一种考虑固体颗粒迁移的煤层气排采阶段评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤层气排采控制领域，具体地，涉及一种考虑固体颗粒迀移的煤层气 排采阶段评估方法。
【背景技术】
[0002] 煤层气产出过程是排水-降压-产气的过程，传统模式的煤层气排采控制依托煤 层气运移动力学方程进行计算和判断。由于上述方法仅考虑了储层压力对基质孔隙度、渗 透率的影响，忽略了固体颗粒物迀移对基质孔隙度、渗透率的影响。实际煤层气开采过程中 固体颗粒物（煤粉、砂粒）的迀移不可避免，固体颗粒物的迀移必将导致孔隙率的变化，由 于孔隙率与渗透率呈现三次方的关系，所以固体颗粒物的迀移状态对煤层气排采会产生重 大的影响。现场排采经常凭经验通过控制产水量控制排采进程，无具体的量化的手段和方 法指导生产，造成了控制的随意性，发生了煤层气井排采不当，造成停井现象。
[0003]目前的煤层气排采控制制度主要依托煤层气水气运移动力学方程进行模拟运算， 得出其运移过程的整体表现。由于理论方程采用了较理想的条件，所以导致了理论与实际 较大的偏差。由于理论与实际的偏差，现场工作人员尚无好的办法判定煤层气井的合理排 采制度，只能采用经验判断的方式进行排采制度的控制。现阶段既无定量化理论也无手段 对煤层气井生产中控制制度进行评估。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种考虑固体颗粒迀移的煤层气排 米阶段评估方法。
[0005] 根据本发明提供的一种考虑固体颗粒迀移的煤层气排采阶段评估方法，包括：
[0006] 根据煤层初始状态参数和煤层气排采模型计算所述煤层排采过程中的煤层实时 状态参数；
[0007] 根据固体颗粒物状态变化将所述排采过程划分为4个排采控制阶段，根据所述煤 层实时状态参数和所述煤层排采模型计算获得所述排采控制阶段的产水量边界；
[0008] 其中，所述排采控制阶段从排采开始依次包括第一阶段、第二阶段、第三阶段、第 四阶段，
[0009] 煤粉启动的临界状态下，对应为所述第一阶段与所述第二阶段的产水量边界：qi =2 Jr rehv!，
[0010] 煤基质破坏从而开始煤粉脱落的临界状态下，对应为所述第二阶段与所述第三阶 段的产水量边界：q2= 2JrrJivt，
[0011] 开始吐沙的临界状态下，对应为所述第三阶段与所述第四阶段的产水量边界：q3 =2Jrrehvs；
[0012] 其中h为煤层厚度，^为井筒半径，vi为煤粉启动临界出水速度，vt为煤粉脱落临 界出水速度，vsS吐沙临界出水速度。
[0013]作为一种优化方案，所述煤层初始状态参数包括：渗透率、储层压力、粘滞系数、煤 粉颗粒半径、煤层厚度、井筒半径。
[0014]作为一种优化方案，所述煤粉启动的临界状态下的煤粉启动临界出水速度为：
式中Vi为煤粉启动临界出水速度，rs为煤 粉颗粒半径，k为渗透率，y为粘滞系数。
[0015]作为一种优化方案，所述煤基质破坏从而开始煤粉脱落的临界状态下的煤粉脱落 临界出水速度为：
[0016]
[0017]式中vt为煤粉脱落临界出水速度，r's为煤粉颗粒的等效半径；Fe为重力；As为 常数，9为水平方向力与径向轴方向夹角。
[0018]作为一种优化方案，开始吐沙的临界状态下的吐沙临界出水速度为：
[0019]
[0020]其中，^为吐沙临界出水速度，Pc为储层压力，Ai为颗粒截面，y为粘滞系数。
[0021] 作为一种优化方案，所述煤层气排采模型为：
[0026]其中，K为渗透率，P为储层压力，yg为气体粘滞系数，t为时间，qg为产气量，qw 为产水量，
[0027] h为产层厚度，单位米；K"为水相的相对渗透率；K为绝对渗透率，单位毫达西；PWS初始水相的储层压力，单位兆帕；Pwf为煤层气井井底流压，单位兆帕；rj%影响半径， 单位米;rw为井筒半径，单位米；S为表皮系数。
[0028]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0029]本发明融合固体颗粒物动态和煤层气运移动力学方程，建立一种考虑固体颗粒迀 移的煤层气排采控制制度建立算法，建立起了一种在生产过程中评估煤层气排采控制合理 性的算法。该方法的建立将改变现场排采工人凭经验随意控制煤层气井的现状。
[0030] 本发明将煤层气运移动力学与固体颗粒物状态判断相结合，建立起了一种在生产 过程中评估煤层气排采控制合理性的算法，依据结果选择建立适合在生产过程的煤层气井 排采制度。
[0031] 首先通过煤层气运移过程，模拟计算特定条件下的地下煤储层状态（气、水、煤结 构等），获得地下排采过程中的实时储层状态，依据储层实时状态变量，计算固体颗粒物状 态，划定实时状态下的煤层气排采控制参数边界，为选择合适的煤层气排采控制参数建立 排采控制制度提供支持。
[0032] 本发明考虑了煤基质中颗粒物的迀移对煤层气运移过程的影响，依据其状态建立 排采控制优化算法；
[0033] 本发明是限定了实时排采控制参数范围，为排采工人分阶段排采提供参数指导， 而不是仅凭经验的估算。
【附图说明】
[0034] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领 域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附 图中：
[0035]图1是可选实施例中的一种考虑固体颗粒迀移的煤层气排采阶段评估方法流程；
[0036] 图2是另一种考虑固体颗粒迀移的煤层气排采阶段评估方法流程；
[0037]图3是考虑固体颗粒迀移的煤层气排采阶段划分。
【具体实施方式】
[0038] 下文结合附图以具体实施例的方式对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于 本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，还可以 使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发 明的范围和实质。
[0039] 在本发明提供的一种考虑固体颗粒迀移的煤层气排采阶段评估方法的实施例中， 如图1所示，包括：
[0040] 根据煤层初始状态参数和煤层气排采模型计算所述煤层排采过程中的煤层实时 状态参数；
[0041] 根据固体颗粒物状态变化将所述排采过程划分为4个排采控制阶段，根据所述煤 层实时状态参数和所述煤层排采模型计算获得所述排采控制阶段的产水量边界；
[0042] 其中，所述排采控制阶段从排采开始依次包括第一阶段、第二阶段、第三阶段、第 四阶段，
[0043] 煤粉启动的临界状态下，对应为所述第一阶段与所述第二阶段的产水量边界：qi =2 Jr rehv!，
[0044] 煤基质破坏从而开始煤粉脱落的临界状态下，对应为所述第二阶段与所述第三阶 段的产水量边界：q2= 2JrrJivt，
[0045] 开始吐沙的临界状态下，对应为所述第三阶段与所述第四阶段的产水量边界：q3 =2 31rehvs；
[0046] 其中h为煤层厚度，^为井筒半径，vi为煤粉启动临界出水速度，vt为煤粉脱落临 界出水速度，vsS吐沙临界出水速度。
[0047] 所述考虑固体颗粒迀移的煤层气排采阶段的划分见图3。
[0048] 本实施例如图2所示，主要由三个大的步骤构成：
[0049] 1)由煤层裂隙系统中气、水两相渗流的基本微分方程实现煤储层在排采过程各阶 段实时状态的确定；
[0050] 2)利用裘皮公式实现井口气水产出状态的确定；
[0051] 3)固体颗粒物迀移的临界状态下的出水情况的确定，从而得到各排采阶段的边界 条件。
[0052] 煤储层状态的实时运算
[0053] 裂隙系统中气、水两相渗流的基本微分方程（1)和（2):