煤层气井型选择及参数优化

煤层气井型选择及参数优化CBMwell-typeselectionandparameteroptimization1/29小组成员：陈添居培导师：汪志明教授翟应虎教授时间：2012年4月2/29提纲：提纲煤层气资源概述3/29

上世纪70年代，美国在圣胡安（SanJuanBasin）和黑勇士（BlackWarriorBasin）盆地的煤层气开采获得了成功，90年代以后，又开发犹因塔（UintahBasin）和粉河（PowderRiverBasin）等盆地的煤层气，也相继获得了成功。我国从80年代中期开始进行煤层气地面开发的研究和试验，目前，煤层气开发集中在沁水盆地和鄂尔多斯盆地。截止2011年，全国钻煤层气井6000余口，其中生产井近3000口。国家煤层气资源（万亿m3）国家煤层气资源（万亿m3）俄罗斯113德国3加拿大76波兰3中国36.8英国2美国21乌克兰2澳大利亚14哈萨克斯坦1世界主要产煤国煤层气资源4/29煤层气资源概述我国煤层气资源量丰富，居世界第三；2000m以浅资源总量约36.81万亿m3，可采资源量约10.9万亿m3

。煤层气井型5/29地面采动区井地面垂直井羽状水平井多底井U型井6/29非常规井开采广义：除常规钻井技术所钻的直井之外的井狭义：包括水平井、大位移井、多底/多分支井和原井再钻井（老井侧钻、套管开窗及侧钻小井眼）在内的新型油井

非常规井（unconventionalwells)7/29非常规井开采与常规直井技术相比，非常规水平井技术的优点主要有：1）增加有效供给范围2）提高导流能力3）减少对煤层的伤害4）单井产量高、经济效益好5）具有广阔的应用前景8/29煤层气井型选择截止2009年底，全国累计钻井3713口（含102口水平井），目前，大部分核心技术，许多项关键技术国内并未掌握，设备成本高，开发风险较大，从而导致使用水平井开采煤层气难以获得较好的经济效益。9/29煤层气井型选择IanPalmer：煤层气井型选择10/29按照储层渗透率、煤层厚度、煤层原始地层压力、含水量、储层产状等，将煤储层分为三类：按煤层气储层类型选择

І类储层特点是高压、高渗（大于0.5md）、厚度（5m以上），含气量可高可低。Ⅱ类三个关键参数渗透率、压力及含气量有一项或两项不是太高，但仍然算较好的储层。Ⅲ类储层渗透率、压力较低，含气量较低，煤储层可能较薄。11/29煤层气井型选择煤层总厚度（m）含气量（m3/t)含气饱和度（%）地解比孔隙直径（μm）巨厚>50高>20高>80高>0.7大孔>1厚10~50较高15~20中等50~80中等0.4~0.7中孔0.1~1中等3~10中等8~15低0.2~0.4小孔0.01~0.1薄<3低<8低<50特低<0.2微孔<0.01割理(条/m)原始渗透率

(mD)灰分含量(%)有效地应力(Mp)资源丰度(×108m3/km2)发育>100高>5低<15有利<10高>2较发育50~100较高0.5~5中等15~25较有利10~20中等0.5~2中等0.1~0.5较高25~40不发育<50低<0.5高>40不利>20低<0.5

煤层气评价参数分级（据赵庆波）12/29煤层气井型选择按煤岩地质特征选择一、煤岩的机械强度弱煤层坍塌、破碎、扩径和卡钻二、煤层压力系数变化大，规律性差难以准确预测煤层地层压力三、煤层孔隙和割理发育煤层均质性变差，力学稳定性变差，在外力作用下极易破碎在实际钻井作业中，受场地、人员、时间等因素的影响，所选取的井型也会发生变化。煤阶代码含碳量煤阶LiCo=1大于80%无烟煤LiCo=235%-80%烟煤LiCo=325-35%褐煤LiCo=4小于25%炭质泥岩13/29井型参数优选目的：通过对目标井段井型参数的优化组合，获得最佳经济开发效果。14/29煤层气产能煤层气产能计算—数值模拟方法解吸机理：Airey经验解吸模型、Seidle黑油模型、Langmuir模型等扩散机理：Fick第一定律、Fick第二定律等渗流机理：达西渗流、非达西渗流等选定模型后，煤层气在煤层中流动都将遵循相同的规律。从数学的角度出发，其控制流动的偏微分方程组与初始条件及外边界条件相同，只是内边界条件即井处理方式不同。15/29煤层气产能煤层气单井开采的数学模型（张冬丽）：模型基本假设：温度为常数，无溶解气，煤层为孔隙裂缝双重介质，微孔隙系统与裂缝系统中压力瞬间达到平衡，忽略毛管力的作用双重介质中气、水两相流动方程：将基质中气体解吸过程视为拟稳态扩散：裂缝中气体运动视为宏观渗流和Fick定律扩散之和，则气相流动方程：16/29煤层气产能裂缝中水相渗流方程：煤层中孔隙度方程：煤层中渗透率方程：对上述数学模型采用有限差分方法进行离散，同时考虑井底压力条件、封闭地层边界条件，对模型数值求解。常见的煤层气数模软件：美国ARI公司的COMET-2、COMET-3，美国HolditchandAssociates公司的COALGAS，以及CMG与ECLIPSE中的CBM模块。17/29煤层气产能煤层气产能计算—解析方法由煤层气流动物质平衡方程，可得任意时刻累积产气量：G=G1+G2-G3-G4煤岩裂隙中的原始游离气体量煤岩基质中的原始吸附气体量langmuir吸附等温式Hawkins修正式：18/29煤层气产能目前储层平均压力下，滞留在煤岩裂隙中的游离气体量目前储层平均压力下，吸附在煤岩基质中的气体量BET多分子层吸附等温式：为累计产水量19/29煤层气产能煤层气井产能计算公式：为储层平均压力下真实气体拟压力为井底流压下真实气体拟压力水平井：直井：20/29井型参数优选直井：井径，洞穴形态，裂缝数目、形态、导流能力井型参数：水平井：水平段长度、直径、方位，分支个数、角度羽状水平井：分支角度、间距，分支数目、长度，储层厚度、管径压裂后21/29井型参数优选-压裂直井裂缝导流能力裂缝半长（K=0.5mD）裂缝半长（K=1mD）裂缝半长22/29井型参数优选-羽状井张冬丽：将井的主支和分支都看作若干微段组成，在井筒内部，考虑摩擦压降和加速压降，把井段分为分支上、有分支的主支及无分支的主支。井段在分支上：井段在主支上（有分支）：23/29井型参数优选-羽状井假设在各微元水平井段内流体无限导流且流量均匀分配，则根据均匀流量水平井段拟稳态等效半径模型，将每一微元水平井段等效为一口直井，各微元水平井段等效半径为，由供给边界到第

支井筒，第

口等价直井井壁处的压降表示为考虑井筒变质量流动，同时考虑真实气体状态方程24/29井型参数优选-羽状井主支条数、方位（a）正韵律煤层（b）反韵律煤层垂向位置对产能影响分支间距、条数25/29井型参数优选-羽状井分支角度分支数目、间距26/29经济效益评价经济评价：

经济评价的主要指标包括内部收益率、投资回收期和净现值等。其中，财务净现值是指按企业的目标收益率或设定的折现率，将项目计算期内各年净现金流量折现到项目建设期初的现值之和。净现值大于零，这样的项目是可以接受的。计算式27/29经济效益评价课题发展趋势井型选择综合化、参数优选精细化吴晓东：多分支井在单井产量方面具有巨大的优势，在经济效益方面，仅在渗透率较低、厚度较薄的储层中优于压裂直井。压裂直井在今后一段时间内仍将是煤层气开发的主力井型，多分支井可以作为压裂直井在特低渗透薄储层中的重要补充。28/29煤层气井型选择及参数优选推荐阅读文献1、IrivingLangmuir.THEADSORPTIONOFGASESONPLANESURFACESOFGLASS,MICAANDPLATINUM.June2519185.Z.-M.Wang;J.Zhang.CriticalThicknessofaLowPermeableCoalBedforHorizontalWellProductioninChina.EnergySources,PartA:Recovery,Utilization,andEnvironmentalEffects.2011.33:307-316.3.E.Firanda.TheDevelopmentofMaterialBalanceEquationsforCoalbedMethaneReservoirs.SPE145382.20112.T.Ahmed;A.CentilmenandB.Roux.AGeneralizedMaterialBalanceEquationforCoaledMethaneReservoirs.SPE102638.20064.N.Maricic,ChevronCorp.APa