考虑基质水的欠饱和煤层气藏物质平衡方程

欠饱和煤层气藏中存在基质水,该类气藏开发过程中的自调节效应会影响基质水的含量,进而影响利用物质平衡方程预测出的地质储量。在分析自调节效应对孔隙度及基质水影响的前提下,推导出考虑基质水情况下的煤层气藏物质平衡方程。通过实例分析得出：考虑基质水时,对预测的吸附气地质储量影响较小,但预测的游离气地质储量明显小于不考虑基质水时的地质储量;随着煤体基质最大收缩系数的增大,预测得到的吸附气和游离气地质储量均呈递减趋势,其中游离气地质储量的递减更为明显。     

煤层气藏产能动态预测方法及参数敏感性分析

煤层气体在开发阶段经历了解吸—扩散—渗流的复杂过程,会引起孔隙结构的变化,对产能造成一定影响。因此,研究煤层气藏的物质平衡时,需要考虑自调节效应对孔隙变化的影响。通过建立模型,推导了煤层气藏的物质平衡方程,结合气、水产能方程以及相渗曲线,并且考虑偏差因子随压力的变化,对煤层气藏产能进行动态预测,预测结果通过与实际生产数据历史拟合,验证了模型具有较高的可靠性。通过参数敏感性分析,得出煤层气井生产中后期不同敏感性条件下储层压力与时间成指数对应关系及其对气井生产的影响。综合分析结果表明,自调节效应好、渗透率高、朗氏压力高和煤层厚度大的煤层气藏产能相对较高。     

煤层气三孔介质渗透率动态变化规律研究及分析

煤层气开采过程中,由于孔隙压力降低和吸附解吸作用的影响,储层孔隙度和渗透率会发生复杂变化。研究煤层气储层结构特征、赋存机理及渗流规律时,将煤层气储层表征为存在基质微孔、基质孔隙和裂缝孔隙系统的三孔介质。煤层气吸附在基质微孔表面,流体在基质孔隙和裂缝系统中渗流。利用多孔介质弹性力学理论,对煤层气基质孔隙及裂缝系统的孔渗动态变化和影响因素研究分析,在考虑孔隙压缩作用及基质微孔中气体在解吸作用影响下基质孔隙和裂缝系统动态变化,以及基质及裂缝之间的耦合应变特征条件下建立了煤层气基质孔隙及裂缝系统的三孔孔渗动态变化模型。     

新型页岩气藏物质平衡方程

页岩气主要以吸附气的形式吸附在基质微孔隙表面,以游离气的形式存在于基质孔隙和裂缝孔隙中,不考虑基质、裂缝双重孔隙介质的页岩气藏物质平衡方程不能准确地计算储量。文中从质量守恒的角度建立了同时考虑吸附相密度、吸附相视孔隙度、吸附气解吸对固相变形的影响,以及基质和裂缝孔隙体积随压力变化的新型物质平衡方程。通过实例计算可知:游离气主要存在于裂缝孔隙中,吸附气储量占据总储量的52.15%,基质中游离气储量、裂缝中游离气储量、基质中吸附气的储量的计算结果与基质孔隙度、裂缝压缩系数和吸附相密度密切相关。因此,在进行储量计算时需要考虑基质和裂缝双重孔隙介质,并应加强对基质孔隙度、裂缝压缩系数和吸附相密度的研究,以获取更加准确的参数。     

考虑自调节效应的煤层气动态渗透率模型

在煤层气开采过程中，煤层的自调节效应将导致煤层渗透率发生显著变化。根据固体表面能与固体变形理论，建立了考虑自调节效应的煤层动态渗透率数学模型。结合Ji-Quan Shi模型，消除了煤体积收缩系数和弹性模量取值对计算结果准确性的影响，使计算结果更接近煤层的真实情况。实例计算结果表明；文中所建模型比Ji—Quan Shi模型的计算误差小，更接近煤层实际；煤层自调节效应引起的煤层渗透率变化量，随煤层压力的降低呈指数递增；随着泊松比的增大，煤层渗透率的增量减小;煤层气中Langmuir体积大的气体浓度越大，气体组分对煤层渗透率的变化影响越大。     

考虑煤层气扩散作用的物质平衡模型

对煤层气的开发首先通过排水降压使其从基质孔隙中解吸出来,然后在割理中渗流至井筒产出。针对煤层气的开发特点,重点考虑煤层气扩散作用在其开发过程中起到的重要作用,综合煤层割理压缩效应和基质收缩效应的影响,建立基于体积平衡方程的煤层气物质平衡模型的数学方程式,确定煤层压力与时间的关系函数,进而通过编程求解,得到煤层气产量随时间的变化规律,据此进行煤层气开发动态预测。以延长油气区生产井为实例进行计算,结果表明,煤层气扩散作用越强烈,对应的产气量峰值越大且峰值出现的时间越早,煤层气扩散作用对煤层气开发后期产气量的稳定具有很重要的作用。     

考虑水溶气的煤层气物质平衡方程推导及应用

煤层气属非常规天然气,煤层气藏没有明显的气水界面,地层水填充在煤岩裂缝和基质中,在一定的温度和压力条件下,地层水中常含有丰富的水溶气。在前人对煤层气研究的基础上,考虑地层水中溶解气的影响,建立了新的物质平衡方程。将该物质平衡方程线性化,给出了累计产气量的预测方程和煤层气中平均含水饱和度的计算方法。计算结果表明,当考虑地层水溶解气时,计算得出的煤层气原始地质储量高于不含溶解气时原始地质储量。通过实例分析验证了该方程的可靠性,据此可以定量地确认地层水中的溶解气对天然气储量的影响。     

修正岩石压缩系数的页岩气藏物质平衡方程及储量计算

由于页岩气藏孔隙度变化与常规气藏孔隙度变化不一样,受有效应力和基质收缩的耦合作用,前者使孔隙度减小,后者使孔隙度增加,因此建立页岩气藏物质平衡方程时必须考虑二者的综合作用。从物质平衡原理出发,运用Bangham固体变形理论、Langmuir等温吸附模型,推导出了修正岩石压缩系数的页岩气藏物质平衡方程,并对方程线性化,得到只含有原始游离气和原始吸附气的直线方程。代入实际生产数据,求得关于线性方程的数据点,并对数据点线性拟合,其拟合方程的斜率是原始游离气的含量,截距是原始吸附气的含量,两者相加求得页岩气藏的原始地质储量。实例分析表明,考虑基质收缩效应,使得页岩压缩系数前期不断减小,后期趋于稳定;由于压缩系数的改变,使得页岩气藏储层孔隙度的变化比常规气藏缓慢;通过对页岩气藏岩石压缩系数的修正以及实际生产数据点的线性拟合,求得页岩气藏中吸附气的含量增加,游离气的含量减少,页岩气藏总地质储量增大,且与实际储量更加接近。     

煤基质自调节效应实验

煤储层渗透率是决定煤层气开采成败的关键参数之一。以煤基质为研究对象,根据应力来源的不同,提出了煤基质内外应力的概念。分析认为:煤储层渗透率随煤层气开采而动态变化正是煤基质内外应力综合作用的结果。随着煤层气的采动,有效应力(煤基质外力)增大,裂隙宽度减小,煤储层渗透率降低;而流体压力降低,煤层气解吸,煤基质发生收缩,产生煤基质内力,裂隙宽度增大,煤储层渗透率增高。为了探讨煤基质内外应力与煤基质变形特性的关系,开展了三轴力学实验和吸附膨胀实验,根据实验结果的分析和总结,提出了煤基质自调节效应的新观点,构建了煤基质内外应力耦合作用下的自调节模式。研究成果为煤层气的有效开采提供了理论基础。     

考虑基质收缩效应的煤层气藏产能评价

针对基质收缩效应严重影响煤层气藏产能评价和预测的问题,运用稳态扩散和达西渗流规律建立煤层气藏压裂直井基质扩散方程和裂缝系统渗流方程,引入新的拟时间函数来解决物质平衡方程中存在变量的问题,在保证精度的情况下提高了计算速度,得到了煤层气藏有限导流垂直裂缝井不稳定渗流压力及产量的解析解。结合时间叠加原理,实现了实际生产数据与理论数据的拟合。将研究结果应用于评价及预测实际煤层气藏产能,结果表明:基质收缩效应对产能评价和预测的影响主要发生在生产的后期,并且会使得渗流区域渗透率增加,提高了地层能量的利用率。适于基质收缩型煤层气藏压裂直井的产能评价方法,对煤层气藏开发和产能评价具有重要意义。     

欠平衡钻井技术在保护煤层气储层中的应用

煤层气储层不仅具有低渗、低压特点，还具有对各类伤害的敏感性，从而决定了在煤层气钻完井、开采过程中要坚持采取系统的保护煤层措施。通过直井的油管向另一水平井环空注气实现欠平衡的钻井工艺在FP1-1井中得到成功应用，实现了及时、平稳注气，保护了煤层并维持井壁稳定，优化了单井筒水平井井身结构。为推广欠平衡钻井技术开发煤层气指出了方向。     

Analyzing the Well Production Data of Composite Dual Porosity Single Permeability Oil Reservoirs

Abstract

Analyzing well production data is one of the important methods for estimating reservoir parameters such as hydrocarbon in place. Recent techniques rely on the use of material balance time to account for variable operating conditions. Many dual porosity reservoirs can be modeled by a composite reservoir. So production data analysis of composite dual porosity single permeability reservoirs is of great interest. Apparently, modern methods have not been applied to complex reservoir models such as composite dual porosity single permeability reservoirs. So the purpose of this article is to analyze production data of such reservoirs with the use of material balance time function.

In the first step, a material balance time function is defined in the same way as the single porosity reservoirs and its applicability is confirmed by converting a constant well pressure solution to a constant well rate solution with the use of this time function. It should be noted that the available type curve matching methods cannot be applied to such reservoirs and in this article data analysis is based on the type curveless method. Furthermore, based on the time when each flow regime is observed, a discussion on the analysis of production data with the use of material balance time function for each case is conducted. Finally, applicability and accuracy of the material balance time method for estimation of oil in place of such reservoirs are demonstrated using synthetic reservoir examples.     

物质平衡微分方程在油(气)藏水侵计算中的应用

在传统的水侵计算方法的基础上,用物质平衡微分方程解决了三个水侵计算的问题:(1)油(气)藏边内、边外注水时物质平衡微分方程的应用;(2)有含水层的未饱和油藏、带气顶的饱和油藏与气藏应用物质平衡微分方程进行水侵计算的方法;(3)一个含水层中有多个油藏的系统,考虑油藏之间的干扰的水侵计算方法。从而形成了一套应用物质平衡微分方程进行油(气)藏水侵计算的完整的方法。     

沁水盆地北端煤层气储层特征及富集机制

煤层气的富集与储层特征密切相关,并受地质条件的制约。在详细研究煤储层特征及煤层气富集机制的基础上,对沁水盆地北端煤层气的开发前景进行了初步评价。煤岩、煤质、煤体结构及孔渗性、吸附性的观察和测试显示,该区煤层厚度大,热演化程度高,局部发育构造煤,裂隙较发育,吸附性能力强,含气量高,含气饱和度偏低,适合煤层气的开发。该区煤层气的富集主要受控于热演化史和埋藏史。在区域变质的背景上,叠加了岩浆热变质作用,生气强度大。另外,煤层的埋深、顶底板封闭性及水文地质条件都会影响煤层含气量的大小,煤层气富集是多因素有效配置的结果。      

高煤阶与低煤阶煤层气藏物性差异及其成因

利用扫描电镜、煤层气成藏物理模拟及热变模拟实验手段,系统研究了高煤阶、低煤阶煤储层在孔隙特征、渗透性、吸附/解吸特征等方面的根本性差异,并深入剖析了该差异的形成机制。研究结果显示,高煤阶气藏的孔隙度低,渗透性差,吸附平衡时间长且较分散,初期相对解吸率与相对解吸速率低;低煤阶气藏孔隙度高,渗透性好,吸附平衡时间短而集中,初期相对解吸率与相对解吸速率高。煤的化学分子结构、物理结构及显微组分的差异是导致其差异的主要原因。因此,高煤阶煤层气藏解吸效率较低,开发难度较大,而低煤阶煤层气藏开发较容易。同时,构造热事件对高煤阶煤储层的改造作用很显著,有利于高煤阶煤层气藏开发。     

沁水盆地煤层割理系统特征及其形成机理

煤层作为煤层气的源岩和储集层，与常规天然气储层的不同在于煤储层是一种双孔隙岩层，由基质孔隙和裂隙组成，且有自身独特的割理系统。基质孔隙和割理的大小、形态、孔隙度和连通性等决定了煤层气的储集、运移和产出，其中又以割理系统对煤层气的产出影响为最大。以沁水煤田为例，对煤层割理、割理填充物类型、充填方式、自生矿物形成时代进行了研究，总结了填充物形成的先后顺序，并根据填充物的形成时代、煤层埋藏史等归纳出了割理形成的3种机制：埋藏增压机制、岩浆诱发机制和抬升卸压机制。     

煤层中甲烷水合物存在可能性探讨

之所以进行此项研究，就是力图使煤层气和瓦斯研究者重视煤层中甲烷水合物的存在，拓展煤层气或天然气水合物研究领域。为此，依据目前形成甲烷或天然气水合物的物质基础和温度压力的最新研究成果，结合煤层气形成及组成、含气煤层条件和煤的孔隙特征，探讨了煤层中甲烷水合物形成的可能性，并对煤层中甲烷水合物的相关问题进行了初步讨论。研究表明：①煤层中存在着甲烷水合物形成的物质、储存和温压条件；②煤的微孔结构和煤层气组成，特别是重烃组分有利于甲烷水合物在煤中的形成；③煤层中不仅存在着吸附态、游离态和溶解态甲烷，而且还存在着固态水合物甲烷；④煤层周围的岩层中也可能存在非常规天然气水合物。煤层气勘探开发和瓦斯防治过程中应重视煤层及其围岩中甲烷水合物的存在，对此还有大量的研究工作要做。     

煤层气井多次铺砂压裂工艺

沁水盆地高阶煤储层采用活性水压裂工艺后,直井平均单井日产量仅1 000 m3/d左右。理论分析和压裂监测统计表明,常规活性水压裂工艺存在压裂容易窜层和活性水携砂能力差、支撑距离短的弊端,制约了煤层的改造效果和单井产量的提升。为进一步提高煤层气井压裂改造效率,利用低黏液体携砂能力差、易形成砂堤的特性,提出煤层多次铺砂压裂工艺思路。以裂缝和砂堤为研究对象,根据物质平衡理论,建立了活性水多次铺砂压裂数学模型,同时优化压裂排量、液量和支撑剂粒径等工艺参数。现场试验结果表明,应用三次铺砂压裂工艺大大降低了煤层压窜的程度,压后单井平均日产气量达到2 223 m3/d,验证了三次铺砂数值计算模型指导现场施工的可行性。     

改进的异常高压有水气藏物质平衡方程

异常高压气藏高温高压条件下,气-液界面相理论验证了在气藏气相中始终饱含有大量水蒸气。若在计算异常高压有水气藏地质储量过程中忽略水侵和气相水蒸气的存在,将产生较大误差。在广义异常高压气藏物质平衡原理的基础上,考虑气藏外部水体水侵及气藏气相中水蒸气含量,推导了异常高压有水气藏物质平衡方程,并给出了计算气藏地质储量的方法。实例证明,利用仅考虑气藏外部水侵方法或仅考虑气相水蒸气含量方法和容积法计算的异常高压有水气藏地质储量均偏大,其误差分别为2.38%、2.93%、3.62%。考虑气藏外部水侵及气相中水蒸气含量的异常高压有水气藏物质平衡方程能够较准确地计算气藏地质储量。