CN105930667B - 一种计算气井煤层气吸附量的方法 - Google Patents
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Abstract
一种计算气井煤层气吸附量的方法，包括以下步骤：步骤一：对气井穿过的煤层进行测试分析，获取煤质工业分析结果；收集气井煤层数据；步骤二：根据煤的干燥无灰基挥发分计算镜质组最大反射率；步骤三：根据煤层气动态吸附方程计算各煤层的煤层气吸附量；步骤四：按各煤层地层温度，计算各煤层不同压力下的吸附量，将该值求和便得到气井穿过所有煤层的总吸附量。该方法可大幅度提高气井煤层气吸附量计算的精度，对指导煤层气勘探开发具有重要的实际意义。
Description
技术领域：
本发明涉及煤层气勘探与开发领域，特别涉及一种计算气井煤层气吸附量的方法。
背景技术：
气井煤层吸附气含量的定量计算方法是煤层气储层评价的关键和主要技术难题，利用测井资料计算其含量成为重要途径，其计算精度直接影响到煤层气的勘探开发决策。煤层临界解吸压力是指解吸与吸附达到平衡时对应的压力，即压力降低使吸附在煤微孔隙表面上的气体开始解吸时的压力。理论上，当储层压力降低到临界解吸压力以下时，煤孔隙中吸附的气体开始解吸，向裂隙方向扩散，在压力差的作用下，从裂隙向井筒流动，且煤层的吸附和解吸是可逆的。在煤层的解吸过程中，当压力降低时，气体则开始解吸。目前，煤层气开采大多是基于这一原理，通过排水降低压力而达到采气的目的。
目前气井煤层气吸附量的计算中把各个煤储层当作是均匀的产气储层，用Langmuir模型、Freundlich经验模型、BP神经网络模型等计算出气井煤层气的吸附量。然而煤层气井大都穿过多煤层气储层或厚度较大的煤层气储层，并往往统一进行混合排采，把各个煤储层当作是均匀的产气储层，这样计算出的吸附量显然不符合实际情况，上述计算模型仅仅考虑压力对煤层气吸附量的影响，并未考虑温度对吸附气量的影响，实际上随着深度的改变，煤层压力与温度同时改变，且压力与温度对煤层气吸附量都有影响，因此上述模型计算煤层气吸附量存在一定误差。
发明内容：
有鉴于此，本发明提供一种计算气井煤层气吸附量的方法，该方法考虑气井穿过多煤层的情况，同时给出一个既考虑温度变化又考虑压力变化的动态吸附方程，大幅度提高气井煤层气吸附量计算的精度，对指导煤层气勘探开发具有重要的实际意义。
一种计算气井煤层气吸附量的方法，包括以下步骤：
步骤一：对气井穿过的煤层进行测试分析，获取煤质工业分析结果；收集气井煤层数据，包含：气井穿过的煤层数，各煤层深度、煤厚、温度、压力；
步骤二：根据煤的干燥无灰基挥发分计算镜质组最大反射率；
步骤三：根据煤层气动态吸附方程计算各煤层的煤层气吸附量；
步骤四：按各煤层地层温度，计算各煤层不同压力下的吸附量，将该值求和便得到气井穿过所有煤层的总吸附量。
计算气井煤层气吸附量的方法具体步骤为：
步骤一：对气井穿过的煤层进行测试分析，获取煤质工业分析结果；收集气井煤层数据，包含：气井穿过的煤层数，各煤层深度、煤厚、温度、压力；
进一步，地层温度可按地温梯度2.33℃/100m计算，地层压力梯度可按1MPa/100m计算。
步骤二：根据煤的干燥无灰基挥发分与镜质组最大反射率之间的线性关系计算各煤层镜质组最大反射率，该线性关系用式1表示：
式中：镜质组最大反射率；
a1、b1：待定系数；
Vdaf：干燥无灰基挥发分；
用最小二乘法回归出上式的待定系数a1、b1，根据气井各煤层煤的干燥无灰基挥发分数据，用上式计算各煤层镜质组最大反射率。
步骤三：根据煤层气动态吸附方程计算各煤层的煤层气吸附量，如式2：
式中：V：吸附量，m3/t；
T:地层温度，K；
B:吸附流量系数；
Δ：吸附分子能量差；
P:地层压力，MPa；
β：吸附常数；
进一步，利用步骤二得出的镜质组最大反射率计算煤层气动态吸附方程的常数B、Δ、β，如式3，式4，式5：
式中：a2、b2、c2、d2、a3、b3、c3、d3、a4、b4、c4、d4：回归常数；
按最小二乘法回归出式3，式4，式5中的a2、b2、c2、d2、a3、b3、c3、d3、a4、b4、c4、d4回归常数，并根据值求煤层气动态吸附方程中B、Δ、β的常数。
步骤四：按各煤层地层温度，计算各煤层不同压力下的吸附量，将该值求和便得到气井穿过所有煤层的总吸附量；并绘制气井全部煤层吸附曲线。
进一步，对于气井不同煤层，其最大的吸附压力P应小于Pi,max,若第i煤层地层压力大于Pi,max，则该层煤层气吸附量为零；Pi,max可由式6计算：
Pi，max＝P0+(hi-ho)ρg 式6
式中：Pi,max：第i煤层最大吸附压力；
P0：套管封头压力，MPa；
hi：第i煤层的埋深，m；
h0：套管内液位高度，m；
ρ：液体密度，kg/m3；
g：重力加速度。
一种计算气井煤层气吸附量的方法有益效果在于：该方法考虑气井穿过多煤层的情况，同时考虑煤层气进行混合排采的情况，并给出一个既考虑温度变化又考虑压力变化的动态吸附方程，该方程根据不同变质程度的煤得出不同的常数，即考虑煤的变质程度对吸附量的影响，因此该方法可大幅度提高气井煤层气吸附量计算的精度，对指导煤层气勘探开发具有重要的实际意义。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明：
步骤一：选择某气井孔号为502的勘探井为计算对象，对该气井穿过的煤层进行测试分析，获取煤质工业分析结果，如下表所示。
| 煤层 | 见煤深度(m) | 煤厚(m) | M<sub>ad</sub>(％) | A<sub>ad</sub>(％) | V<sub>daf</sub>(％) |
| 2 | 598.3 | 1.03 | 0.53 | 25.72 | 33.59 |
| 3 | 623.4 | 1.0 | 0.56 | 16.8 | 26.6 |
| 4 | 630.84 | 1.75 | 0.51 | 19.53 | 24.66 |
| 12 | 878.1 | 1.66 | 0.43 | 16.07 | 25.93 |
| 15 | 918.75 | 1.12 | 0.64 | 23.72 | 31.28 |
收集气井煤层数据，包含：气井穿过的煤层数，各煤层见煤深度、煤层温度、温度K、煤层压力，如下表所示。
步骤二：煤的干燥无灰基挥发分与镜质组最大反射率之间的关系如式1：
式中：镜质组最大反射率；
a1、b1：待定系数；
Vdaf：干燥无灰基挥发分；
用最小二乘法回归出上式中的待定系数a1、b1，根据气井各煤层煤的干燥无灰基挥发分数据，用上式计算各煤层镜质组最大反射率；计算结果如下表。
步骤三：根据煤层气动态吸附方程计算各煤层的煤层气吸附量，如式2：
式中：V：吸附量，m3/t；
T:地层温度，K；
B:吸附流量系数；
Δ：吸附分子能量差；
P:地层压力，MPa；
β：吸附常数；
进一步，利用步骤二得出的镜质组最大反射率计算煤层气动态吸附方程的常数B、Δ、β，如式3，式4，式5：
式中：a2、b2、c2、d2、a3、b3、c3、d3、a4、b4、c4、d4：回归常数；
按最小二乘法回归出式3，式4，式5中的a2、b2、c2、d2、a3、b3、c3、d3、a4、b4、c4、d4回归常数，并根据值求煤层气动态吸附方程中B、Δ、β的常数。
| 煤层 | R<sub>max</sub> | β | Δ | B |
| 2 | 0.97281 | 0.600243 | 3543.022 | 4.23E-07 |
| 3 | 1.2594 | 0.532496 | 2684.555 | 1.13E-05 |
| 4 | 1.33894 | 0.515879 | 2475.061 | 2.51E-05 |
| 12 | 1.28687 | 0.526591 | 2610.376 | 1.5E-05 |
| 15 | 1.06752 | 0.577139 | 3245.935 | 1.33E-06 |
步骤四：按各煤层地层温度，计算各煤层不同压力下的吸附量，将该值求和便得到气井穿过所有煤层的总吸附量；并绘制气井全部煤层吸附曲线。
进一步，对于气井不同煤层，其最大的吸附压力P应小于Pi,max,若第i煤层地层压力大于Pi,max，则该层煤层气吸附量为零；Pi,max可由式6计算：
Pi，max＝P0+(hi-ho)ρg 式6
式中：Pi,max：第i煤层最大吸附压力；
P0：套管封头压力，MPa；
hi：第i煤层的埋深，m；
h0：套管内液位高度，m；
ρ：液体密度，kg/m3；
g：重力加速度；
该气井通过排水降低压力得到煤层气的总吸附量计算结果如下表所示。
Claims (3)
1.一种计算气井煤层气吸附量的方法，其特征在于：一种计算气井煤层气吸附量的方法包括以下步骤：
步骤一：对气井穿过的煤层进行测试分析，获取煤质工业分析结果；收集气井煤层数据，包含：气井穿过的煤层数，各煤层深度、煤厚、温度、压力；
步骤二：根据煤的干燥无灰基挥发分计算镜质组最大反射率；
步骤三：根据煤层气动态吸附方程计算各煤层的煤层气吸附量；
步骤四：按各煤层地层温度，计算各煤层不同压力下的吸附量，将该值求和便得到气井穿过所有煤层的总吸附量；
步骤三中煤层气动态吸附方程如式2：
式中：V：吸附量，m3/t；
T:地层温度，K；
B:吸附流量系数；
Δ：吸附分子能量差；
P:地层压力，MPa；
β：吸附常数；
利用步骤二得出的镜质组最大反射率计算煤层气动态吸附方程的常数B、Δ、β，如式3，式4，式5：
式中：a2、b2、c2、d2、a3、b3、c3、d3、a4、b4、c4、d4：回归常数；
按最小二乘法回归出式3，式4，式5中的a2、b2、c2、d2、a3、b3、c3、d3、a4、b4、c4、d4回归常数，并根据值求煤层气动态吸附方程中的B、Δ、β常数。
2.如权利要求1所述一种计算气井煤层气吸附量的方法，其特征在于：步骤二中计算各煤层镜质组最大反射率方程如式1：
式中：镜质组最大反射率；
a1、b1：待定系数；
Vdaf：干燥无灰基挥发分；
用最小二乘法回归出上式的待定系数a1、b1，根据气井各煤层煤的干燥无灰基挥发分数据，计算各煤层镜质组最大反射率。
3.如权利要求1所述一种计算气井煤层气吸附量的方法，其特征在于：步骤四中，对于气井不同煤层，其最大的吸附压力P应小于Pi,max,若第i煤层地层压力大于Pi,max，则该层煤层气吸附量为零；Pi,max可由式6计算：
Pi，max＝P0+(hi-ho)ρg 式6
式中：Pi,max：第i煤层最大吸附压力；
P0：套管封头压力，MPa；
hi：第i煤层的埋深，m；
h0：套管内液位高度，m；
ρ：液体密度，kg/m3；
g：重力加速度。
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