煤层气采收率的影响因素及确定方法研究

过敏感性分析 ,发现投资成本对煤层气开发的影响
渗透率通过影响煤层气产量 ,改变开发周期 ,从 而造成开发运营成本的变化 ,也可能造成煤层气产 量过早低于经济产量 ,导致开发停止 ,从而影响煤层
不太重要 ,而各种操作成本包括水处理成本的变化 对煤层气开发的影响巨大 Π 。
二 、采收率的确定方法
气采收率 (图 3) 。
54
11. 39
0. 94
1. 29
64
16. 18
1. 53
2. 55
44
15. 81
0. 91
1. 82
总气量
1. 81 6. 44 8. 71 6. 75 12. 31 16. 63 13. 63 20. 88 18. 54
采收率 (%)
85. 05 92. 40 74. 73 80. 96 91. 67 89. 89 87. 08 87. 56 90. 21
3 本成果受“973”国家重点基础研究发展规划项目“中国煤层气成藏机制及经济开采基础研究 ”(2002CB211700)资助 。 作者简介 :郑玉柱 , 1968年生 ,高级工程师 ;一直从事煤与煤层气地质研究 。地址 : ( 710054)陕西省西安市煤炭科学研究 总院西安分院 。电话 : (029) 87862530。 E2mail: zhengyz@pub. xaonline. com
一 、采收率影响因素分析
定时 ,相同吸附能力的煤储层 ,其残余吸附气含量是 一样的 ,因此气含量越高其采收率越高 (图 1) 。
图 1 煤层气解吸示意图
采收率是计算储量及可采资源量的重要参数 。
煤层气采收率在文献〔2, 3〕中作了定义 ,这是一个非 常不确定的参数 ,受到多种因素的制约 。 1. 气藏地质特征对采收率的影响 煤层气在采出过程中首先从煤中解吸并以煤层 的孔 、裂隙系统作为运移通道 ,因此煤层气采收率首 先受煤层气地质特征控制 ,主要包括煤阶 、埋深 、吸 附特征 、渗透率和气含量等 。 气含量对采收率的影响主要是因为废弃压力和 残余吸附气的存在 。对某一煤层气藏来讲 ,考虑到 经济因素 ,开发中产量低于某一数值时将停止生产 , 这时的储层压力就是废弃压力 ;在废弃压力下煤储 层中吸附的煤层气称为残余吸附气 。当废弃压力一
3. 等温吸附曲线法
生产制度数据对煤层气储层进行模拟 。在模拟计算
对于所评价的煤层气藏如果已实测了煤的等温 采收率时 ,还需要考虑极限产量问题 (对应于废弃压
吸附曲线 ,就可以根据等温吸附曲线 ,结合原始气含 力 ) ,即对实际煤层气开发来讲在什么情况下应该停
量 、储层压力以及假定的废弃压力 ,来估算采收率 。 止生产 。
·120·
第 25卷第 1期 天 然 气 工 业 开发及开采
煤的采收率则高达 86%。
作制度可能导致过早结束井的生产 ,而不能有效地
将气体产出 ,从而降低了煤层气的采收率 。强化增
产措施是 指 通 过 注 氮 气 或 二 氧 化 碳 或 二 者 的 混 合
废弃压力很难准确确定 。在煤层气勘探的最初阶 形成提供理论支持 。
段 ,通常结合当地的地质条件 ,根据经验估算废弃压 力〔7〕Θ ,然后由等温吸附曲线计算采收率 ,因此 ,这种
5. 物理模拟法 对于煤层气勘探程度很低 ,没有足够的或有效
由估算废弃压力而计算出的煤层气采收率带有不确 的生产数据来进行生产历史拟合的地区 ,如何获取
其公式为 :
数值模拟法是一种比较理想的方法 ,其预测精
Rf = ( Ci - Ca ) /Ci
式中 : Rf 为煤层气采收率 , % ; Ci 为初始煤 层气 含 量 , m3 / t; Ca 为废弃压力下的煤层气含量 , m3 / t。 该方法的主要优点在于操作简便 ,不足之处是
度高 。但预测过程相对复杂 ,而且需要专门的模拟 软件和大量的有效生产数据 。在煤层气勘探程度较 高 ,有一定规模的生产井网的地区最合适 。这种方 法常用于煤层气勘探开发的中期 ,对煤层气产业的
开发及开采 天 然 气 工 业 2005年 1月
煤层气采收率的影响因素及确定方法研究 3
郑玉柱 韩宝山
(煤炭科学研究总院西安分院 )
郑玉柱等. 煤层气采收率的影响因素及确定方法研究. 天然气工业 , 2005; 25 (1) : 120～123 摘 要 煤层气可采资源量是各界人士广为关注的问题 ,而可采资源量计算的关键是如何确定煤层气采收 率 。文章从煤层气采收率的影响因素入手 ,通过对气藏地质特征 、开发技术 、经济因素等因素的分析 ,根据各种因 素及其综合作用的结果 ,提出了 5种确定煤层气采收率的方法 。首先可以根据解吸实验数据来计算 ;其次对有生 产或试验井网的地方 ,可以通过生产数据的历史拟合来模拟计算煤层气采收率 ;第三可以通过物理模拟方法确定 煤层气采收率或结合历史拟合来模拟计算 ;最后可以参考国内外有关文献资料和研究成果 ,通过地质等类比确定 煤层气采收率 。 主题词 煤成气 采收率 物理模拟 解吸 试验
Rf = (QS + QJ ) / (QS + QJ + QC )
式中 : Rf 为煤层气的理论采收率 ; QJ 为煤层气解吸 实验中的实测气含量 , m3 / t; QS 为煤层气解吸实验中 的损失气含量 , m3 / t; QC 为煤层气解吸实验中的残 余气含量 , m3 / t。
煤阶 、埋深 、储层压力等因素综合作用影响煤的吸 附特征、渗透率和气含量 ,从而改变煤层气的采收率。 2. 开发技术条件对采收率的影响 影响煤层气采收率的开发技术条件主要包括井 网布置 、钻完井技术 、排采工艺及强化增产措施等 。 不同的井网布置方式和井距通过不同的井间干 扰和废弃压力影响煤层气的采收率 ,一般来讲井距 越小 ,总产量越高 ,废弃压力越低 ,最终采收率越高 。 钻完井技术主要通过对储层的伤害 、泻流面积及储 层渗透率 、渗流方式等的改变影响煤层气的采收率 。
对国内 40 余口煤层气井的 325 个直接法气含 量测定结果的统计 (表 1)表明 ,煤层气的采收率大 部分在 80%以上 ,以气煤阶段最低 ,而褐煤 、长焰煤 和焦煤以上煤阶较高 。这种趋势与美国煤层气含量 分布的趋势大体一致 。 值得说明的是 ,由于煤层气采收率除受气含量 和煤吸附特征的影响 ,还受开发过程中的各种人为 因素影响 ,通过这种方法获得的煤层气采收率 ,是理 论上最大可能达到的采收率 ,简称为理论采收率 ,是 理想状况 ,并不能代表其实际采收率 。 解吸实验法是一种成本相对较低但预测结果相
气 ,来增加煤层气采收率的方法 。有资料显示 ,注二
氧化碳可以使采收率提高 77% ～95% ,注氮气可以 使采收率提高 50% Ο 。
3. 经济因素对采收率的影响
影响煤层气采收率的经济因素主要有各种投资
图 2 两条实测煤层气等温解吸曲线
成本 、税费 、操作成本及气价 。前 3种是反相关影响 关系 ,而气价则从正面影响煤层气最终采收率 。通
及经济条件等都不尽一致 ,因此 ,应用该方法确定煤 拟定的生产制度进行产量预测 ,利用模拟结束时的
层气采收率局限性较大 。预测的可靠程度较低 。
累计气产量除以估算的原地资源量就可得到给定计
目前 ,我国还没有进行了长时间开采的煤层气 算区块的煤层气采收率 。
藏 ,不具备经验数值 。据美国的实践 ,煤层气藏采收 对煤层气储层进行数值模拟首先必须建立储层 率变化很大 (10% ～75% ) ,一般为 30% ～50%〔6〕。 的数学描述 ,然后按照敏感性大小确定适当精度的
目前的钻完井新技术在降低钻井成本的同时 ,大大 对粗略的方法 。在有一定煤层气勘探的地区可以采
降低了入井液对煤储层的伤害 、增加了泻流面积 。 用这种方法 。一般适用于煤层气勘探开发的初期或
排采工艺对煤层气采收率的影响很大 ,不合理的工 提供一种概念数据 ,定量化程度较低 。
Ο Scott. Enhanced coalbed methane recovwk.baidu.comry. Advanced resoures international, houston, tx. 2003; (9) 。 ΠM heath & associates. The potential for coalbed methane development in alberta. 2001; (9) 。
煤层气资源量是资源评价和勘探工作的最终成 果 。煤层气资源量的大小及分布状况 ,是编制勘探 规划 、开发方案 、能源调配和投资决策的重要依据之 一 ,工程技术人员 、工业界 、经济界和管理部门都十 分看重它〔1〕。而对煤层气开发者来说 ,最关心的问 题是最终能够采出多少资源量 ? 因此 ,可采资源量 的计算就显得尤为重要 ,而可采资源量计算的关键 是如何确定煤层气采收率 ? 笔者将针对采收率的影 响因素及确定方法而展开讨论 。
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开发及开采 天 然 气 工 业 2005年 1月
煤 阶
(% )
褐煤 ( < 0. 5) 长焰煤 (0. 5～0. 65) 气煤 (0. 65～0. 9) 肥煤 (0. 90～1. 2)
焦煤 (1. 2～1. 7) 瘦煤 (1. 7～1. 9) 贫煤 (1. 9～2. 5) 无烟煤 Ⅲ (2. 5～4. 0) 无烟煤 Ⅱ (4. 0～6. 0)
1. 解吸实验法
采用直接法测定的气含量 ,是由三部分组成的
(即损失气 、实测气和残余气 ) ,其中损失气和实测气
是自然条件下的解吸量 ,可以认为是能够从气藏中
开采出来的 ,而残余气则不可能被开采出来将留存
在地下 。因此可根据直接法测定气含量的资料来确
定煤层气采收率 。具体计算公式如下 :
图 3 渗透率对产气量的敏感性模拟曲线
2. 类比法
比较适用于已进行过煤层气勘探试验 ,且有气井排
类比法是利用已开发的煤层气藏采收率的经验 采资料的地区 。由于地质条件的复杂性 ,实测的储
值 ,考虑到气藏具体的地质特征和工程条件 ,近似地 层参数与储层实际值多存在一定的差异 ,因此 ,在模
确定所研究的气藏的煤层气采收率 。由于不同煤层 拟预测时 ,一些储层参数需要经过历史拟合的修正 气藏的地质条件千差万别 ,而且开发的技术 、手段以 才能使用〔8〕。把历史拟合结果作为输入数据 ,根据
表 1 国内直接法气含量测定结果统计表
样品数 (个 )
实测气
气含量 (m3 / t) 损失气 残余气
10
1. 32
0. 22
0. 27
11
5. 95
5. 95
0. 48
56
5. 01
1. 30
2. 40
27
4. 19
1. 59
0. 96
59
9. 99
1. 20
1. 13
14
13. 05
1. 70
1. 88
定性 。
采收率 ,是一个严峻的问题 。根据煤层气生产的特
4. 数值模拟法
点和一些假设 ,我们构思了一种通过仿真实验的方
气藏数值模拟法是用气藏初始性质的测定 (或 法来模拟煤储层动态生产过程 ,从而求得煤储层的
估计 )值预测未来一口“平均井 ”的产量随时间的变 采收率 。
化曲线 ,从而确定煤层气采收率 。
吸附能力也是因为废弃压力和残余吸附气的存 在而影响煤层气采收率的 。因为在废弃压力一定的 情况下 ,不同吸附能力的煤其残余吸附气含量不同 。 如果在气含量相同的情况下 ,残余吸附气含量高的 煤的采收率较低 。图 2是两条典型的实测吸附等温 线 :一条是吸附性能好的晋城无烟煤 ,其兰氏压力和 兰氏体积分别为 54. 6 m3 / t和 4. 8 M Pa;一条是吸附 性能差的淮南气煤 ,其兰氏压力和兰氏体积分别为 22. 3 m3 / t和 5. 47 M Pa。假定废弃压力为 0. 3 M Pa, 则无烟煤的残余吸附气含量为 3. 58 m3 / t,而气煤的 残余吸附气含量仅为 1. 16 m3 / t,如果煤层原始气含 量均为 8 m3 / t,则无烟煤煤的采收率仅为 55% ,而气