CN109281663A - 一种确定煤层气储层渗透率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定煤层气储层渗透率的方法，包括以下步骤：1)建立稳定渗流状态下储层渗透率的计算模型；2)获取煤层气井的排采生产数据；3)煤层气井进入稳产阶段的判断；4)计算煤层气井储层渗透率。本发明能够方便地分析煤层气井所处阶段，对于处于稳产气阶段的煤层气井，将煤层气井的排采生产数据代入渗透率计算模型即可得到对应时间步下的煤层气井渗透率，实现煤层气井稳产气阶段任一时刻下的渗透率值的计算，利于煤层气井渗透率动态变化规律的分析，为煤层气井的合理开发提供科学依据和关键技术手段。

Description

一种确定煤层气储层渗透率的方法

技术领域

本发明涉及一种通过稳产气阶段煤层气井的排采数据来确定煤层气储层渗透率的方法，属于煤层气开发领域。

背景技术

煤层渗透率是煤层气开发过程中至关重要的一个影响因素，决定了煤层气的渗流能力，也是煤层气井产量及后期煤层气开发方案调整等的重要依据。评价煤层渗透率的主要手段有不稳定试井，岩心测试等。但在实际的煤层气生产现场，由于上述资料获取难度较大、费用较高，有时没有上述资料或者资料不全，并且煤层渗透率随着生产的进行会发生变化，所以有必要研究由生产资料来快速而准确地反求渗透率，为煤层气井的合理开发提供科学依据和关键技术手段。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种通过稳产气阶段煤层气井的排采数据来确定煤层气储层渗透率的方法，为煤层气井的合理开发提供科学依据和关键技术手段。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，一种确定煤层气储层渗透率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立稳定渗流状态下储层渗透率的计算模型：

①在稳流渗流状态下，煤层气的生产可看作是在均质、等温、等厚圆形地层中，中心的一口煤层气井在小的时间步下以定产量进行生产，稳定渗流的微分方程表示为：

式(1)是一个二阶常微分方程，其通解为：

式中，r表示地层中某一点距煤层气井的距离；为压力函数；C₁、C₂为常数；

其中，压力函数的表达式为：

式中，ρ为气体密度；P为当前地层压力；C为常数；

其中，ρ符合真实气体的状态方程：

式中，T_a为标准状况下气体温度；T_f为地层温度；P_a为标准状况下气体压力；z为压缩因子；z_a为标准状况下的压缩因子；ρ_a为标准状况下气体密度；

②根据井壁以及外边界处压力的临界值计算压力函数

其中，井壁处：r＝r_w，

外边界处：r＝r_e，

式中，r_e为解吸半径；为临界解吸压力的压力函数；r_w为井筒半径；为井底压力的压力函数；

将式(5)、式(6)代入式(2)中得到：

将式(7)代入(2)式得压力函数的表达式：

③利用达西定律计算稳定渗流状态下气井产气量Q：

由于是气体渗流，体积流量随压力会发生变化，但在稳定渗流状态下，质量流量是常数，它等于过水断面乘以质量流速，即：

M＝Aρυ (9)

式中，A为过水断面的横截面积，且A＝2πrh，h为地层厚度；ρ为气体密度；υ为气体流速；

根据达西定律另一表达式可得：

式中，K为割理渗透率；μ为气体粘度；

结合式(3)、(9)和(10)得到：

式中，h为地层厚度；

对式(11)进行分离变量积分得到：

根据式(12)得到：

根据式(3)压力函数的定义，且将式(4)带入(3)式中，得到：

上式中z_a＝1，则上式积分得：

式中，P_e为临界解吸压力；P_w为井底压力；

将式(15)带入式(13)，并用体积流量表示，因为标准状况下的气体体积流量，则得到标准状况下平面径向流气井体积流量表达式：

④变换气井产气量Q表达式(16)得到储层渗透率计算模型：

2)获取煤层气井的排采生产数据：

对煤层气井进行排采，获取煤层气井初始液面、日排水量、日产气量以及每天动液面，计算出煤层气井的累产水量；

获取排采段煤层厚度、井眼半径、煤层温度、气的粘度和压缩系数、煤层压缩系数、井距；

获取煤层气储层孔隙度、含气量、临界解吸压力、煤层气井底压力，临界解吸半径；

3)煤层气井进入稳产阶段的判断：

计算煤层气井的实际煤层水采出程度，根据步骤2)中获得的煤储层孔隙度，查看煤储层孔隙度与地层水采出程度关系曲线图，获得该地层条件下实现整体解吸时所需煤层水采出程度，若煤层水采出程度大于实现整体解吸所需煤层水采出程度，则判断该井进入递减期，不处于稳产阶段；若煤层水采出程度小于实现整体解吸所需煤层水采出程度，且煤层气井产气，则判断该井进入稳产阶段；

4)计算煤层气井储层渗透率：

根据步骤3)判断结果，对于进入稳产阶段的气井，将步骤2)中获得的排采生产数据代入式(17)中，得到该煤层气井的储层渗透率；

对于不处于稳产阶段而处于递减期的气井，可计算上一个时间步内的煤层水采出程度，直至煤层水采出程度小于实现井间干扰所需采出程度，再将步骤2)中对应的数据代入式(17)内，得到该气井处于稳流阶段时的储层渗透率。

进一步地，在步骤3)中，煤层气井的实际煤层水采出程度计算公式如下：

式中，W为步骤2)中煤层气井累产水量；N_w为煤层气井井控范围内的水储量；

煤层气井井控范围内的水储量为：

N_w＝a×a×h₁×φ (19)

式中，a、h₁、φ分别为步骤2)中获得的井距、为煤层厚度和煤层气储层孔隙度。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：1、本发明通过煤层气井稳产气阶段产能方程推导得到渗透率计算模型，获取煤层气井的排采生产数据即可快速方便计算得到渗透率值。2、本发明通过比较煤层气井实际煤层水采出程度和实现整体解吸的煤层水采出程度对比，判断煤层气井是否处于稳产阶段，对于不处于稳产阶段的煤层气井，获取其它时间步下的排采生产数据，计算其它时间下的煤层水采出程度，直至找到煤层气井的稳产气阶段，将对应的排采生产数据代入渗透率计算模型，即可得该时间步下煤层气井在稳产气阶段的渗流率，本发明能够方便地分析煤层气井所处阶段，计算煤层气井稳产气阶段任一时刻下的渗透率值，并分析渗透率动态变化规律，为煤层气井的合理开发提供科学依据和关键技术手段。

附图说明

图1是煤储层孔隙度与地层水采出程度关系曲线图。

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。

本发明提供了一种确定煤层气储层渗透率的方法，其包括以下步骤：

1)建立稳定渗流状态下储层渗透率的计算模型：

①在稳流渗流状态下，煤层气的生产可看作是在均质、等温、等厚圆形地层中，中心的一口煤层气井在小的时间步下以定产量进行生产，稳定渗流的微分方程可以表示为：

式(1)是一个二阶常微分方程，其通解为：

式中，r表示地层中某一点距煤层气井的距离；为压力函数；C₁、C₂为常数；

其中，压力函数的表达式为：

式中，ρ为气体密度；P为当前地层压力；C为常数；

其中，ρ符合真实气体的状态方程：

式中，T_a为标准状况下气体温度；T_f为地层温度；P_a为标准状况下气体压力；z为压缩因子；z_a为标准状况下的压缩因子；ρ_a为标准状况下气体密度；

②根据井壁以及外边界处压力的临界值计算压力函数

其中，井壁处：r＝r_w，

外边界处：r＝r_e，

式中，r_e为解吸半径；为临界解吸压力的压力函数；r_w为井筒半径；为井底压力的压力函数；

由于煤层气为吸附气，只有当地层压力低于临界解吸压力时，煤层气解吸成为自由气，而解吸范围以外的地层无气体运动；

将式(5)、式(6)代入式(2)中得到：

将式(7)代入(2)式得压力函数的表达式：

③利用达西定律计算稳定渗流状态下气井产气量Q：

由于是气体渗流，体积流量随压力会发生变化，但在稳定渗流状态下，质量流量是常数，它等于过水断面乘以质量流速，即：

M＝Aρυ (9)

式中，A为过水断面的横截面积，且A＝2πrh，h为地层厚度；υ为气体流速；

根据达西定律另一表达式可得：

式中，K为割理渗透率；μ为气体粘度；

结合式(3)、(9)和(10)可得：

式中，h为地层厚度；

对式(11)进行分离变量积分可得：

根据式(12)得到：

根据式(3)压力函数的定义，且将式(4)带入(3)式中，得到：

上式中z_a＝1，则上式积分得：

式中，P_e为临界解吸压力；P_w为井底压力；

将式(15)带入式(13)，并用体积流量表示，因为标准状况下的气体体积流量，则得到标准状况下平面径向流气井体积流量表达式：

④变换气井产气量Q表达式(16)得到储层渗透率计算模型：

2)获取煤层气井的排采生产数据：

对煤层气井进行排采，获取煤层气井初始液面、日排水量、日产气量以及每天动液面等数据，计算出煤层气井的累产水量；

获取排采段煤层厚度、井眼半径、煤层温度、气的压力，气的温度、气的粘度和压缩系数、煤层压缩系数、井距等参数；

获取煤层气储层孔隙度、含气量、临界解吸压力、煤层气井底压力，临界解吸半径等数据；

3)煤层气井进入稳产阶段(即稳定渗流阶段)的判断：

①根据步骤2)中获得的井距、煤层厚度和煤层气储层孔隙度来计算煤层气井井控范围内的水储量N_w：

N_w＝a×a×h₁×φ (18)

式中，a为井距；h₁为煤层厚度；φ为煤层气储层孔隙度；

②根据步骤2)中获得的煤层气井累产水量W，计算煤层气井实际工况下的煤层水采出程度R_w：

煤层水采出程度R_w计算公式如下：

③根据步骤2)中获得的煤储层孔隙度，查看煤储层孔隙度与地层水采出程度关系曲线图(如图1所示)，获得该地层条件下实现整体解吸时所需煤层水采出程度；

④比较煤层水采出程度R_w与实现整体解吸时所需煤层水采出程度大小，判断煤层气井是否进入稳产阶段：

若煤层水采出程度R_w大于实现整体解吸所需采出程度，则判断该井进入递减期，不处于稳产阶段；若煤层水采出程度R_w小于实现整体解吸所需煤层水采出程度，且煤层气井产气，则判断该井进入稳产阶段；

4)计算煤层气井储层渗透率：

根据步骤3)判断结果，对于进入稳产阶段的气井，将步骤2)中获得的排采生产数据代入式(17)中，得到该煤层气井的储层渗透率；

对于不处于稳产阶段而处于递减期的气井，可计算上一个时间步内的煤层水采出程度R_w，直至煤层水采出程度R_w小于实现井间干扰所需采出程度(即实现整体解吸所需煤层水采出程度)，再将步骤2)中对应的数据代入式(17)内，得到该气井处于稳流阶段时的储层渗透率。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (2)

1.一种确定煤层气储层渗透率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立稳定渗流状态下储层渗透率的计算模型：

①在稳流渗流状态下，煤层气的生产可看作是在均质、等温、等厚圆形地层中，中心的一口煤层气井在小的时间步下以定产量进行生产，稳定渗流的微分方程表示为：

式(1)是一个二阶常微分方程，其通解为：

式中，r表示地层中某一点距煤层气井的距离；为压力函数；C₁、C₂为常数；

其中，压力函数的表达式为：

式中，ρ为气体密度；P为当前地层压力；C为常数；

其中，ρ符合真实气体的状态方程：

式中，T_a为标准状况下气体温度；T_f为地层温度；P_a为标准状况下气体压力；z为压缩因子；z_a为标准状况下的压缩因子；ρ_a为标准状况下气体密度；

②根据井壁以及外边界处压力的临界值计算压力函数P～：

其中，井壁处：r＝r_w，

外边界处：r＝r_e，

式中，r_e为解吸半径；为临界解吸压力的压力函数；r_w为井筒半径；为井底压力的压力函数；

将式(5)、式(6)代入式(2)中得到：

将式(7)代入(2)式得压力函数的表达式：

③利用达西定律计算稳定渗流状态下气井产气量Q：

由于是气体渗流，体积流量随压力会发生变化，但在稳定渗流状态下，质量流量是常数，它等于过水断面乘以质量流速，即：

M＝Aρυ (9)

式中，A为过水断面的横截面积，且A＝2πrh，h为地层厚度；ρ为气体密度；υ为气体流速；

根据达西定律另一表达式可得：

式中，K为割理渗透率；μ为气体粘度；

结合式(3)、(9)和(10)得到：

式中，h为地层厚度；

对式(11)进行分离变量积分得到：

根据式(12)得到：

根据式(3)压力函数的定义，且将式(4)带入(3)式中，得到：

上式中z_a＝1，则上式积分得：

式中，P_e为临界解吸压力；P_w为井底压力；

将式(15)带入式(13)，并用体积流量表示，因为标准状况下的气体体积流量，则得到标准状况下平面径向流气井体积流量表达式：

④变换气井产气量Q表达式(16)得到储层渗透率计算模型：

2)获取煤层气井的排采生产数据：

对煤层气井进行排采，获取煤层气井初始液面、日排水量、日产气量以及每天动液面，计算出煤层气井的累产水量；

获取排采段煤层厚度、井眼半径、煤层温度、气的粘度和压缩系数、煤层压缩系数、井距；

获取煤层气储层孔隙度、含气量、临界解吸压力、煤层气井底压力，临界解吸半径；

3)煤层气井进入稳产阶段的判断：

计算煤层气井的实际煤层水采出程度，根据步骤2)中获得的煤储层孔隙度，查看煤储层孔隙度与地层水采出程度关系曲线图，获得该地层条件下实现整体解吸时所需煤层水采出程度，若煤层水采出程度大于实现整体解吸所需煤层水采出程度，则判断该井进入递减期，不处于稳产阶段；若煤层水采出程度小于实现整体解吸所需煤层水采出程度，且煤层气井产气，则判断该井进入稳产阶段；

4)计算煤层气井储层渗透率：

根据步骤3)判断结果，对于进入稳产阶段的气井，将步骤2)中获得的排采生产数据代入式(17)中，得到该煤层气井的储层渗透率；

对于不处于稳产阶段而处于递减期的气井，可计算上一个时间步内的煤层水采出程度，直至煤层水采出程度小于实现井间干扰所需采出程度，再将步骤2)中对应的数据代入式(17)内，得到该气井处于稳流阶段时的储层渗透率。

2.如权利要求1所述的一种确实煤层气储层渗透率的方法，其特征在于：在步骤3)中，煤层气井的实际煤层水采出程度计算公式如下：

式中，W为步骤2)中煤层气井累产水量；N_w为煤层气井井控范围内的水储量；

煤层气井井控范围内的水储量为：

N_w＝a×a×h₁×φ (19)

式中，a、h₁、φ分别为步骤2)中获得的井距、为煤层厚度和煤层气储层孔隙度。