变量通过方程拟合得到煤层渗透率。
2.如权利要求1所述的基于排采资料的煤层渗透率计算方法，其特征在于，所述步骤1)中，在煤层气井排采之前，记录煤层气井初始液面；其中，液面记录以煤层井口为0点，向下为正。
3.如权利要求1所述的基于排采资料的煤层渗透率计算方法，其特征在于，所述步骤1)中，在煤层气井排采过程中记录每天液面以及排水量。
4.如权利要求1或2或3所述的基于排采资料的煤层渗透率计算方法，其特征在于，所述初始液面和动液面均为垂直状态下液面。
5.如权利要求1所述的基于排采资料的煤层渗透率计算方法，其特征在于，所述步骤2)中，选取煤层气井单相流的排采数据来计算。
6.如权利要求1所述的基于排采资料的煤层渗透率计算方法，其特征在于，所述步骤3)中，煤层渗透率的计算方法为：
通过对获得数据按照式(2)拟合，通过使下式最小来得到煤层渗透率K：
<mrow> <mi>min</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <munderover> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mfrac> <mrow> <mi>ln</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>K</mi> </mfrac> <mo>+</mo> <mi>b</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>M</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，m为所记录煤层排采段总时间。
7.一种基于排采资料的煤层气井压后渗透率计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)选取一口实际煤层气排采井，记录该井初始液面s0，同时持续排水并记录每天排水量以及动液面；
2)利用步骤1)获取的煤层气井初始液面s0、日排水量以及动液面排采参数，获取排采井煤层厚度、井眼半径以及水的密度、粘度参数，利用公式转换得到包含煤层气井渗透率的变量，按照如下公式获取：
<mrow> <mfrac> <mrow> <mi>ln</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mfrac> <msub> <mi>r</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>r</mi> <mi>w</mi> </msub> </mfrac> <mo>+</mo> <mi>S</mi> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>K</mi> </mfrac> <mo>=</mo> <mi>a</mi> <mfrac> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>h</mi> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>g</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>s</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mrow> <msub> <mi>Q</mi> <mi>i</mi> </msub> <mi>&amp;mu;</mi> </mrow> </mfrac> <mi>exp</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mo>-</mo> <mn>3</mn> <mi>C</mi> <mi>p</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>g</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <msub> <mi>s</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>s</mi> <mn>0</mn> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <msup> <mn>10</mn> <mrow> <mo>-</mo> <mn>3</mn> </mrow> </msup> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>M</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow>
i为时间记录点，d；
ri为第i天对应有效半径，m；
rw为井眼半径，m；
S为表皮系数，无量纲；
K为煤层渗透率，mD；
a为单位转换系数；
h为煤层厚度，m；
si为第i天动液面，m；
s0为煤层气井初始液面；
Qi为第i天排水量，m3/d；
μ为水的粘度，mPa.s；
g为重力加速度，m/s2；
Cp为煤层压缩系数，MPa-1；
Mi为第i个时间记录点对应包含渗透率特征变量值mD-1；
3)通过对步骤2)获得数据按照方程拟合，通过使下式最小来得到渗透率K：
<mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mfrac> <mrow> <mi>l</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mi>K</mi> </mfrac> <mo>+</mo> <mi>b</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>M</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，b为简化系数，m为所记录煤层排采段总时间。
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