煤层气井型选择及参数优化.ppt

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煤层气井型选择及参数优化CBMwell-typeselectionandparameteroptimization,1/29,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。

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,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。

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。

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。

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,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,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.June251918,5.Z.-M.Wang;J.Zhang.CriticalThicknessofaLowPermeableCoalBedforHorizontalWellProductioninChina.EnergySources,PartA:

Recovery,Utilization,andEnvironmentalEffects.2011.33:

307-316.,3.E.Firanda.TheDevelopmentofMaterialBalanceEquationsforCoalbedMethaneReservoirs.SPE145382.2011,2.T.Ahmed;A.CentilmenandB.Roux.AGeneralizedMaterialBalanceEquationforCoaledMethaneReservoirs.SPE102638.2006,4.N.Maricic,ChevronCorp.AParametricStudyontheBenefitsofDrillingHorizontalandMultilateralWellsinCoalbedMethaneReservoirs.SPE96018.2005,29/29,煤层气井型选择及参数优选,讨论问题：

与常规油藏相比，煤岩力学性质对井型选择的影响；井型选择标准优先级，新式井型的应用；考虑储层影响，对不同井型下产能进行计算，使其更适合描述实际煤层气产出过程。