煤層氣技術(shù)可采資源量預(yù)測方法研究

庚 勐 陳 浩 王 權(quán) 李樹新 李貴中

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 065007;2.華北油田公司勘探開發(fā)研究院, 河北 062552;3.中國石油煤層氣有限責(zé)任公司,北京 100028)

煤層氣技術(shù)可采資源量預(yù)測方法研究

庚 勐1陳 浩1王 權(quán)2李樹新3李貴中1

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北 065007;2.華北油田公司勘探開發(fā)研究院, 河北 062552;3.中國石油煤層氣有限責(zé)任公司,北京 100028)

近年來隨著沁水、鄂東兩大煤層氣田進(jìn)入穩(wěn)定開發(fā)階段，全國大部分煤層氣田開展全面勘探工作以后，產(chǎn)量遞減法、數(shù)值模擬法以及刻度區(qū)類比法等可靠程度較高的可采資源量預(yù)測方法被大量使用，而且技術(shù)可采資源量預(yù)測深度也隨著勘探開發(fā)工作由以往的1500m以淺，拓展到2000m以淺。本文結(jié)合第四次油氣資源評價(jià)過程中的典型盆地，對以上幾種技術(shù)可采系數(shù)預(yù)測方法進(jìn)行了應(yīng)用評價(jià)，為第四次資源評價(jià)煤層氣可采資源量預(yù)測奠定了基礎(chǔ)，也為未來煤層氣勘探部署提供了參考依據(jù)。

煤層氣 地質(zhì)資源量 可采系數(shù) 技術(shù)可采資源量

1 產(chǎn)量遞減法

產(chǎn)量遞減法是預(yù)測煤層氣技術(shù)可采資源量最為可靠的方法。煤層氣藏經(jīng)過增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)后出現(xiàn)規(guī)律性產(chǎn)量隨時(shí)間下降趨勢，對于已進(jìn)入遞減階段的油氣田，阿爾浦斯(Arps)根據(jù)礦場進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，從理論上提出了指數(shù)遞減類型、雙曲遞減類型和調(diào)和遞減三種類型。

式中：D——瞬時(shí)遞減率，又稱為名義遞減率，%月或%年；

Q——遞減階段t時(shí)間的產(chǎn)量，m3/月或m3/年；

t——遞減階段的生產(chǎn)時(shí)間，月或年；

dQ/dt——單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量變化率。

產(chǎn)量遞減法應(yīng)用于煤層氣井評價(jià)中，需要研究煤層氣井的產(chǎn)氣規(guī)律、產(chǎn)量、壓力、液面等生產(chǎn)特征，分析氣井的開采特征和歷史資料來預(yù)測儲量，一般是在煤層氣井經(jīng)歷了產(chǎn)氣高峰并開始穩(wěn)產(chǎn)或出現(xiàn)遞減后，利用產(chǎn)量遞減曲線的斜率對未來產(chǎn)量進(jìn)行估算，產(chǎn)量遞減法實(shí)際上是煤層氣井生產(chǎn)特征外推法，必須滿足的條件：

① 選用的生產(chǎn)曲線具有典型的代表意義；

② 可以明確界定氣井的產(chǎn)氣面積；

③ 產(chǎn)量-時(shí)間曲線上在產(chǎn)氣高峰后至少3個(gè)月以上穩(wěn)定的氣產(chǎn)量遞減曲線斜率值；

④ 有效排除由于市場減縮、修井、檢泵或地表水處理等非地質(zhì)原因造成的產(chǎn)量變化對遞減曲線斜率值判定的影響。

圖1 華北某煤層氣田出現(xiàn)遞減規(guī)律井生產(chǎn)曲線

圖2 華北某煤層氣藏不同井型產(chǎn)量遞減率分布

如圖1所示，華北某煤層氣田遞減規(guī)律為指數(shù)遞減規(guī)律，其表達(dá)式可轉(zhuǎn)化為：

Q=Qie-Dt

式中：D——瞬時(shí)遞減率，又稱為名義遞減率，%月或%年；

Q——遞減階段t時(shí)間的產(chǎn)量，m3/月或m3/年；

t——遞減階段的生產(chǎn)時(shí)間，月或年；

Qi——遞減初始階段產(chǎn)量，m3/月或m3/年。

由圖2所示，該地區(qū)水平井遞減率5.1%～27.2%，平均為18.3%；直井遞減率6.8%～37.5%，平均為21.6%，水平井遞減略緩。利用靜態(tài)法預(yù)測井控地質(zhì)儲量，該地區(qū)煤儲層參數(shù)平均值如表1所示，計(jì)算其已進(jìn)入遞減階段直井、水平井可采系數(shù)和可采資源量。

表1 華北某氣藏不同井型可采資源量計(jì)算參數(shù)

2 數(shù)值模擬法

目前，國內(nèi)絕大部分煤層氣田均尚未進(jìn)入遞減階段，對于其中具備一定生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)時(shí)間的煤層氣藏，可以采用數(shù)值模擬法對技術(shù)可采系數(shù)開展研究。即利用數(shù)值模擬軟件對已獲得的儲層參數(shù)、工程參數(shù)和實(shí)際的生產(chǎn)數(shù)據(jù)(或試采數(shù)據(jù))進(jìn)行擬合匹配，最后獲取氣井的預(yù)計(jì)生產(chǎn)曲線和可采儲量。

要求選用的數(shù)值模擬軟件必須能夠模擬煤儲層的獨(dú)特雙孔隙特征和氣、水兩相流體的3種流動方式(解吸、擴(kuò)散和滲流)及其相互作用過程，以及煤體巖石力學(xué)性質(zhì)和力學(xué)表現(xiàn)等，如Comet-Ⅱ、COALGAS、ECLIPSE、CMG等軟件。

以某煤層氣藏為例，其基本氣藏參數(shù)如表2所示。

圖3 某煤層氣藏氣、水?dāng)M合曲線

如表3和圖3所示，可采資源量隨著開采年限和井距增加而增加，但可采系數(shù)隨著井距加大而減少，模擬結(jié)果顯示產(chǎn)氣年限20年的可采系數(shù)普遍大于同井距下產(chǎn)氣年限為15年的可采系數(shù)，也印證了煤層氣開發(fā)過程上產(chǎn)慢、穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間長的特征。具體開發(fā)方案可以根據(jù)區(qū)塊埋深和地表?xiàng)l件等進(jìn)行經(jīng)濟(jì)和理性分析以選擇不同井距進(jìn)行部署。

表2 某煤層氣藏地層基本參數(shù)

表3 某煤層氣藏不同井距可采資源量預(yù)測結(jié)果

3 可采系數(shù)預(yù)測法

可采系數(shù)預(yù)測法是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)條件，對未開發(fā)或開發(fā)程度較低煤層氣藏進(jìn)行可采系數(shù)預(yù)測后，乘以地質(zhì)儲量來獲得可采資源量的。同樣可采系數(shù)也分為技術(shù)可采系數(shù)和經(jīng)濟(jì)可采系數(shù)，目前通常指技術(shù)可采系數(shù)。求取方法主要有等溫吸附曲線法、類比法等。

計(jì)算公式如下：

Gr=Gi·R

式中：Gr——煤層氣可采資源量/儲量，單位為108m3；

Gi——煤層氣地質(zhì)資源量/儲量，單位為108m3；

R——煤層氣可采系數(shù)，小數(shù)。

(1)等溫吸附曲線法

根據(jù)煤層氣井身結(jié)構(gòu)所能達(dá)到的最低儲層壓力，即煤層氣井的枯竭壓力，可以根據(jù)吸附等溫線估算出殘余氣含量，與實(shí)際含氣量結(jié)合起來估算理論上最大采收率。

其中：

b=1/PL

所以：

式中：R——煤層氣可采系數(shù)，小數(shù)；

VL——蘭氏體積，m3/t；

PL——蘭氏壓力，MPa；

Pa——枯竭壓力，MPa；

Q——實(shí)際含氣量，m3/t。

其中枯竭壓力是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)，受到氣田作業(yè)成本、氣價(jià)影響。依據(jù)美國經(jīng)驗(yàn)，煤層氣井的最低枯竭壓力大體在0.4～1.38MPa，絕大多數(shù)集中在0.4～0.7MPa?？紤]到我國煤層氣開采技術(shù)還不十分成熟，建議貧煤和無煙煤區(qū)采用1.38MPa，長焰煤-瘦煤區(qū)采用0.7MPa，褐煤采用0.4MPa。

如圖4所示，以東北某煤層氣藏為例，實(shí)測含氣量9.65m3/t，蘭氏體積為17.3 m3/t，蘭氏壓力為3.32MPa，該氣藏煤階為長焰煤-氣煤，廢棄壓力取值0.7MPa。通過公式計(jì)算可知，該地區(qū)可采系數(shù)達(dá)0.688。

圖4 東北某煤層氣藏等溫吸附曲線圖

該煤層氣藏地質(zhì)資源量約為23.06×108m3，其可采資源量為16.241×108m3。

(2)刻度區(qū)類比法

隨著煤層氣勘探開發(fā)進(jìn)展，不同煤階出現(xiàn)了勘探開發(fā)程度較高，認(rèn)識較深的煤層氣區(qū)塊，借鑒常規(guī)油氣藏刻度區(qū)評價(jià)方法建立了多個(gè)煤層氣刻度區(qū)。通過刻度區(qū)類比法進(jìn)行可采系數(shù)預(yù)測，可靠程度遠(yuǎn)高于以往的相鄰區(qū)塊或相同煤階類比結(jié)果。

根據(jù)地質(zhì)條件、儲層條件、煤層氣高氣主控地質(zhì)因素的研究與認(rèn)識，選擇埋深、厚度、含氣量、飽和度、滲透率、封蓋能力、水文條件等7個(gè)參數(shù)(表4)。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：按10分制(0～10分)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)等級分別賦值。

表4 高階煤評價(jià)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)的確定

續(xù)表

表5 評價(jià)區(qū)與刻度區(qū)類比參數(shù)打分對比

華北地區(qū)某盆地刻度區(qū)鏡質(zhì)體反射率為2.9%～4.0%之間，南方某區(qū)塊煤樣的鏡質(zhì)體反射率2.63%～2.9%，屬高階無煙煤。將二者按照刻度區(qū)類比法參數(shù)進(jìn)行對照打分，結(jié)果如表5所示，該高煤階刻度區(qū)直井采收率約為0.59～0.64，刻度區(qū)評價(jià)指標(biāo)打分為55分，評價(jià)區(qū)打分為47分，評價(jià)區(qū)按照等溫吸附法計(jì)算可采系數(shù)為0.43～0.55，所以評價(jià)區(qū)直井可采系數(shù)可選擇為0.50～0.55。

評價(jià)區(qū)煤層氣地質(zhì)資源量為263.89×108m3；按照可采系數(shù)0.5進(jìn)行預(yù)測，該評價(jià)區(qū)可采資源量為131.95×108m3。

[1] 張新民，趙靖舟,張培河，等.2007.中國煤層氣技術(shù)可采資源潛力[J],煤田地質(zhì)與勘探,35(4),23-26.

[2] 張抗.對中國天然氣可采資源量的討論[J]，天然氣工業(yè),2002，22(6)：6-9.

[3] 陳春林，林大楊.等溫吸附曲線方法在煤層氣可采資源量估算中的應(yīng)用[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005， 34(5)：680-682.

[4] 楊永國,秦勇,姜波.煤層氣項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評價(jià)理論與方法研究[M].徐州:中國礦業(yè)出版社，2001.

(責(zé)任編輯 劉 馨)

Research on Forecast Method for CBM Technical Recoverable Resources

GENG Meng1, CHEN Hao1,WANG Quan2, LI Shuxin3, LI Guizhong1

(1. Langfang Branch of Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Hebei 065007;2. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, PetroChina HuaBei Oilfield Company, Hebei 062552; 3.Petrochina Coalbed Methane Company Limited., Beijing 100028)

In recent years, with the stable exploration and development of CBM resources in Qinshui Basin and east Ordos Basin and the intensively exploring of most of the CBM areas across the country, there are higher reliability methods to be used to evaluate technical recoverable resources, which are production decline method, numerical simulation method and calibration area analogy method etc. More than that, we added the technical recoverable resources of depth from 1500 m to 2000 m. This paper evaluates those technical recoverable resources combined with typical basin in the fourth oil and gas resource assessment. It will lay a foundation for the fourth evaluation of CBM technical recoverable resources, as well provide the reference for CBM exploration strategy in the future.

CBM; geological resources; recovery rate; technical recoverable resources

國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目“煤層氣富集規(guī)律研究及有利區(qū)塊預(yù)測評價(jià)”(2011ZX05033)；中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項(xiàng)“煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)研究與示范應(yīng)用”(2013E-2201)；中國石油天然氣股份有限公司科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目課題“非常規(guī)油氣資源評價(jià)”(2013E-050202)；國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心項(xiàng)目“中石油礦權(quán)區(qū)煤層氣地質(zhì)及資源評價(jià)”(1A14YQKYQ0125)聯(lián)合資助。

庚勐，碩士研究生，現(xiàn)從事煤層氣地質(zhì)評價(jià)研究。