CN115492562A - 一种定量优化煤层气井水力压裂工艺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种定量优化煤层气井水力压裂工艺的方法，具体是采用油藏压力降落试井分析方法，计算出煤层气井改造初始渗透率，再结合煤层气井的水力压裂数据，回归分析确定改造初始渗透率的阈值和压裂工艺参数的阈值，最终实现对煤储层改造效果的定量评价，并以此为基础来进一步实现对压裂工艺的优化。较现有技术而言，本申请首次提出能够定量、准确的评价煤层气井储层改造效果的方法，对煤层气的高效开发具有指导作用。
Description
技术领域
本发明属于煤层气开发工程技术领域，具体涉及一种定量优化煤层气井水力压裂工艺的方法，尤其涉及一种定量评价煤储层改造效果和优化压裂工艺的方法。
背景技术
煤层气井储层改造的核心技术是改善煤储层渗透率，目前煤层改造技术主要有水力压裂、高能气体压裂和多级强脉冲加载压裂技术，其中应用最为广泛的是水力压裂增产改造技术。水力压裂是利用地面高压泵组，以超过地层吸液能力的排量将高粘压裂液泵入井内而在井底产生高压，当该压力超过井壁附近地应力并达到岩石抗张强度，使地层产生裂缝。继续注入压裂液使水力裂缝逐渐延伸；随后注入带有支撑剂的混砂液，使水力裂缝继续延伸并在缝中填充支撑剂。停泵后，由于支撑剂对裂缝壁面的支撑作用，在地层中形成足够长的、足够宽的填砂裂缝，从而实现油气井增产和注水井增注。
煤层气井压裂施工效果的好坏不仅取决于地质条件和储层条件，更是受到压裂技术和压裂工艺的直接影响。地质条件和储层条件是天然形成、不可改变的，工程施工方面所能做的就是根据地层条件来制定合理的压裂技术方案，进而尽可能的改善煤层的导流能力。
目前来看，煤储层改造效果评价及对压裂工艺的优化仍主要停留在定性阶段，且多采用压裂曲线、数值模拟软件历史拟合生产曲线、微地震监测等手段来定性判断煤储层改造效果，且常以压裂工艺参数和煤层气井产能建立的函数关系，定量优化压裂工艺。但由于影响煤层气井产能的因素较多，压裂工艺参数与煤层气井产能的函数关系并不能有效指导压裂工艺参数的优化。因此，亟需建立煤储层改造渗透率反演数学模型，并以此定量评价煤储层改造效果和优化压裂工艺。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提出一种能定量评价煤储层改造效果的定量评价煤储层改造效果和优化压裂工艺。
本发明的技术方案为：一种定量优化煤层气井水力压裂工艺的方法，包括如下步骤：
(1)数据准备、整理归纳排采数据和压裂数据：包括开发井的日均产气量、单位米厚压裂液和单位米厚支撑剂；
(2)反演煤储层改造初始渗透率：基于油藏压力降落试井分析方法，计算煤层气井的改造初始渗透率；
(3)回归分析确定改造初始渗透率的阈值：根据反演煤储层改造初始渗透率，结合日均产气量，回归分析计算改造初始渗透率的阈值；
(4)回归分析确定压裂工艺参数的阈值：根据步骤(3)的结果，结合单位米厚压裂液和支撑剂，回归分析计算单位米厚压裂液和支撑剂的阈值；
(5)优化压裂工艺，定量评价改造效果，根据步骤(2)和步骤(4)的结果对煤层气井储层水力压裂工艺进行优化、定量评价煤层气井改造效果。
进一步地，步骤(1)中，选取的开发井为产气进入衰减阶段的开发井。
进一步地，步骤(1)中，获得开发井的日均产气量后根据产气量大小将煤层气井划分为日均产气量<1000m3/d的低产井、日均产气量在1000-2000m3/d的中产井和日均产气量>2000m3/d的高产井。
进一步地，步骤(1)中，单位米厚压裂液和单位米厚支撑剂是在整理出压裂数据中的压裂液量和支撑剂量后除以煤层厚度获得的。
进一步地，步骤(2)中，基于油藏压力降落试井分析方法计算出的是饱和水单向流中煤储层的动态渗透率。
进一步地，步骤(2)中，是以计算出的煤层气井排采前5天的平均渗透率作为煤层气井的改造初始渗透率。
进一步地，计算煤储层动态渗透率时首先计算出在t时刻的井底压力差△Pwf(t)
若以Pwf(t)或△Pwf(t)为纵坐标，以lgt为横坐标，则该流动阶段的压力降落呈线性关系，直线段的斜率|m|为：
由直线段的斜率即可求得储层渗透率K：
式中：pwf(t)为距离井r处在t时刻的压力，MPa；pi为原始地层压力，MPa；rw为井筒半径，m；t为从开井起算的时间，h；K为储层渗透率，μm2；h为煤层的厚度，m；μ为流体粘度，mPa·s；q为井的地面产量，m3/d；B为流体的体积系数，m3/m3；Φ为地层孔隙度，小数；Ct为综合压缩系数，MPa-1；S为表皮系数。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、本申请采用油藏压力降落试井方法，计算出煤层气井改造初始渗透率，结合煤层气井的水力压裂数据，进行煤储层改造效果的定量评价工作，与现有技术相比，本申请首次提出能够定量、准确的评价煤层气井储层改造效果的方法，并可以此为基础对压裂工艺进行进一步优化，对煤层气的高效开发具有指导作用；
2、本申请公开的定量优化工艺还可以借鉴到其他非常规天然气储层，比如页岩气储层、砂岩气储层等的开发中，为煤层气的有效开发提供建设性意见。
附图说明
图1为煤层气井压裂工艺参数优化流程图；
图2为压力降落试井分析半对数曲线；
图3为日均产气量与改造初始渗透率的关系曲线；
图4为改造初始渗透率与单位米厚压裂液的关系曲线；
图5为改造初始渗透率与单位米厚支撑剂的关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1：
本实施例主要采用油藏压力降落试井分析方法，反演煤储层排采过程中的动态渗透率。煤层气井的生产过程大致可划分为3个阶段，分别为饱和水单相流、欠饱和水单相流和气水两相流阶段。由于欠饱和水单相流和气水两相流阶段均有煤层气的参与产出，与油藏压力降落试井分析方法的建模假设条件不符。因此，本实施例中是采用油藏压力降落试井分析方法，计算饱和水单相流中煤储层的动态渗透率，结合煤层气井平均产气量和水力压裂数据，进行定量评价煤储层改造效果和优化压裂工艺。
具体的操作流程参考图1
(1)数据准备，整理归纳排采数据和压裂数据
生产井需要选取排采进入产气衰减阶段的开发井，开发井产气主要经历提产期、稳产期和衰减期这三个阶段，进行生产井选取时理论上是可以选择位于提产期或衰减期的开发井，但是由于提产期至稳产期之间的过渡界限不明确，而经历过提产期和稳产期后进入产气衰减期的开发井的产气峰值更加容易确定，相比来说选择排采进入产气衰减阶段的开发井作为生产井，所得数据更加具有代表性。
为了进一步准确分析滇东黔西煤层气井产能的特征，按照排序前200天日均产气量(简称日均产气量)的大小，将煤层气井划分为低产井(<1000m3/d)、中产井(1000-2000m3/d)和高产井(>2000m3/d)。
接着，整理压裂数据中的压裂液量和支撑剂量，除以煤层厚度，得到单位米厚压裂液和单位米厚支撑剂。
(2)反演煤储层改造初始渗透率
基于油藏压力降落试井分析方法，计算煤层气井排采前5天的平均渗透率，并以此作为煤储层的改造初始渗透率(参见图2)。之所以将排采前5天煤储层的动态渗透率平均值定义为改造初始渗透率是因为在煤层气井排采的前5天，煤储层受到的伤害最小，更加能够真实反映出煤储层改造后的效果。
计算煤储层动态渗透率时需首先计算出在t时刻的井底压力差△Pwf(t)
式中：pwf(t)为距离井r处在t时刻的压力，MPa；pi为原始地层压力，MPa；rw为井筒半径，m；t为从开井起算的时间，h；K为储层渗透率，μm2；h为煤层的厚度，m；μ为流体粘度，mPa·s；q为井的地面产量，m3/d；B为流体的体积系数，m3/m3；Φ为地层孔隙度，小数；Ct为综合压缩系数，MPa-1；S为表皮系数。
若以pwf(t)或△Pwf(t)为纵坐标，以lgt为横坐标，则该流动阶段的压力降落呈线性关系，直线段的斜率|m|为：
由直线段的斜率即可求得储层渗透率K：
(3)回归分析确定改造初始渗透率的阈值
根据反演的煤层气井改造初始渗透率，结合煤层气的日均产气量，通过回归分析即可计算出改造初始渗透率的阈值。
由图3可知，若想煤层气井日均产气量超过临界值1000m3/d，初始改造渗透率的阈值需达到2.4mD以上。
(4)回归分析确定压裂工艺参数的阈值
通过步骤(3)得到煤储层改造初始渗透率的阈值，结合压裂数据中单位米厚压裂液和单位米厚支撑剂，借助回归分析方法，即可计算压裂工艺参数的阈值(图4和图5)。从图4和图5可知，若想改造初始渗透率达到2.4mD，单位米厚压裂液需超过210m3/m，单位米厚支撑剂需要超过14m3/m。
(5)优化压裂工艺，定量评价改造效果
基于步骤(2)和步骤(4)得到的煤层气井的改造初始渗透率、压裂工艺参数的阈值，即可对煤层气井储层改造压裂工艺进行优化，并且可以直观定量评价煤层气井的改造效果。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种定量优化煤层气井水力压裂工艺的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)数据准备、整理归纳排采数据和压裂数据：包括开发井的日均产气量、单位米厚压裂液和单位米厚支撑剂；
(2)反演煤储层改造初始渗透率：基于油藏压力降落试井分析方法，计算煤层气井的改造初始渗透率；
(3)回归分析确定改造初始渗透率的阈值：根据反演煤储层改造初始渗透率，结合日均产气量，回归分析计算改造初始渗透率的阈值；
(4)回归分析确定压裂工艺参数的阈值：根据步骤(3)的结果，结合单位米厚压裂液和支撑剂，回归分析计算单位米厚压裂液和支撑剂的阈值；
(5)优化压裂工艺，定量评价改造效果，根据步骤(2)和步骤(4)的结果对煤层气井储层水力压裂工艺进行优化、定量评价煤层气井改造效果。
2.根据权利要求1所述的一种定量优化煤层气井水力压裂工艺的方法，其特征在于，步骤(1)中，选取的开发井为产气进入衰减阶段的开发井。
3.根据权利要求1所述的一种定量优化煤层气井水力压裂工艺的方法，其特征在于，步骤(1)中，获得开发井的日均产气量后根据产气量大小将煤层气井划分为日均产气量<1000m3/d的低产井、日均产气量在1000-2000m3/d的中产井和日均产气量>2000m3/d的高产井。
4.根据权利要求1所述的一种定量优化煤层气井水力压裂工艺的方法，其特征在于，步骤(1)中，单位米厚压裂液和单位米厚支撑剂是在整理出压裂数据中的压裂液量和支撑剂量后除以煤层厚度获得的。
5.根据权利要求1所述的一种定量优化煤层气井水力压裂工艺的方法，其特征在于，步骤(2)中，基于油藏压力降落试井分析方法计算出的是饱和水单向流中煤储层的动态渗透率。
6.根据权利要求1所述的一种定量优化煤层气井水力压裂工艺的方法，其特征在于，步骤(2)中，是以计算出的煤层气井排采前5天的平均渗透率作为煤层气井的改造初始渗透率。
7.根据权利要求6所述的一种定量优化煤层气井水力压裂工艺的方法，其特征在于，计算煤储层动态渗透率时首先计算出在t时刻的井底压力差△Pwf(t)
若以Pwf(t)或△Pwf(t)为纵坐标，以lgt为横坐标，则该流动阶段的压力降落呈线性关系，直线段的斜率|m|为：
由直线段的斜率即可求得储层渗透率K：
式中：pwf(t)为距离井r处在t时刻的压力，MPa；pi为原始地层压力，MPa；rw为井筒半径，m；t为从开井起算的时间，h；K为储层渗透率，μm2；h为煤层的厚度，m；μ为流体粘度，mPa·s；q为井的地面产量，m3/d；B为流体的体积系数，m3/m3；Φ为地层孔隙度，小数；Ct为综合压缩系数，MPa-1；S为表皮系数。
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