如何预测煤层气采收率

１．１美国的煤层气采收率
美国的煤层气勘探开发工作有二十多年的历史，已经进入规模性商业开发。截止到２００８年底， 美国煤层气产量已经达到５００×１０８ｍ３／ａ以上，占其同年天然气总产量的８％左右。由于美国进行了 多年的煤层气勘探开发和研究工作，因此，在煤层气采收率方面取得了一些比较有意义的资料…。 １９７６年，在０．１ｋｍ２的ＯａｋＧｒｏｖｅＧｒｉｄ上钻了２３口井，目标煤层是Ｍａｒｙｉｅｅ煤层组的Ｂｌｕｅ Ｃｒｅｅｋ煤 层，１９７７年开始产气；１９８１年打了几口监测井并补充取心；１９８８年又打了两口取心井，以估算煤层气 的采收率，其中一口井打在该区中心，另一口井打在井网外围。结果表明，中一ｔｌ，取心井生产１０多年 后，Ｂｉｕｅ Ｃｒｅｅｋ煤层的气体采收率为７３％，而外围取心井的气体采收率仅为２７％。截至到１９９５年，阿 莫科公司和梅里蒂安公司在圣胡安盆地经营的煤层气井分别为６８４ Ｉ：１和８２１口，通过对这些井长时 间的排水采气生产，获得的煤层气采收率为３０％—８０％。美国ＣＤＸ ＧＡＳ公司利用比较成熟的煤层气 丛式井开发技术，充分利用煤田勘探资料，减少或避免前期风险勘探投资，实现井筒与煤层的最大面 积接触，在短时间内实现提高煤层气的采出程度，可使煤层气的采收率达到７０％以上。 美国黑勇士盆地的资料表明，高产气井区的煤层气采收率最高可达６５％，中等产气井区最高可达 ６０％。如果０．００４ｋｍ２的泄气区内含煤层气地质储量为１４ ５ ｘ１０４ｍ３，那么，在４００１１１×４００ｍ井距的条 件下，中心井生产十多年后可采出６０％的地质储量；在５６０ｍ ｘ５７０ｍ井距的条件下，可采出５０％的地 质储量；在８００ｍ×８００ｍ井距的条件下，可采出２９％的地质储量。可见，在一定时间内采出的地质储 量与井间距的大小相关，这是因为布井密度越小，在短时间内形成的压降漏斗就越大，产气高峰来的 就越早”Ｊ。另外，根据美国部分煤层气盆地资料统计（表１），美国的煤层气采收率在５０％一８０％ 之间。
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弟三届中国石油地质年套论文集
按照上述基本原理和具体步骤．分别得到了陕西韩城煤层气田ＷＬＩ井三个煤层的预测采收率与 废弃压力关系曲线（图１、图２、图３）。可以看出．废弃压力与采收率呈负相关，即废弃压力越高。采收 率越低．反之，采收率越高。因此，尽量采取措施，降低煤层气井泄气区的储层压力．是提高采收率、增
第三届中国石油地质年会论文集
表１美国部分盆地煤层气开发区采收辜统计表
盆地 圣胡安 黑勇士 尤因塔 拉顿 粉河 阿巴拉契亚
５１８０
区块面
榭ｋⅢ２
煤阶 气 气、肥 梧 长、气 福 气Байду номын сангаас
渗透率
／１０“ｍ２
井数
／口
产气量 ／一・（ｄ・口）一１
７０００一５００００
累计煤厚
气古量
／ｍｊ．ｔ—ｌ
采收率
／％
９—３０
第三届中国石油地质年会论文集
如何预测煤层气采收率
李明宅１ 陈兆山２
王志刚２
（Ｉ．中联煤层气国家工程研究中心；２．阜新宏地勘新能源有限公司）
摘要：煤层气是赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离干煤孔隙中或溶解于 煤层水中的烃类气体。煤层气独特的解吸／吸附机理决定了其储量评价方法与计算技术有别于常规天然气。煤层气 预测采收率准确与否，直接影响着可采储量的计算精度。本文茸先对不同采收率预测方法的适用条件、范围、影响因 素进行了分析，在此基础上借助于已提交探明储量报告的研究成果，提出了使用数值模拟法和等温吸附曲线法练台预 测采收率、接气藏分别赋予采收率值的观点；借助于连续排采近六年的煤层气井生产资料，采用产量递减法预测了煤 层气采收率和身产服务年限。陕西韩城煤层气田的探明储量采用综合法求取采收率，并获得国土资源部批准。气田 的３号、５号和１ｉ号煤层气藏采收率分别取值４５ ８％、５３．１％和４８．３％；预测辽宁阜新煤田的煤层气采收率为５０％， 煤层气井的服务年限在１５年。 关键词：煤层气采收率预测方法等温吸附曲线数值模拟可采储量服务年限
表２中国煤层气采收率预测结果一览表
单位 时何 ２００１年 中联公司 ２００７拒 ２∞２年 中石油
２００７拒 ５０ Ｏ ４９
１
预测采收率
预测方法 数值模拟法 数值模拟法、等温吸附法 类比法 类比法 类比法
备注 沁水枣园，潘庄 陕西韩城 ｝０水樊庄 沁水郑庄 刘家区
阜新煤业集团
２００７盎
潞安煤业集团
２００７拒
第三届中国石油地质年会论文集 （又称数值模拟器，如：Ｃｏｍｅｔ—ＩＩ、ＣＯＡＬＧＡＳ、ＥＣＵＰＳＥ、ＣＭＧ），对已获得的储层参数和早期的试采生 产数据进行匹配拟合，最后获取煤层气井的预计产能和采收率”１。其预测结果实用性比较好，有利于 指导煤层气的勘探开发工作。但是，需要的基础数据比较多，对数据参数的误差比较敏感，因此，数据 的准确性直接影响采收率的预测结果。见实例之一。
８ ５—１７ ７ ０—１４ ６５
３３００ ５—２０ ｌ一２０ ４０００一１１３２０ ５０ＤＯ—１１３２０ ２０００一４２５０ １０００ １２ ２
２
８ ０—９１ ９．０—１５ ３０ １１ ３—２２
０—６ｌ
１．２中国的煤层气采收率
经过近十年的煤层气勘探工作，我国在煤层气勘探方面有了长足的进展，陆续提交了一批煤层气 探明储量。截止到２００８年底，共提交煤层气探明地质储量约１３６３ ｘ１０８Ｉｎ３，可采储量约６２７×１０８ｍ３。 预测的煤层气采收率在４０％一５４．３％之间”１（表２）。采用的预测方法为数值模拟法，等温吸附线和 类比法。
２．４解吸法
直接法测定的煤层气含量包括：解吸气、损失气和残余气三部分。理论上，解吸气和损失气在自 然条件下可以解吸出来，认为可以从气藏中开采出来。因此，煤层气的采收率可以认为是解吸气与损 失气之和占总气含量的百分比，间接地预测采收率。实际上，解吸气和损失气能否采出来，受制于煤 的变质程度、煤岩组成、煤质特征、煤体结构、煤层渗透性等诸多地质因素的影响，这些因素的存在直 接影响了采收率预测结果的实用性。
加产量的羌键。
口１
ｗＬｌ井３号攥两翻采收率与废弃压力＊燕图
目２
ｗＬｌ＊５号蝉预翻采收辜与废弃庄力关系田
田３
ｗｕ井ｌｌ号煤预蠢果啦宰与废弃压力美§田
Ⅲ４
ｗＬｌ井气、水产量历史撤古曲墁
一３∞一
第三届中国｛☆地质年舍话文采
根据预测采收率与废弃压力关系曲线，分别求出三个煤层在不同压力条件下的采收率预测值和 综台平均采收率值。从图中可知，局一个压力点，不同煤层，其采收率值存在着差别，而综台平均采收
２．６物质平衡法
物质平衡法是物质守恒定理在可采储量计算中的具体运用。其实质是假定在煤层气藏开发过程 中，物质的总量是不变的，即某个煤层气藏的原始储量等于采出量与地下剩余储量之和。物质平衡法 适合于煤层气开发阶段，已完成排采过程的气井，不适用于边缘井。其缺点是需要的参数多，包括静 态参数、等温吸附参数、町ｖ、流体物性、气水产量、压力变化等，但预测结果的可靠性比较高。根据我 国的煤层气勘探开发现状，目前还不能利用这种方法预测采收率。
２．２数值模拟法
该方法是预测煤层气采收率的重要方法，也是现阶段应用最多的方法。依据煤层气的产出机理， 通过建立模型（包括：地质模型、确定边界条件、煤层气的流动状态、源汇项及井的工作状态、数学模 型），敏感性分析（包括：气产量与含气量、表皮系数、孔隙度、渗透率、兰氏体积、吸附时间、井底压力等
参数的敏感性分析），历史拟合（获得气、水产量、压力等拟合曲线）等工作，在计算机中利用专门软件 一，∞一
３．１等温吸附曲线法
国内外关于煤层气井废弃压力的说法不一，但大体在０．４ＭＰａ一１ ３８ＭＰａ之间，主要意见集中在
０．５ＭＰａ一０ ７ＭＰａ。
基本原理：利用等温吸附曲线估算出不同压力下的残余含气量，实际含气量减去残余含气量即为 可采储量，进而估算出采收率。 具体步骤：（１）根据不同煤层的等温吸附曲线，分别求出准确的临界解吸压力；（２）利用编制的软 件程序．沿着等温吸附曲线．连续获取不同压力点所对应的残余含气量值；（３）实测含气量与残余含气 量的差值，即为采出气量；（４）采出气量与实测含气量的比值，即为不同压力条件下的煤层气采出程 度；（５）获取预测采收率与废弃压力关系曲线。但是，需要指出，这里所说的废弃压力是假定的，因为 单独利用等温吸附曲线无法确定每个煤层的废弃压力值，必须配合其它方法才能确定。
２．１类比法
类比法是一种比较简单的采收率预测方法．通过与地质条件相似的地区进行类比，从而获得煤层 气采收率。适合于研究程度比较高的地区。一般限于同一盆地的含气区带或地质条件类似、地理位 置相邻的含气区带。这种方法不仅要求类比区与被类比区的地质条件相近，而且要求二者的开发技 术、开采工艺、井网形态等方面基本一致。其结果的准确性取决于地质资料的可靠性，对类比区与被 类比区的地质认识程度，以及研究者的技术水平和工作经验等。我国目前应用该法预测采收率存在 着许多限制。
２．３等温吸附曲线法
等温吸附曲线法的理论基础是，煤对甲烷的吸附服从朗格缪尔（Ｌａｎｇｍｕｉｒ）方程，且煤层气的吸附 和解吸过程是一个可逆过程。试验表明，压力增高，煤对甲烷的吸附能力增强；当煤吸附了一定数量 的甲烷后，压力降低，甲烷开始解吸，煤层的吸附量减少。这种方法计算采收率是根据废弃压力和等 温吸附曲线确定的，而不是通过直接估算得到的，具有比较强的理论性。其难点在于如何确定废弃压 力，因为通常情况下不可能得到真实的废弃压力，需要通过预测手段和在充分的煤层气地质研究基础 上进行。单独应用该法计算煤层气采收率的可靠性比较低，最好是配合其他方法综合求取采收率。 见实例之一。
２．５产量递减法
产量递减法是通过研究煤层气井的产出规律、分析气井的生产特性和历史资料来预测可采储 量。气井投入开发生产阶段，至少连续生产５年后才能使用这种方法预测采收率。一般是煤层气 井经历了产气高峰开始稳产并出现递减后，利用递减曲线对未来产量进行计算，进而获得预测采收 率。本文章利用辽宁阜新煤田连续排采生产近六年的生产资料（３口井），利用产量递减法，进行了 煤层气最终采收率和煤层气井的生产服务年限进行了预测。文中列举了ＬＪｌ井一口井的实际资料 进行剖析。见实例之二。