煤層氣井壓裂產量預測方法

吳英+李敬松+任勝利+張云龍+李芝慶

摘要： 通過調研煤層氣井壓裂產量預測方法原理及優缺點，優選出典型曲線產量預測法具有較強的適用性，對未投產井以及投產井都能預測，預測結果與實際井生產數據對比，準確度較高。

Abstract： The theories and merits and demerits of the production predicting methods in the coalbed methane fracturing well are summarized throuth investigation and research. Then the typical curve predicting method is optimized. This method is flexible and applicable， which can be used to predict the production of non-produced and produced well. There is little difference between the the prediction results and practical production data.

關鍵詞： 煤層氣；壓裂；產量預測

Key words： coalbed methane；fracturing；production prediction

中圖分類號：P618.13 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）21-0025-02

0 引言

煤層氣井壓裂產量預測對于煤層氣生產來說很重要。2004年以來，國內外學者在產量預測方面主要有兩大進展，一是研究產量預測的新方法，并將新方法在實踐中加以考驗，主要包括產量瞬時分析法、特定層動態平衡法；二是將常規產量預測方法加以改進，應用于復雜煤儲層，主要包括數值模擬法、產量曲線類型法、遞減曲線經驗法、物質動態平衡法[1]。本文通過調研這些方法，優選出具有較強實用性的方法，并加以驗證及應用。

1 預測方法調研

1.1 產量瞬時分析方法 原理：評價各種地層物理參數，例如煤層厚度、孔隙度、滲透率和排泄面積等對產量的影響程度，應用曲線類型匹配技術來預測氣產量[2]。假設條件：煤層氣為單相流，產水微乎其微。優點：該方法考慮了一些煤層特有屬性，例如等溫吸附特征、雙孔隙結構，可以作為數值模擬和經驗遞減曲線方法的補充，用于計算煤層氣井產量，在沒有生產數據的情況下對煤層氣產量做初步預測。缺點：假設煤層氣為單相流，產水量微乎其微。

1.2 特定層動態平衡方法 原理：綜合應用物質平衡動態平衡方法、產量曲線類型、數值模擬和瞬時壓力分析方法[3]。優點：準確預測多煤層的總產量以及單煤層的產量，還能計算原位氣資源量和其他儲層參數。

計算步驟：①篩選符合條件的單井；②單煤層瞬時壓力分析，確定單煤層氣產量；③利用數值模擬來確定煤層組產氣速率、煤層組關井壓力、煤層組總產氣速率；④將煤層組的總原地煤層氣資源量與單煤層分析的資源量結果進行分析對比。缺點：要求數據多，單煤層必須經過試井測試和多點壓力測試，并且具有明顯的產量下降趨勢。

1.3 數值模擬法 該方法比較成熟，應用較為廣泛；需要各種各樣數據，所需時間和精力多；適用于開發中后期[4]。

1.4 遞減曲線經驗法 利用三種遞減規律：指數遞減、雙曲遞減和直線遞減來預測產量。該方法在常規油氣中應用非常廣泛，在煤層氣井中，只能應用于煤層氣井產氣高峰后的產氣量預測。

1.5 物質平衡法 原理：利用累積產量數據計算儲層平均壓力、平均含水飽和度，結合相滲資料和產能方程計算氣、水產量，循環計算。缺點：產量數據容易得到，相滲資料相對較難獲取。

1.6 典型曲線產量預測方法 原理：引入一系列無維數參數，形成一系列特殊的煤層氣產量曲線類型[5]。

無量綱計算公式：q■=■，t■=■

該方法不但可以預測已投產井的產量，也能預測未投產井產量，適用范圍廣。

通過以上對各種方法的對比可以看出，典型曲線產量預測法適用性強，要求的參數容易獲得，因此采用典型曲線產量預測法對單井產量進行預測分析。

2 典型曲線法預測產量

2.1 未投產井產量預測

①根據儲層參數計算Gi的值；

②根據BHAVSAR給出的無因次產氣峰值與各參數的經驗關系式確定無因次產氣峰值（qg max）D；

（qg max）D=4.1977S-3.418pc-21.47φ+2.9523VL+1.7259pL+108.78

③根據ADMINIAN在預測煤層氣產量時建立了產氣峰值的相關關系式結合第二步求得的（qg max）D確定產氣峰值qg max；（qg max）D=■×1n■-0.75+S

④給出時間t，根據無因次定義tD=■，計算tD；

⑤由典型曲線qD-tD關系確定qD，根據定義qD=■求得qg，從而求出q隨時間t的變化。

2.2 已投產井產量預測 對于已知歷史生產數據的井，預測其產量可通過如下步驟進行：

①根據已有數據作出qD-tD關系的典型曲線，擬合出遞減階段的qD-tD函數關系式；

②給出時間t，根據無因次定義tD=■，計算tD；

③由（1）中qD-tD函數關系確定qD，根據qD=■求得q■，從而求出q隨時間t的變化。

2.3 驗證 根據韓城煤層氣藏某3口井的地質特征參數（表1）和單井的實際生產數據，對3口井進行了產量預測，從計算結果可以看出，典型曲線法在煤層氣井產量預測中具有較強的適用性，且計算結果準確度較高（圖1）。

3 結論

調研了6種煤層氣壓裂井產量預測方法，優選出典型曲線產量預測法，通過韓城3口井產量數據驗證，該方法需要的參數容易獲取，計算結果精確。

符號說明：

qg—氣井產量，m3/d；

qg max—氣井產量最大值，m3/d；

t—生產時間，d；

Gi—煤層氣地質儲量，m3。

S—表皮因子；

pc—解吸壓力，MPa；

φ—孔隙度，%；

PL—蘭氏壓力，MPa；

VL—蘭氏體積，m3/t；

T—溫度，K；

μc—解吸壓力時氣體粘度，mPa·s；

Zc—解吸壓力時壓縮因子；

k—滲透率，mD；

h—煤層厚度，m；

pwf—井底流壓，MPa；

re—邊界半徑，m；

rw—井筒半徑，m。

參考文獻：

[1]蘇俊.煤層氣勘探開發方法與技術[M].北京：石油工業出版社，2011：79-85.

[2]K.Aminian.Type Curves for Coalbed Methane Production Prediction[J].SPE， 2004：267-275.

[3]CretiesD. Jenkins， SPE， DeGolyer and MacNaughton，and Charles M. Boyer[J]. SPE， Schlumberger， Coalbed Shale-Gas Reservoirs，JPT.FEBRUARY，2008：92-99.

[4]凌毅平.煤層氣儲層測井評價有關問題的討論[J].中國煤炭地質，2008，12：32-35.

[5]吳佩芳.煤層氣藏特征淺析[J].斷塊油氣田，1999，3：79-81.endprint

摘要： 通過調研煤層氣井壓裂產量預測方法原理及優缺點，優選出典型曲線產量預測法具有較強的適用性，對未投產井以及投產井都能預測，預測結果與實際井生產數據對比，準確度較高。

Abstract： The theories and merits and demerits of the production predicting methods in the coalbed methane fracturing well are summarized throuth investigation and research. Then the typical curve predicting method is optimized. This method is flexible and applicable， which can be used to predict the production of non-produced and produced well. There is little difference between the the prediction results and practical production data.

關鍵詞： 煤層氣；壓裂；產量預測

Key words： coalbed methane；fracturing；production prediction

中圖分類號：P618.13 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）21-0025-02

0 引言

煤層氣井壓裂產量預測對于煤層氣生產來說很重要。2004年以來，國內外學者在產量預測方面主要有兩大進展，一是研究產量預測的新方法，并將新方法在實踐中加以考驗，主要包括產量瞬時分析法、特定層動態平衡法；二是將常規產量預測方法加以改進，應用于復雜煤儲層，主要包括數值模擬法、產量曲線類型法、遞減曲線經驗法、物質動態平衡法[1]。本文通過調研這些方法，優選出具有較強實用性的方法，并加以驗證及應用。

1 預測方法調研

1.1 產量瞬時分析方法 原理：評價各種地層物理參數，例如煤層厚度、孔隙度、滲透率和排泄面積等對產量的影響程度，應用曲線類型匹配技術來預測氣產量[2]。假設條件：煤層氣為單相流，產水微乎其微。優點：該方法考慮了一些煤層特有屬性，例如等溫吸附特征、雙孔隙結構，可以作為數值模擬和經驗遞減曲線方法的補充，用于計算煤層氣井產量，在沒有生產數據的情況下對煤層氣產量做初步預測。缺點：假設煤層氣為單相流，產水量微乎其微。

1.2 特定層動態平衡方法 原理：綜合應用物質平衡動態平衡方法、產量曲線類型、數值模擬和瞬時壓力分析方法[3]。優點：準確預測多煤層的總產量以及單煤層的產量，還能計算原位氣資源量和其他儲層參數。

計算步驟：①篩選符合條件的單井；②單煤層瞬時壓力分析，確定單煤層氣產量；③利用數值模擬來確定煤層組產氣速率、煤層組關井壓力、煤層組總產氣速率；④將煤層組的總原地煤層氣資源量與單煤層分析的資源量結果進行分析對比。缺點：要求數據多，單煤層必須經過試井測試和多點壓力測試，并且具有明顯的產量下降趨勢。

1.3 數值模擬法 該方法比較成熟，應用較為廣泛；需要各種各樣數據，所需時間和精力多；適用于開發中后期[4]。

1.4 遞減曲線經驗法 利用三種遞減規律：指數遞減、雙曲遞減和直線遞減來預測產量。該方法在常規油氣中應用非常廣泛，在煤層氣井中，只能應用于煤層氣井產氣高峰后的產氣量預測。

1.5 物質平衡法 原理：利用累積產量數據計算儲層平均壓力、平均含水飽和度，結合相滲資料和產能方程計算氣、水產量，循環計算。缺點：產量數據容易得到，相滲資料相對較難獲取。

1.6 典型曲線產量預測方法 原理：引入一系列無維數參數，形成一系列特殊的煤層氣產量曲線類型[5]。

無量綱計算公式：q■=■，t■=■

該方法不但可以預測已投產井的產量，也能預測未投產井產量，適用范圍廣。

通過以上對各種方法的對比可以看出，典型曲線產量預測法適用性強，要求的參數容易獲得，因此采用典型曲線產量預測法對單井產量進行預測分析。

2 典型曲線法預測產量

2.1 未投產井產量預測

①根據儲層參數計算Gi的值；

②根據BHAVSAR給出的無因次產氣峰值與各參數的經驗關系式確定無因次產氣峰值（qg max）D；

（qg max）D=4.1977S-3.418pc-21.47φ+2.9523VL+1.7259pL+108.78

③根據ADMINIAN在預測煤層氣產量時建立了產氣峰值的相關關系式結合第二步求得的（qg max）D確定產氣峰值qg max；（qg max）D=■×1n■-0.75+S

④給出時間t，根據無因次定義tD=■，計算tD；

⑤由典型曲線qD-tD關系確定qD，根據定義qD=■求得qg，從而求出q隨時間t的變化。

2.2 已投產井產量預測 對于已知歷史生產數據的井，預測其產量可通過如下步驟進行：

①根據已有數據作出qD-tD關系的典型曲線，擬合出遞減階段的qD-tD函數關系式；

②給出時間t，根據無因次定義tD=■，計算tD；

③由（1）中qD-tD函數關系確定qD，根據qD=■求得q■，從而求出q隨時間t的變化。

2.3 驗證 根據韓城煤層氣藏某3口井的地質特征參數（表1）和單井的實際生產數據，對3口井進行了產量預測，從計算結果可以看出，典型曲線法在煤層氣井產量預測中具有較強的適用性，且計算結果準確度較高（圖1）。

3 結論

調研了6種煤層氣壓裂井產量預測方法，優選出典型曲線產量預測法，通過韓城3口井產量數據驗證，該方法需要的參數容易獲取，計算結果精確。

符號說明：

qg—氣井產量，m3/d；

qg max—氣井產量最大值，m3/d；

t—生產時間，d；

Gi—煤層氣地質儲量，m3。

S—表皮因子；

pc—解吸壓力，MPa；

φ—孔隙度，%；

PL—蘭氏壓力，MPa；

VL—蘭氏體積，m3/t；

T—溫度，K；

μc—解吸壓力時氣體粘度，mPa·s；

Zc—解吸壓力時壓縮因子；

k—滲透率，mD；

h—煤層厚度，m；

pwf—井底流壓，MPa；

re—邊界半徑，m；

rw—井筒半徑，m。

參考文獻：

[1]蘇俊.煤層氣勘探開發方法與技術[M].北京：石油工業出版社，2011：79-85.

[2]K.Aminian.Type Curves for Coalbed Methane Production Prediction[J].SPE， 2004：267-275.

[3]CretiesD. Jenkins， SPE， DeGolyer and MacNaughton，and Charles M. Boyer[J]. SPE， Schlumberger， Coalbed Shale-Gas Reservoirs，JPT.FEBRUARY，2008：92-99.

[4]凌毅平.煤層氣儲層測井評價有關問題的討論[J].中國煤炭地質，2008，12：32-35.

[5]吳佩芳.煤層氣藏特征淺析[J].斷塊油氣田，1999，3：79-81.endprint

摘要： 通過調研煤層氣井壓裂產量預測方法原理及優缺點，優選出典型曲線產量預測法具有較強的適用性，對未投產井以及投產井都能預測，預測結果與實際井生產數據對比，準確度較高。

Abstract： The theories and merits and demerits of the production predicting methods in the coalbed methane fracturing well are summarized throuth investigation and research. Then the typical curve predicting method is optimized. This method is flexible and applicable， which can be used to predict the production of non-produced and produced well. There is little difference between the the prediction results and practical production data.

關鍵詞： 煤層氣；壓裂；產量預測

Key words： coalbed methane；fracturing；production prediction

中圖分類號：P618.13 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）21-0025-02

0 引言

煤層氣井壓裂產量預測對于煤層氣生產來說很重要。2004年以來，國內外學者在產量預測方面主要有兩大進展，一是研究產量預測的新方法，并將新方法在實踐中加以考驗，主要包括產量瞬時分析法、特定層動態平衡法；二是將常規產量預測方法加以改進，應用于復雜煤儲層，主要包括數值模擬法、產量曲線類型法、遞減曲線經驗法、物質動態平衡法[1]。本文通過調研這些方法，優選出具有較強實用性的方法，并加以驗證及應用。

1 預測方法調研

1.1 產量瞬時分析方法 原理：評價各種地層物理參數，例如煤層厚度、孔隙度、滲透率和排泄面積等對產量的影響程度，應用曲線類型匹配技術來預測氣產量[2]。假設條件：煤層氣為單相流，產水微乎其微。優點：該方法考慮了一些煤層特有屬性，例如等溫吸附特征、雙孔隙結構，可以作為數值模擬和經驗遞減曲線方法的補充，用于計算煤層氣井產量，在沒有生產數據的情況下對煤層氣產量做初步預測。缺點：假設煤層氣為單相流，產水量微乎其微。

1.2 特定層動態平衡方法 原理：綜合應用物質平衡動態平衡方法、產量曲線類型、數值模擬和瞬時壓力分析方法[3]。優點：準確預測多煤層的總產量以及單煤層的產量，還能計算原位氣資源量和其他儲層參數。

計算步驟：①篩選符合條件的單井；②單煤層瞬時壓力分析，確定單煤層氣產量；③利用數值模擬來確定煤層組產氣速率、煤層組關井壓力、煤層組總產氣速率；④將煤層組的總原地煤層氣資源量與單煤層分析的資源量結果進行分析對比。缺點：要求數據多，單煤層必須經過試井測試和多點壓力測試，并且具有明顯的產量下降趨勢。

1.3 數值模擬法 該方法比較成熟，應用較為廣泛；需要各種各樣數據，所需時間和精力多；適用于開發中后期[4]。

1.4 遞減曲線經驗法 利用三種遞減規律：指數遞減、雙曲遞減和直線遞減來預測產量。該方法在常規油氣中應用非常廣泛，在煤層氣井中，只能應用于煤層氣井產氣高峰后的產氣量預測。

1.5 物質平衡法 原理：利用累積產量數據計算儲層平均壓力、平均含水飽和度，結合相滲資料和產能方程計算氣、水產量，循環計算。缺點：產量數據容易得到，相滲資料相對較難獲取。

1.6 典型曲線產量預測方法 原理：引入一系列無維數參數，形成一系列特殊的煤層氣產量曲線類型[5]。

無量綱計算公式：q■=■，t■=■

該方法不但可以預測已投產井的產量，也能預測未投產井產量，適用范圍廣。

通過以上對各種方法的對比可以看出，典型曲線產量預測法適用性強，要求的參數容易獲得，因此采用典型曲線產量預測法對單井產量進行預測分析。

2 典型曲線法預測產量

2.1 未投產井產量預測

①根據儲層參數計算Gi的值；

②根據BHAVSAR給出的無因次產氣峰值與各參數的經驗關系式確定無因次產氣峰值（qg max）D；

（qg max）D=4.1977S-3.418pc-21.47φ+2.9523VL+1.7259pL+108.78

③根據ADMINIAN在預測煤層氣產量時建立了產氣峰值的相關關系式結合第二步求得的（qg max）D確定產氣峰值qg max；（qg max）D=■×1n■-0.75+S

④給出時間t，根據無因次定義tD=■，計算tD；

⑤由典型曲線qD-tD關系確定qD，根據定義qD=■求得qg，從而求出q隨時間t的變化。

2.2 已投產井產量預測 對于已知歷史生產數據的井，預測其產量可通過如下步驟進行：

①根據已有數據作出qD-tD關系的典型曲線，擬合出遞減階段的qD-tD函數關系式；

②給出時間t，根據無因次定義tD=■，計算tD；

③由（1）中qD-tD函數關系確定qD，根據qD=■求得q■，從而求出q隨時間t的變化。

2.3 驗證 根據韓城煤層氣藏某3口井的地質特征參數（表1）和單井的實際生產數據，對3口井進行了產量預測，從計算結果可以看出，典型曲線法在煤層氣井產量預測中具有較強的適用性，且計算結果準確度較高（圖1）。

3 結論

調研了6種煤層氣壓裂井產量預測方法，優選出典型曲線產量預測法，通過韓城3口井產量數據驗證，該方法需要的參數容易獲取，計算結果精確。

符號說明：

qg—氣井產量，m3/d；

qg max—氣井產量最大值，m3/d；

t—生產時間，d；

Gi—煤層氣地質儲量，m3。

S—表皮因子；

pc—解吸壓力，MPa；

φ—孔隙度，%；

PL—蘭氏壓力，MPa；

VL—蘭氏體積，m3/t；

T—溫度，K；

μc—解吸壓力時氣體粘度，mPa·s；

Zc—解吸壓力時壓縮因子；

k—滲透率，mD；

h—煤層厚度，m；

pwf—井底流壓，MPa；

re—邊界半徑，m；

rw—井筒半徑，m。

參考文獻：

[1]蘇俊.煤層氣勘探開發方法與技術[M].北京：石油工業出版社，2011：79-85.

[2]K.Aminian.Type Curves for Coalbed Methane Production Prediction[J].SPE， 2004：267-275.

[3]CretiesD. Jenkins， SPE， DeGolyer and MacNaughton，and Charles M. Boyer[J]. SPE， Schlumberger， Coalbed Shale-Gas Reservoirs，JPT.FEBRUARY，2008：92-99.

[4]凌毅平.煤層氣儲層測井評價有關問題的討論[J].中國煤炭地質，2008，12：32-35.

[5]吳佩芳.煤層氣藏特征淺析[J].斷塊油氣田，1999，3：79-81.endprint