一种基于渗透率和井距的煤层气采收率预测方法与流程

本发明涉及煤层气开发中采收率预测技术领域，尤其涉及一种基于渗透率和井距的煤层气采收率预测方法。

背景技术：

目前煤层气采收率的预测方法主要有：类比法、解吸法、气含量降低估算法、等温吸附曲线法以及气藏数值模拟法等。其中，类比法确定采收率的过程比较简单，结果主要取决于地质资料的可靠性，以及研究者对研究区和类比区地质条件的认识程度以及研究者的技术水平和经验，适合在研究程度较高的地区采用；解吸法确定的煤层气采收率会受到煤的变质程度、煤岩组成和煤体结构等这些相关地质因素的影响；气含量降低估算法计算过程简单，比较直观易理解，但应用该方法计算的煤层气采收率可靠程度比较低，通常应用于煤层气勘探开发的初期评价工作中；等温吸附曲线法是气含量降低估算法中的一种优化方法，应用较广泛，但该方法偏理想化，考虑的因素很少；气藏数值模拟法综合考虑了各种因素，其预测结果通常比较可靠，但该方法需要收集大量的数据，研究过程复杂，所需时间长，适用于开发程度较高的地区。

技术实现要素：

本发明要解决的是传统煤层气采收率的预测方法考虑因素少、预测结果可靠程度低的技术问题，提供了一种基于渗透率和井距的煤层气采收率预测方法，用于快速预测煤层气采收率，且预测指标可靠程度较高。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种基于渗透率和井距的煤层气采收率预测方法，该方法适用于不同的煤层气区块采收率预测，包括如下步骤：

(1)参照某一煤层气区块的地质参数，按照100％的初始含气饱和度，利用数值模拟技术软件建立简化模型；

(2)根据所参照煤层气区块的具体情况，确定渗透率和井距的取值范围；

(3)在简化模型上计算不同井距、不同渗透率的煤层气开发方案，统计各个方案的最终采收率；

(4)根据步骤(3)的计算结果，以井距为横坐标、渗透率的对数为纵坐标，绘制采收率等值曲线，形成煤层气采收率预测图版；

(5)在常用井距值和常用渗透率值的简化模型上，计算不同初始含气饱和度的方案，统计各个方案的最终采收率；并计算各个方案的采收率一次修正系数，采收率一次修正系数是指各个方案的最终采收率与初始含气饱和度为100％方案下最终采收率的比值；

(6)根据步骤(5)的计算结果，回归初始含气饱和度与采收率一次修正系数的关系式；

(7)在常用井距值和常用渗透率值的简化模型上，以100％的初始含气饱和度取，计算不同等温吸附曲线特征系数的方案，统计各个方案的最终采收率；并计算各个方案的采收率二次修正系数，采收率二次修正系数是指各个方案的最终采收率与该简化模型所对应煤层气区块等温吸附曲线特征系数的方案下最终采收率的比值；

(8)根据步骤(7)的计算结果，回归等温吸附曲线特征系数与采收率二次修正系数的关系式；

(9)对实际煤层气区块采收率预测时，先通过对照该实际煤层气区块的平均渗透率和设计井距在所述煤层气采收率预测图版上得到图版采收率预测值；

然后根据回归初始含气饱和度与采收率一次修正系数的关系式，代入该实际煤层气区块的初始含气饱和度计算出采收率一次修正系数，所述图版采收率预测值与所述采收率一次修正系数相乘得到第一次修正后的采收率预测值；

最后根据等温吸附曲线特征系数与采收率二次修正系数的关系式，代入该实际煤层气区块的等温吸附曲线特征系数计算出采收率二次修正系数，所述第一次修正后的采收率预测值与所述采收率二次修正系数相乘得到第二次修正后的采收率预测值。

其中，步骤(1)中的所述简化模型通过Eclipse软件建立。

其中，步骤(1)中的所述简化模型采用正方形井网，包括4口排采井。

其中，步骤(2)中所述渗透率的取值范围为0.01-100×10³μm²，所述井距的取值范围为200-800m。

其中，步骤(3)中计算不同井距、不同渗透率的煤层气开发方案时，所述井距和所述渗透率分别取至少五个等间距的数据点值。

其中，步骤(5)和步骤(7)中的常用井距值为300m，常用渗透率值为1md。

其中，步骤(5)中计算不同初始含气饱和度的方案时，所述初始含气饱和度的取值范围为20％-100％，且所述初始含气饱和度在此范围内取至少五个等间距的数据点值。

其中，所述等温吸附曲线特征系数为兰氏体积(V_L)与兰氏压力(P_L)的比值。

其中，步骤(7)中所述计算不同等温吸附曲线特征系数的方案时，所述等温吸附曲线特征系数的取值范围大于0、小于等于25，且所述等温吸附曲线特征系数在此范围内取至少五个等间距的数据点值。

一种基于渗透率和井距的煤层气采收率预测方法，该方法适用于某一特定的煤层气区块采收率预测，包括如下步骤：

(1)根据该特定的煤层气区块的地质参数，按照其实际的初始含气饱和度和等温吸附曲线，利用数值模拟技术建立简化模型；

(2)根据所参照煤层气区块的具体情况，确定渗透率和井距的取值范围；

(3)在简化模型上计算不同井距、不同渗透率的煤层气开发方案，统计各个方案的最终采收率；

(4)根据步骤(3)的计算结果，以井距为横坐标、渗透率的对数为纵坐标，绘制采收率等值曲线，形成煤层气采收率预测图版；

(5)对实际煤层气区块采收率预测时，通过对照该实际煤层气区块的平均渗透率和设计井距在所述煤层气采收率预测图版上得到采收率预测值即可。

其中，步骤(1)中的所述简化模型通过Eclipse软件建立。

其中，步骤(1)中的所述简化模型采用正方形井网，包括4口排采井。

其中，步骤(2)中所述渗透率的取值范围为0.01-100×10³μm²，所述井距的取值范围为200-800m。

其中，步骤(3)中计算不同井距、不同渗透率的煤层气开发方案时，所述井距和所述渗透率分别取至少五个等间距的数据点值。

本发明的有益效果是：

本发明根据渗透率、井距、初始含气饱和度和等温吸附曲线就可以快速预测某一煤层气区块的采收率，该方法结合了数值模拟技术，采用简化模型的方式，减少了工作量，且预测结果更加可靠，并创造性地建立了采收率预测图版，应用方便，是对现有的煤层气采收率预测方法的有益补充。

附图说明

图1为本发明实施例的煤层气简化模型示意图；

图2为本发明实施例的煤层气采收率预测图版；

图3为本发明实施例的煤层气初始含气饱和度与采收率一次修正系数关系曲线；

图4为本发明实施例的煤层气等温吸附曲线；

图5为本发明实施例的V_L/P_L与采收率二次修正系数关系曲线。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1所示，参照临兴某煤层气区块的地质参数，以初始含气饱和度为100％的理论理想值，利用数值模拟技术软件Eclipse建立煤层气简化模型，简化模型均采用正方形井网，部署4口排采井。

选取渗透率和井距，作为影响煤层气采收率的主要因素，并确定其变化范围，渗透率取值范围在0.01-100×10³μm²，井距取值范围在200-800m。将渗透率和井距作为影响煤层气采收率的主要因素，是基于两个参数在现场应用中比较容易获取；同时，在简化模型中，还考虑了等温吸附、气水相渗、排采等影响因素。井距、渗透率的取值范围要参照煤层气区块的具体情况，建议数据点各取5个以上，且井距、渗透率log值的数据点之间均为等间距。

井距分别取200、300、400、500、600、700、800m，网格大小30m，纵向上1层，其对应的平面网格数分别为13×13、20×20、26×26、33×33、40×40、47×47、53×53。在此基础上，渗透率分别取0.01、0.03、0.1、0.3、1、3、10、30、100×10³μm²，共计算63个不同渗透率、不同井距方案，统计各个方案的储量以及累产气，并计算出最终采收率(表1)。其中，不同井距的方案，简化模型的面积是不同的，煤层气储量也不同；简化模型的边界通过排采井外扩半个井距得到。

表1不同方案最终采收率统计表

当然，计算不同渗透率、不同井距的方案，也可以在不同渗透率的基础上，计算各井距的方案，也就是说，应计算每个井距和每个渗透率的取值分别进行对应的方案，在简化模型上得到井距取值数量和渗透率取值数量相乘所得数量的方案的最终采收率。

将井距作为X坐标，渗透率为Y坐标，采收率为Z坐标，绘制采收率等值曲线，即为煤层气采收率预测图版，如图2所示。其中，煤层气采收率预测图版的纵坐标是渗透率的对数坐标，主要是基于渗透率变化范围较大，取对数有利于绘图。

对实际煤层气区块采收率预测时，通过对照实际煤层气区块的平均渗透率和设计井距，可在煤层气采收率预测图版上快速得到图版采收率预测值；

鉴于现场实际区块的煤层气初始含气饱和度均低于100％，且初始含气饱和度对采收率是有很大影响的，在简化模型上以国内煤层气区块的常用井距值和常用渗透率值，计算不同初始含气饱和度的方案，统计各个方案最终采收率。其中，初始含气饱和度的取值范围要参照煤层气区块的具体情况，一般在20％～100％之间，建议数据点取5个以上，且数据点之间等间距。然后计算各个方案的采收率一次修正系数，采收率一次修正系数是指该方案的最终采收率与初始含气饱和度为100％方案的最终采收率的比值。根据计算结果，回归初始含气饱和度与采收率一次修正系数的关系式，并用于对图版采收率预测值的第一次修正。将现场实际初始含气饱和度代入上面的关系式，计算出采收率一次修正系数，并与预测图版上得到的图版采收率预测值相乘，最终得到第一次修正后的采收率预测值。

本实施例中，利用上面的简化模型，取300m井距、渗透率1md方案(国内煤层气区块常用值)，分别计算初始含气饱和度为20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％的方案下的最终采收率，并以初始含气饱和度100％方案的最终采收率作为基数，计算各个方案的采收率一次修正系数，绘制初始含气饱和度与采收率一次修正系数的关系曲线，如图3所示。通过多项式回归，得到初始含气饱和度与采收率一次修正系数的关系式：

y₁＝1.5941x³-4.4284x²+4.4902x-0.6544 (1)

其中，y₁－－采收率一次修正系数，小数；x－－初始含气饱和度，小数。

采收率预测图版是否可行，需要通过实际区块数据进行验证，下面以临兴某煤层气区块的数据为例：开发方案设计井距300*400m，渗透率1.35×10³μm²，初始含气饱和度54.2％，开发方案标定采收率为55.1％。

在采收率预测图版上，井距取350m，渗透率1.35×10³μm²，对应的图版采收率预测值约为75％；初始含气饱和度54.2％，根据关系式(1)，其对应的采收率一次修正系数是0.732；得到的第一次修正后的采收率预测值是75％×0.732＝54.9％，这与开发方案标定的采收率55.1％非常相近，说明该采收率预测图版可行。

如图4所示，不同的煤层气区块具有不同等温吸附曲线。为了使煤层气采收率预测图版更具通用性，研究等温吸附曲线与采收率的关系。等温吸附曲线方程如下：

$V=\frac{V_{L}P}{P_L+P}---\left(2\right)$

其中，V－－含气量，m³/t；

P－－地层压力，MPa；

V_L－－兰氏体积，m³/t；

P_L－－兰氏压力，MPa。

现将等温吸附曲线中的兰氏体积(V_L)与兰氏压力(P_L)的比值定义为等温吸附曲线特征系数，用于表征等温吸附曲线的形态。

在简化模型上以国内煤层气区块的常用井距值和常用渗透率值，初始含气饱和度取100％，计算不同曲线特征系数的方案，统计各个方案最终采收率。其中，等温吸附曲线特征系数的取值范围要参照煤层气区块的具体情况，一般在0～25之间(不包括0)，建议数据点取5个以上，且数据点之间等间距。根据简化模型计算结果，计算各个方案的采收率二次修正系数，采收率二次修正系数是指该方案的最终采收率与简化模型所对应煤层气区块等温吸附曲线特征系数的方案的最终采收率的比值。根据计算结果，回归等温吸附曲线特征系数与采收率二次修正系数的关系式，并用于对第一次修正后的采收率预测值的第二次修正。将现场实际等温吸附曲线特征系数代入上面的关系式，计算出采收率二次修正系数，并与第一次修正后的采收率预测值相乘，最终得到第二次修正后的采收率预测值。通过该关系式，可以根据不同的V_L/P_L值对第一次修正后的采收率预测值进行标定，以适用于其它煤层气区块。

在本实施例中，该临兴区块的等温吸附曲线特征系数(V_L/P_L)为5.6，其对应的图版采收率为75％。以该方案的图版采收率为基数，计算各个方案的采收率二次修正系数，回归等温吸附曲线特征系数与采收率二次修正系数的关系式。通过该关系式，可以根据不同的V_L/P_L值对第一次修正后的采收率预测值进行二次标定，以使该方法适用于其它煤层气区块。

研究发现该等温吸附曲线特征系数与采收率二次修正系数有较好的相关性，如图5所示，关系式如下：

y₂＝0.0005x²–0.0324x+1.1493 (3)

其中，y₂－－采收率二次修正系数，％；x－－V_L/P_L值，m³/t/MPa。

根据其它实际区块的V_L/P_L值，应用上述回归公式，得到采收率二次修正系数，并乘以第一次修正后的采收率预测值，完成二次修正，得到最终的采收率预测值。

针对要研究的实际煤层气区块建立的简化模型(比如上述临兴某煤层气区块)，由于模型采用的是该区块实际的初始含气饱和度以及等温吸附曲线，因此在建立采收率预测图版后，可直接在图版上得到采收率预测值，不需要进行一次、二次修正。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。