CN1136338A - 确定固体碳质地下层的储层特性的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种确定固体碳质地下层的储层特性的方法。该方法使用从注入/回流试验得到的气田数据，其使用气态解吸流体与储层模拟技术一起来确定地层的储层质量和提高甲烷回收特性。

Description

确定固体碳质地下层的储层特性的方法
                发明领域
本发明一般涉及从固体碳质地下层，例如煤层，回收甲烷的方法。更具体地说，本发明涉及确定固体碳质地下层的储层质量的方法。本发明也涉及确定提高固体碳质地下层的甲烷回收特性的方法。
                发明背景
固体碳质地下层，例如煤层，可能含大量天然气。这种天然气主要由甲烷组成，一般甲烷为90-95％(体)。大部分甲烷吸附在该层的碳质物质上。除甲烷外，少量其它化合物，例如水、氮气、二氧化碳和较重的烃可能存储在碳质基岩中，或附着在它的表面。已知全世界在固体碳质地下层中的甲烷储量是巨大的，为此已开发了许多技术以有利于从这些地层中回收甲烷。
过去，甲烷主要是通过减少储层压力从固体碳质地下层中回收。采用减少压力的方法，当固体碳质地下层的储层压力降低时，在煤的内生裂隙中的甲烷的分压则减少。这使得甲烷从甲烷吸附中心脱附，扩散到煤的内生裂隙中。一旦在煤的内生裂隙***中，甲烷流到回收井，在那里甲烷被回收。当甲烷从固体碳质地下层中回收时，该层的储层压力继续降低。一般，随着该层的储层压力降低时间过长，甲烷回收率降低。对于煤层，认为原生压力减少技术能够经济地生产煤层中的原始甲烷地质储量的约35-70％。甲烷从这些地层的回收率和用原生压力减少技术从地层中可回收的原始甲烷地质储量百分比取决于地层的储层特性。
预测在固体碳质地下层中甲烷的含量、预期的甲烷回收率和可以预期的要从地层中回收的甲烷的百分比是困难、耗时并且花销大。一般地，从感兴趣的地层得到岩芯样品以确定地层的储层特性，包括地层中甲烷的含量，并且确定碳质物质的厚度和垂直布局。遗憾的是，固体碳质地下层，例如煤层，常常是非常不均匀的，在垂直和水平方向都可以呈现极大的各相异性。也常常在不连续层中发现碳质物质，其常常被页岩和沙岩隔开。因而，岩芯样品常常不能可靠估计储层质量。
常常需要全面的生产试验，以更好的描述特殊的固体碳质地下层的回收甲烷的潜产量。一般的生产试验有几口钻入固体碳质地下层的回收井。用来描述用原生压力减少技术从固体碳质地下层回收甲烷的生产试验可能花费数百万美元，需要几个月或几年以便描述从特殊的固体碳质地下层回收甲烷的潜产量。
在过去，使用降压试验来确定井壁趋肤效应、储层渗透性和围绕井筒的煤层区的储层压力。在这些试验中，一般通过注入井将水注入地层中。在所要求的时期注入是连续的，然后注入井关闭。在注入井关闭期间，测定井筒压力。可以分析降压数据，以提供井壁趋肤效应、渗透性和储层压力。然而，正如早先讨论的那样，固体碳质地下层常常呈现高度不均匀性和各相异性，这些不能由标准的降压试验来确定。因而，标准的降压试验一般不提供足以描述一般固体碳质地下层储层质量的足够信息。
对于许多固体碳质地下层，用原生压力减少技术回收甲烷是不可能满意的。为了提高固体碳质地下层的甲烷回收率，已经开发了能够从地层，并且以高于用压力减少技术所能得到的速率回收较高百分比的原始甲烷地质储量的技术。一种这样的技术采用注入气态解吸流体，例如氮气、贫氧空气、空气、烟道气和任何至少含50％(体)氮气的其它气体。注入的气态解吸流体，减少在煤的内生裂隙中甲烷的分压，使甲烷从甲烷吸附中心解吸出来，进入煤的内生裂隙中。另一种这样的技术采用注入至少含50％(体)的二氧化碳的气态解吸流体。流体中所含的二氧化碳优先地吸附在甲烷吸附中心，从而使甲烷从吸附中心解吸出来，扩散进煤的内生裂隙中。
一旦在煤的内生裂隙中，甲烷就向回收井移动。上面的两种技术还有另外的优点，因为注入的气态解吸流体势必将地层朝上压，从而使从固体碳质地下层回收的现有地下储存甲烷比用原生压力减少技术回收更快。采用注入气态解吸流体，比用原生压力减少技术回收更高百分比的现有地下储存甲烷。采用注入气态解吸流体来提高固体碳质地下层的甲烷回收率的方法以下有时简称“提高甲烷回收率的技术”。
当采用提高甲烷回收率的技术改善甲烷从地层的回收率时，这些技术也需要很大的设计工作和工程。此外，更高的回收率和采用提高甲烷回收率的技术所能够回收的额外的现有地下储存甲烷，不能证明与在特殊地层实施该技术有关的额外的花费是正确的。
为了确定提高回收率的技术对于特殊的固体碳质地下层是否适当，必须准确预测采用这些技术从地层回收的甲烷收率。遗憾的是，只是由一般的压降试验确定的储层特性不能提供足够的信息，以准确预测甲烷收率，这可以从采用提高甲烷回收率的技术的生产工程中预计到。而且，当用原生压力减少技术，采用提高甲烷回收率的技术的全面的生产试验可能花费数百万美元，需要数月或者数年来完成。
需要的是一个能够确定固体碳质地下层的储层特性的方法。此外，需要的是一个能够预测采用提高甲烷回收率的技术可以从固体碳质地下层回收的甲烷收率和原始甲烷地质储量的百分比的相当快而花费不多的方法。
当在本文使用时，下面的术语应有下面的意义：
(a)“空气”指的是任何含至少15％(体)氧气和至少60％(体)氮气的气体混合物。“空气”一般是在井场存在的常压大气混合物，含约20-22％(体)氧气和约78-80％(体)氮气；
(b)“碳质物质”指的是固体碳质物质，认为其是由有机物质热降解和生物降解而产生的。碳质物质这个词特别地排除碳酸盐和认为其是由其它方法所产生的其它矿物质；
(c)“特性停留流动时间”指的是气态非吸附流体的分子，例如氦气，通过固体碳质地下层的煤的内生裂隙***，从靠近注入井的地层的一处，输送到靠近回收井的地层的一处所需的时间；
(d)固体碳质地下层的“特性扩散时间”是67％的气态流体解吸或者吸附到地层的碳质基岩所需的时间；
(e)“煤的内生裂隙”或者“煤的内生裂隙***”是固体碳质地下层中的天然裂缝***；
(f)“煤层”包括彼此流体连通的一个或者多个煤层；
(g)“煤层”是一般含有50-100％(重)有机物质的碳质地层；
(h)“有效渗透率”是由地层提供的气态流体通过它移动的阻力的度量。有效渗透率要随不同的孔隙压力而变化，并且可能根据在地层中的位置而变化。有效渗透率包括应力相关渗透率结果和相对渗透率结果；
(i)“有效渗透率关系”是有效渗透率如何随孔隙压力而变化和其如何随地层中的水饱和度而变化的说明。因为孔隙压力和水饱和度可能随注入到地层中的气态解吸流体而变化，所以这种关系是很重要的；
(j)“烟道气”指的是烃与空气燃烧产生的气体混合物。烟道气的精确的化学组成取决于很多变量，包括但不限于此：燃烧的烃、燃烧过程氧与燃料比和燃烧温度；
(k)“地层破裂压力”和“破裂压力”意思是断开地层并且通过地层扩展引入的裂缝所需要的压力；
(l)“裂缝半长度”是沿着裂缝从井筒到裂缝端部所测得的距离；
(m)“解吸气体流体”包括任何的能够使得甲烷从固体碳质地下层解吸的流体或者流体的混合物；
(n)“原始储层压力”是井筒到固体碳质地下层初始完成时井筒内存在的储层压力；
(o)“Ki”是在原始储层压力下地层内存在的有效渗透率；
(p)“Kf”是给定孔隙压力的地层内存在的有效渗透率；
(q)“孔隙压力”是煤的内生裂隙体系的孔隙间隔内存在的压力；孔隙压力可能整个地层变化，并且可能因注入到地层和从地层内回收的流体而变化；
(r)“储层流动能力”是在固体碳质地下层内可以达到的流速的度量。储层流动能力是地层的有效渗透率乘地层的高度或厚度的积。对于注入井，储层流动能力应考虑到地层的应力相关的渗透率关系，因为在解吸流体的注入期间，在接近井筒的区域内存在的有效渗透率要随接近井筒的区域内的孔隙压力变化而变化；
(s)“储层压力”意思是在关井时，在生产层的层面的压力。储层压力可能整个地层变化。另外，储层压力可能在从地层生产流体和/或气态解吸流体注入到地层时发生变化；
(t)“固体碳质地下层”指的是位于地表面以下的基本上固体碳质的含甲烷的物质。人们认为这些含甲烷的物质是通过有机物质的热降解和生物降解产生的。固体碳质地下层包括但是不限于煤层和其它的碳质地下层例如antrium碳质和泥盆系页岩。
(u)“吸附”指的是由含有微孔的碳质物质例如煤容纳气体的过程。微孔中的该气体一般的是以浓缩的或者类似液体相容纳在煤中，或者该气体可能化学键合到煤中。
(v)“连绵区域”指的是引入到地层的流体接触的地层的区域。以接触的地层的百分比来度量地层的连绵区域。连绵区域是平面和垂直向的连绵区域的积；
(w)“井距”或者“间距”是两个分开的井的单个井之间的直线距离。从井截断感兴趣的地层的地方来测量该距离。
(x)“井筒趋肤效应”是对井筒周围地层的区域的相对破坏的度量。
                    发明概述
人们已经惊奇地发现，可以使用简单的注入和回流试验与储层模拟技术，例如与数字储层模拟技术一起，来确定固体碳质地下层的储层质量和提高甲烷回收特性。在本发明中，优选把含至少50％(体)氮的气态解吸流体以公知的注入速度通过注入井注入到地层。已经注入所需量的流体之后，优选关井，并且测定井内相应的压力。然后，使至少一部分注入的流体通过井流回到地面，在此期间，监测通过井回流的流体的化学组成。在试验期间，可以利用一个或多个后面收集的数据和储层模拟技术一起，来确定地层的储层质量，并且确定地层的提高甲烷回收特性：气态解吸流体的注入速度、通过井回流的流体的化学组成、在关井期间相应的井压、在注入和回流期间相应的井压、通过井回流的流体的体积流速、注入的流体的化学组成和可能的以前通过井已经生产的任何流体的体积量。
优选地是，通过历史匹配的模拟地层的数字储层模拟器与通过在注入期间、回流期间和任何以前的生产期间测量的数据一起来确定储层质量和提高甲烷回收特性。可以利用地层的提高甲烷回收特性来开发固体碳质地下层的“提高甲烷回收储层说明”。提高甲烷回收特性和储层说明将促进得到任何所要求的政府的批准和将加速实施利用提高甲烷回收技术的生产计划。
本发明的一个目的是提供一种确定固体碳质地下层的储层质量的方法。
本发明的另一个目的是提供一种预测井的特性和利用内生压力减少或者提高甲烷回收技术从固体碳质地下层回收甲烷的经济可行性的方法。
本发明的还一个特殊目的是确定这样的地层的至少某些提高甲烷回收特性。
本发明的另一个特殊目的是开发一种可以用来预测从地层提高甲烷回收速率的提高甲烷回收储层说明。
本发明的再另一个特殊目的是利用提高甲烷回收储层说明来预测利用提高甲烷回收技术从这样的地层可以经济的回收的原地原始甲烷的百分数。
本发明的再一个目的是确定生产计划操作条件，例如：用于把气态解吸流体注入到固体碳质地下层的压力；在给定的注入压力下可以注入到地层的气态解吸流体的注入速度；注入井和生产井之间所用的井距；井的布局；和要用的注入的流体的优选的化学组成。
从下面的本发明的详细地描述、附图、此处所介绍的实施方案和权利要求显然可以很容易地看出本发明的许多附加的优点和特点。
               附图的简要说明
图1是本发明研究的煤层的渗透率比(Kf/Ki)和孔隙压力的关系的曲线图。
图2是说明有十一口钻入地下的井的现场的示意图。井1-3、5-7和9-11与含煤的固体碳质地下层流体连通。井4和8不与固体碳质地下层流体连通。
图3是固体碳质地下层的内生压力减少甲烷回收期间预先注入的历史匹配的曲线图。
图4是图3所描述的同样的井的空气注入期和其后的关井期的历史匹配的曲线图。
图5是图3和图4所描述的同样的井的回流期的历史匹配的曲线图。
图6是在回流期间回收的流体中的氮气的体积百分比的历史匹配的曲线图。
图7是如图10所示的示意图中用于9口井的提高甲烷回收率的注入井的预期的氮气的注入速度和关联的井底注入压力的曲线图。
图8是如图10所示的示意图中的同样的9口煤层甲烷回收井的预期的提高甲烷回收率、预期的原生压力减少甲烷回收速率和预期的氮气的生产速度的曲线图。
图9是从如图10所示的9口井预期要回收的累积的甲烷量的曲线图。其表示用原生压力减少技术预期要回收的甲烷量和用提高甲烷回收技术预期要回收的甲烷量。
图10是用于从煤层回收甲烷的9口井的分布的示意图。
              实施方案的描述
虽然模拟器已经能够调节储层性能的量，例如渗透率、孔隙度和扩散时间的量，但是，其在本领域对于从可以与储层模拟技术一起使用的注入/回流试验得到的现场数据来确定固体碳质地下层的储层质量和提高甲烷回收特性是不合适的。另外，还没有人认识到数字储层模拟器可以用由注入/回流试验得到的现场数据来进行历史匹配，以提供快速、便宜和准确的方法来确定地层的储层质量和提高甲烷回收特性以及开发地层的准确的储层说明。
如上所述，本发明提供一种确定固体碳质地下层的储层性能的改进的方法。其提供一种快速而便宜的方法，来确定和/或检验储层性质，例如孔隙度、有效渗透率、储层压力、地层的堆积密度、地层对甲烷的最大吸附能力、地层对可以吸附到地层的碳质物质上的氮气和/其它气体的最大吸附能力、储层连续性、储层不均匀性和任何储层各向异性、地层破裂压力和按标准立方米/公斤计的地层吸附甲烷含量。这些储层性质后面有时称为固体碳质地下层的“储层质量”。
本发明也提供一种确定固体碳质地下层的“提高甲烷回收特性”的方法。除了这些描述储层质量的储层性能之外，提高甲烷回收特性包括(但是不限于此)：气态解吸流体的注入性、储层流动能力、随孔隙压力变化的应力相关的渗透率、气态解吸流体的多组分特征扩散时间或者单种气体例如甲烷或氮气的特征扩散时间常数、地层内的特性停留流动时间、有效渗透率关系、与注入井或回收井相关的裂缝半长度、相对渗透率关系和其它的影响把提高甲烷回收技术应用到固体碳质地下层的技术和/或经济实用性的储层特性。
另外，本发明也提供一种确定是否特殊的井是与明显地不吸附氧的非碳质地下层例如沙岩流通的方法。应该注意到，即使井筒不钻入沙岩，井筒也可以与沙岩流通。例如，沙岩可能位于离井筒几米的位置，但是仍是足够接近，所以显著量的注入的气态解吸流体可能通过沙岩流动，因此旁通大部分固体碳质地下层。当决定是否井筒应该用于注入气态解吸流体到固体碳质地下层时，确定是否井筒与地层例如沙岩流通可能是特别重要的。如果注入井筒与沙岩流通，大量的注入气态解吸流体可能旁通固体碳质地下层，因此是浪费的。
如早已讨论的，提高甲烷回收技术要在地层实施，可能技术上是很复杂的。因此，在使用这样的技术的生产计划方面，经济报酬对特殊地层的提高甲烷回收特性和用在这样的地层的提高甲烷回收技术的设计可能是很敏感的。为了充分评价固体碳质地下层，以确定是否应该使用提高甲烷回收技术，应该测定尽可能多的地层的提高甲烷回收特性。
一种可以用来测定地层的储层质量和/或提高甲烷回收特性的分析方法是历史匹配法，其用数字储层模拟器，从注入、回流和/或生产周期得到实际数据。在该历史匹配法中，作为第一步，把对各种储层参数的估计值，例如井筒趋肤因子、储层压力和储层渗透率输入到储层模拟器。对于井筒趋肤因子、储层压力和储层渗透率的值优选从在井筒完成的压力恢复试验或者压力减少试验得到。在该历史匹配方法中，把储层参数例如渗透率进行***调节，直到在储层模拟器的输出和实际数据之间得到“历史匹配”。储层模拟的详细描述，包括如何进行“历史匹配”的建议，参见Reservoir Simula-tion.editors C.C.Mattar and R.L.Dalton，Henry Doherty Se-ries Monograph Volume 13，Spciety of Petroleum Engineers(Richardson，Texas，1990)。
地层的提高甲烷回收特性的确定也将促进开发地层的提高甲烷回收储层的说明。当使用历史匹配技术时，开发数字储层模拟器中所含有的提高甲烷回收储层的说明，并使得同时适合储层质量和提高甲烷回收特性的确定。
可以使用合适的数字储层模拟器来设计使用提高甲烷回收技术的生产计划。在设计生产计划中，要用的井距、对于任何的注入井和回收井的井布局、注入气态解吸流体的压力、注入气态解吸流体的优选的化学组成、操作回收井的井压应该和预计的气态解吸流体的注入速度、预计的总的流体回收速度、预计的甲烷回收速度、预计的水生产速度、预计可以回收的原生甲烷的百分比、在此期间从井生产的流体的化学组成以及各种生产计划设计情况、和各种生产计划设计情况将需要的地面设备例如注入设备、提纯设备和水处理设备一起确定。通过精确的预计计划的设备要求，可以以及时和投资有效的方式有效的实施该提高甲烷回收技术。
         井筒和气态解吸流体的注入
可以使用各种类型的井把气态解吸流体注入到固体碳质地下层。该井可以是任何的类型，只要它钻入地层并且能够在压力下把气态解吸流体输送到地层。例如，该井可以是勘探井、钻入地层从地层得到岩芯样品的岩芯井、或者可以或者不可以通过使用原生压力减少技术以前已经用来从地层生产甲烷的生产井。
钻入固体碳质地下层的井区可以裸眼完井或者其可以套管完井，该套管在接近地层处带孔，以便让流体在地层和井之间流动。如果有几个彼此垂直分开的碳质地层时，优选使用用套管完井的井。这可以使得气态解吸流体分别注入到每一地层。把气态解吸流体分别注入到每一地层将促使确定单个碳质地层的储层质量和提高甲烷回收特性。
要用的优选的气态解吸流体是含有氮气作为主要组分的流体。这样的流体的例子是氮气、烟道气、空气和贫氧空气。要用的更优选的流体是含有至少5-25％(体)氧气的流体，例如空气和贫氧空气。使用含氧气的气态解吸流体将促使确定地层内的任何的储层各向异性和储层不均匀性。使用含氧气的气态解吸流体也将促使确定是否特殊的井与不易吸附氧气的非碳质地层例如沙岩流体连通。
开始注入气态解吸流体之前，优选的是关井。这将使接近井筒的地层的压力达到稳定。达到稳定所需要的时间的长短将取决于特殊地层的储层特性和该井筒的条件。对于一般的井筒，关井大约2-3周就足够了。
在注入气态解吸流体期间，优选的是监测接近地层处的井筒压力和注入速度。井筒压力可以通过在接近地层处放一台井下压力传感器来监测，另外，地面注入压力可以测量和调节到计算出地层之上井内的流体柱的高度。
优选以这样的步骤，即每一步骤后面的步骤使用高于前面步骤的压力，来进行气态解吸流体的注入。每一步骤优选要有足够的时间，以使注入速度达到一个大约的常数值。当确定每一步骤要用的时间时，由于经济方面的考虑，优选保持每一注入步骤的时间少于2周，更优选少于1周。
人们认为，把注入步骤分成几步，每一步骤有它自己的压力，将使得在注入期间在得到的数据内更精确的历史匹配。这依次将提供一个地层的提高甲烷回收特性的更精确的测定值。另外，通过使用一个以上的注入压力，可以作出注入速度与注入压力的关系的准确的曲线图。对于给定的注入速度和注入压力，注入速度与注入压力的关系的曲线图和预期的甲烷回收速度一起将有助于确定要用的最佳注入压力。一般的，所用的注入压力越高，压缩注入的一立方米气态解吸流体到地层所需要的费用越高。因此，可以用注入速度与注入压力的关系的曲线图确定在各种注入压力对于每一压力预期的最大的注入速度下注入一立方米气态解吸流体到地层所需要的有关费用。因为压缩气态解吸流体的费用是使用提高甲烷回收技术的生产计划的总费用的一个重要部分，所以这是一项很重要的考虑因素。
对于给定注入压力的增加所得到的注入速度的增加至少部分取决于地层所呈现的应力相关的渗透率关系。应力相关的渗透率关系描述了随着地层孔隙压力变化地层内产生的有效渗透率的变化。对于低于地层破裂压力的注入压力，人们认为应力相关的渗透率关系将导致渗透比率(Kf/Ki)增加(如图1所示)。依次这将使得增加地层的有效渗透率。地层的这种随着孔隙压力增加而有效渗透率的增加就使得比基于所用的注入压力所预期的要注入地层的气态解吸流体的体积大的多。
从图1可以看出，对于给定的孔隙压力增加，最后达到渗透比率增加非常小的那一点。因此，最后由增加的压力变化得到的增加的注入速度的增加应该开始降低。
一般地，对于提高甲烷回收技术，甲烷回收速度与气态解吸流体的注入速度成比例。这是由于注入速度增加，可以得到更大量的气态解吸流体分子，使得甲烷解吸到煤的内生裂缝中。另外，随着注入压力增加，地层内存在的孔隙压力一般就要在接近注入井区和最终在地层增加。孔隙压力的这种增加，将使得地层的有效渗透率增加。这将允许更多的气态解吸流体注入到地层，并且使得更多的甲烷/单位时间通过地层流到回收井。因此，随着注入压力的增加，所产生的较高的注入速度和较大的有效渗透率将导致较高的提高甲烷回收速度。
但是，人们认为，对于给定的增注压力增加可以得到的甲烷回收速度不断增加的情况，最终达到目的，证明其为了得到甲烷回收速度不断增加所需要的注入压力和注入速度不断增加而带来的附带的压缩费用是不经济的。对于地层分段速度注入气态解吸流体将帮助使得更精确的确定应力相关的渗透率与孔隙压力之间的关系，因此将帮助确定在特殊的生产计划中要用的最佳的注入压力。
在已经把所需量的流体引入到地层以后，就停止注入气态解吸流体。在本发明的一个方面中，优选的是注入足够体积的气态解吸流体，以使试验半径的长度为至少注入气态解吸流体的井和最邻近井的井距的0.5％，更优选井距的1％，在某些情况下为井距的1-10％。通过计算由注入的气态解吸流体探测的区域的理论大小，来确定试验半径。一般的，随着试验半径的增加，由注入的气态解吸流体探测的地层区域增加。随着探测区域的增加，相信测定的储层性质将精确的描述该地层增加。但是，试验半径的大小实际上要受到与增加试验半径有关的费用的限制。为了使试验半径加倍，所用的气态解吸流体的量就需要乘4。因此，可以看出，对于可以用的试验半径的大小就有实际的经济方面的限制。当计算试验半径时，假设该半径定义一个圆柱体积，大约以井筒的纵轴为中心，其是通过气态解吸流体均匀探测的。
下面的公式可以用来计算试验半径。
K＝地层的有效渗透率(毫达西)；
＝地层的孔隙度；
μ＝气态解吸流体的粘度(泊)；
Ct＝总体系可压性(Pa)-1；和
t＝注入的时间(小时)。
从公式(1)可以看出，试验半径的大小取决于地层的有效渗透率、该地区的孔隙度、在地层中存在的流体的粘度、地层的总的可压性和注入的时间。应注意到，用来计算试验半径的粘度是注入的气态解吸流体的粘度。与应力有关的地层的渗透率关系也使靠近井筒的有效渗透率不同于离井筒更远的地区的有效渗透率。因而，用地层的平均有效渗透率来计算试验半径。在‘Advances in Well Test Analysis，’p19，Robert C. Earlougher，Jr.，second printing，Society ofPetroleum Engineers Monograph No.5，(1977)中，可以找到试验半径的更完整的讨论及如何计算试验半径。
也应注意到，如果地层显示任何不均匀性和各向异性，与气态解吸流体接触的地区在井筒附近的分布可能是不均匀的，从而，气态解吸流体可以检查位于离试验半径以外很长距离的地层的地区。
在本发明的另一方面，在向地层中注入气态解吸流体时没有邻井存在，但是，今后将钻至少一口以上的采用本发明的井。在这一方面，优先的是注入足够体积的气态解吸流体，以便试验半径的长度至少是同时注入气态解吸流体的井筒和最靠近为了向地层中注入气态解吸流体要钻井的地区间的间隔的0.5％，更优选的是该间隔的至少0.1％，在一些情况下是该间隔的1-10％。
在本发明的第三方面，利用气态解吸流体检查位于离试验半径以外很长距离的地层的地区的能力。在本发明的这一方面，注入足够的气态解吸流体，以在一口或多口附近的邻井中产生响应。这个响应可以包括井压的变化、甲烷回收率的变化和/或从邻井生产的流体的化学组成的变化。优选的监测至少一口邻井的响应。利用监测邻井时所得到的数据来确定注入井和邻井之间的地层的地区的地层质量和高甲烷回收率的特性。
例如，对于特殊地层，通过测定整个时间邻井所产生的流体的化学成分，可确定注入的气态解吸流体的气体成分的特性扩散时间和特性停留流动时间。当确定特性停留流动时间时，优选的是在注入的气态解吸流体中加入非吸附示踪气体，例如，氦气。氦气到达邻井所花的时间将提供测定在注入井和邻井之间运行的气体的特性停留流动时间所需要的信息。
可以通过比较该气体成分到达邻井所花的时间相对于非吸附示踪气体到达同一井所花的时间，来确定气态解吸流体的气体成分的特性扩散时间的粗略近似值。通过将得到的特性扩散时间的粗略近似值输入数字储层模拟器，得到更精确测量的特性扩散时间，然后，调节特性扩散时间，直到在预测的和历史的化学组成数据和/或在邻井测定的流体回收率之间得到历史匹配。换言之，从岩芯样品扩散试验所得到的特性扩散时间或从文献中所得到的特性扩散时间可以输入数字储层模拟器，然后，可以通过调节特性扩散时间，直到在预测的和历史的化学组成数据和/或在邻井测定的流体回收率之间得到匹配而将其历史匹配。
如果注入地层的解吸流体含有氧气，那么通过测定气体氧在整个时间在从邻井所回收的流体中的相对浓度，可以确定注入气态解吸流体通过其运移的地下区域所含的碳质物质的百分比。正如下面所述，碳质物质，例如煤，容易吸附气体氧，而非碳质物质不容易吸附气体氧。
可以被地层的特别地区吸附的氧气量取决于构成地层的碳质物质的百分比。地层所含的碳质物质的相对百分比可以由体积密度来计算。为了确定地层对氧的吸附能力，无机矿物质的碳质物质的吸附能力由经验确定，或者从文献资料中得到。然后利用在注入井和邻井之间的地区的地层的体积密度的估计值来预测地层的吸附能力。吸附能力的这个预测值，与关于在注入的气态解吸流体中的氧气浓度，和气态解吸流体必须运移以从注入井移到邻井的距离的信息一起，可以用来预测在从邻井中回收的流体中可以预计的氧气浓度。一般，如果从邻井中生产的流体含的氧气浓度比预测的更高，那么注入的气态解吸流体通过含比估计的碳质物质的百分比更小的地下区域运移(即体积密度比估计的更高)。
与在注入井和另一口邻井之间的地区中的碳质物质的相对百分比比较，地层吸附氧的能力也可以用来确定在注入井和一口邻井之间的地区中的碳质物质的相对百分比。通过关联几口邻井的响应数据，可以确定关于碳质物质的相对百分比的地层的非均匀性。
此外，气体氧到达邻井所花的时间是气态解吸流体是否跃过固体碳质地下层走旁路的标记。例如，如果注入的含氧的气态解吸流体跃过大部分固体碳质地下层走旁路，通过含象沙石这样的物质的非碳质地下层运移，注入的气态解吸流体就会在时间上相对早的到达邻井；同时，在从邻井中回收的流体中的氧气对其它注入的气态解吸流体成分的比例，相对于含在注入井中的气态解吸流体中的氧气对其它注入的气态解吸流体成分的比例，基本上是不会改变的。产生这样的结果是由于尽管氧气被煤或其它碳质物质选择性吸附，但是不被沙石选择性吸附。重要的是确定这样的通道是否存在，以便可以将利用增加甲烷的回收技术的生产项目设计成避免注入的气态解吸流体进入这样的非碳质地区。这将减少气态解吸流体的用量，改善注入的气态解吸流体的波及效率。
如果可以从邻井采集到足够的数据以利于确定储层质量和提高地层的甲烷回收特性，回流周期可能不需要。
在本发明的所有方面，优选的是试验半径比有效井径长5-100倍。这将确保在试验半径内的碳质物质的数量足够大，以便在有效井径内所含的碳质物质对确定储层质量和确定提高地层的甲烷回收率影响不大。正如下面所介绍的那样，有效井径优选的是通过测量关井后整个时间井压响应来确定。
在已经停止注入气态解吸流体之后，优选的是关井并测量井压响应。在关井期间所得到的井压响应数据和在注入气态解吸流体的过程中所得到的数据，例如关井前的井压、气态解吸流体的注入速率和注入地层的气态解吸流体的数量，可以用来计算井筒趋肤值、储层压力、有效井径和地层的有效渗透率。如果没有关井，井筒趋肤值、储层压力、有效井径和有效渗透率可以从参考文献中得到，或从在注入气态解吸流体之前或在回流周期之后进行的压降测试或压力恢复测试中得到。在历史匹配方法中为了确定储层质量和提高地层的甲烷回收特性，就利用井筒趋肤值、储层压力、有效井径和有效渗透率的数值。
优选的是二次打开井筒，并且如果进行的话，在注入周期之后或关井周期之后使流体从固体碳质地下层通过井筒回流。在这个“回流”周期期间，监测流体的生产率和生产的流体的化学组成。另外，优选的是监测靠近地层的井筒中的压力。
                  实施
实施本发明的方法在很大程度上取决于采用该方法的固体碳质地下层的特性。可以将气态解吸流体只注入穿透固体碳质地下层的一口井或分别注入穿透地层的一口以上的井。因为固体碳质地下层一般是很不均匀的，通常优选的是将该方法用于一口以上的井以利于评价地层的储层的连续性和不均匀性。当该方法用于过去不能从其中回收甲烷的固体碳质地下层时，将气态解吸流体注入一口以上的井是特别重要的。可以关联从每一口井所得到的储层特性，以便可以确定地层的横向不均匀性、地层的任何各向异性和储层的大小和连续性。这个信息有助于设计采用适当的生产定位和/或注入井，同时在一次压力下降或提高甲烷回收的技术用的井之间采用最佳间隔的生产计划。
一方面，利用本发明来确定固体碳质地下层的横向不均匀性。例如，参考图2，描绘了地表面的一个地区。位于地表面下的是含煤地层。探井1-11钻入所示位置的地下。本发明用于每一口井以确定每一口井的试验半径内的储层特性。然后关联每一口井的储层特性以确定地层的横向不均匀性和地层的储层的连续性。正如下面所介绍的那样，关联的情况表明固体碳质地下层显示高度各向异性。
参考图2，井5-7之间及其周围地区的最高渗透率是与通过井5、6和7所画的一条假想线L平行，是井1、2、3、9、10和11所穿透的地区的最高渗透率的数量级的2-10倍。井1、2、3、9、10和11所穿透的地区的最高渗透率是垂直于通过井5、6和7所画的一条假想线H。本发明也表明井4和8没有与地层煤流体连通。
人们认为：在这种情况下，注入井应该在井5和7所穿透的地区的地层中完井；回收井应该在井1、2、3、6、9、10和11所穿透的地区的地层中完井；井4和8应该堵住，报废或用做监测井以检查从地层的煤中进入井4和8所穿透的地下区域的泄漏。
该注入的气态解吸流体将比较快的波及井5和6之间的区域和井6和7之间的区域。在这一段时间，将由井6生产甲烷和任何气态解吸流体。一旦甲烷已经有效的波及这些区域，或者是关闭井6，或者是井6转为注入井。因为气态解吸流体注入到井5和7之间的区域和井5、7和6之间的区域，所以，如果用的话将连在一起。这将使得气态解吸流体有效的波及井5-7和1-3之间的区域和井5-7和9-11之间的区域。在这一段时间，将从井1-3和9-11生产甲烷和任何气态解吸流体。
在另一方面，使用本发明来确定井是否与位于煤层之上或者煤层之下的沙岩层流通。在本发明的这一方面，把含氧气的空气或者某些其它的气态流体注入到井中，然后某些其它的气态流体通过井流回到地表面。监测总的流体流回的速度和流回的流体的化学组成。如上面早已讨论的，已经发现，在固体碳质地下层中所含的碳质物质例如煤，能够吸附大量的氧气。人们认为，大部分的氧化学吸附到碳质物质上，在回流期间其就不会从煤中释放出来。可以经验确定可能化学吸附到煤层的氧的量。该值可以输入到数字储层模拟器，然后可以用其计算氧的浓度，该浓度可以预计从井筒回流的情况。如果从井回流的流体中含有的氧的浓度比预计的高，其就表明该井可能与不容易化学吸附氧的沙岩或者某些其它类型的非碳质层流体连通。因此，通过测定回流的流体的中的氧的浓度，可以确定是否该井与不含显著百分量的碳质物质的沙岩和/或者页岩流体连通。当测定在回流的流体中的可能预计的氧的浓度时，很重要的是要考虑到在注入期间和回流期间之间可能关井的任何时间。一般的人们认为，关井的时间越长，在回流的流体中的氧的浓度越低。
对于含有70-100％(重)的碳质物质的煤层，预计在回流期间回收的氧和其它注入的气态解吸流体组分的比例小于在注入期间注入的气态解吸流体中氧和其它注入的气态解吸流体组分的比例的量的1/10。对于含有高重量百分比的碳质物质和对氧有最大的吸附能力的煤层预计在回流期间回收的氧和其它注入的气态解吸流体组分的比例小于在注入期间注入的气态解吸流体中氧和其它注入的气态解吸流体组分的比例的量的1/50。对于煤层，一般的，预计在回流期间回收的氧和其它注入的气态解吸流体组分的比例在注入期间在注入的气态解吸流体中氧和其它注入的气态解吸流体组分的比例的量的1/10-1/50。
如果按要用提高甲烷回收技术的生产计划，一个井要用作注入井，很重要的可能是要通过使用本领域普通技术人员熟知的井筒封隔器或者其它技术隔离非碳质层和注入井。
当该井有在整个期间不会降低的相对高的水生产率时，确定井是否与非碳质层例如沙岩流体连通也可能是很重要的。钻入煤层的井开始常常产生水。但是，因为煤层的内生裂隙体系一般地含有比较少量的孔隙，所以水的生产速度在生产几年之后一般地明显地降低，一到二年之后一般地到约初始水生产速度的一半。如果其已确定，通过使用本发明，井是与沙岩连通，其后水可能来自沙岩。在这种情况下，如上所述可以把沙岩与井隔离，或者可以仅仅把钻入煤层的新井完井，或者可以把老井堵塞或废弃。因为处理和解决生产的水的费用和难度，所以隔离水流可能是非常重要的。
然而在另一方面，在含有几个碳质层的固体碳质地下层使用本发明。碳质层垂直被沙岩或页岩层隔开。在这种情况下，单独测定储层质量和/或单独每一主要碳质层的提高甲烷回收特性可能是很重要的。
在本发明的这一方面，优选的是把井钻入到所有的主要碳质层。该井是在邻近每一主要碳质层的井套管上用射孔完井。使用井筒封隔器，以便可以从每一主要碳质层单独注入气态解吸流体并且可以流回。在这一方面，优选的是在把气态解吸流体注入每一主要碳质层之后就关井，并且测定整个时间产生的压降。
通过使用注入、关井和回流期间得到的数据，用历史匹配数字储层模拟器来测定每一主要层的储层质量和提高甲烷回收特性。关于决定用什么类型的甲烷回收方式从地层回收甲烷将取决于对于每一层测定的储层质量和提高甲烷回收特性。例如，如果一层的有效渗透率比其它层大几个量级，但是其有低的吸附的甲烷含量，优选的可能是把该层与注入的气态解吸流体隔离，并且通过压力降低技术从该层回收甲烷。由此，用提高甲烷回收技术可以从某些层回收甲烷，而同时用压力降低技术从其它层回收甲烷。
通过把气态解吸流体注入到单一个或者多个碳质层，就可以约计碳质层内或者碳质层之间的气体和水的任一垂向偏离的数量。如果单层或者多层中气体和水饱和是始终不变的话，在注入期间之前，对于产生水的井，在早期的回流期间水的生产速度开始时会是很低，在整个过程会慢慢增加。这被认为是注入的气态解吸流体比较均匀的波及碳质层并使地层中的水移开井区的结果。如果把气体和水分隔成个别的垂直分隔区，在早期的回流期间水的生产速度将类似于并且可能高于在气态解吸流体注入到该单层或多层之前所存在的水的生产速度。这是气态解吸流体优先注入到高气体饱和区的结果，由于该区对气体的高渗透率，而水饱和区仍相对不受注入的气态解吸流体的影响。在把气态解吸流体注入到地层前后，模拟和分析的水生产数据将有利于确定存在于一个碳质层和/或碳质层之间的气体和水是否分开。这将使得建立更精确的地层的储层说明。正如本发明的其它方面一样，在本发明的这一方面，使用数字储层模拟器来分析该数据。在这一方面，数字储层模拟器与水生产数据历史匹配，产生更精确的地层的储层说明。
        确定地层质量和提高甲烷回收特性
用于确定地层质量和提高甲烷回收特性的优选方法是历史匹配，其用数字储层模拟器，由注入、回流和/或生产周期得到的实际数据。在该历史匹配方法中，把各种储层性质的约计值输入到数字储层模拟器用的“储层说明”中。随着该过程的进行，调整储层特性例如渗透率或孔隙度，直到在数字储层模拟器的输出和匹配的实际数据之间得到“历史匹配”。由历史匹配方法结果得到修正和改进的储层说明。如果测定提高甲烷回收特性，储层说明称为“提高甲烷回收储层说明”。
在历史匹配过程中，随着气态解吸流体注入到地层并且回流，优选考虑地层所呈现的应力相关的渗透率关系。另外，数字储层模拟器优选计算出地层内的各种气体的特征扩散时间。人们认为，这些因素都合并到储层说明中，将有利于更精确的确定地层的储层特性。此外，使用数字储层模拟器来预测在煤层或者某些其它的固体碳质地下层使用提高甲烷回收技术可能达到的甲烷回收速度时，应该考虑这些因素。商业上可以买到的考虑到煤层中的各种气体的特征扩散时间的数字储层模拟器是SIMED II-Multi-componentCoalbed Gas Simulator，其是从Centre for Petroleum Engineer-ing，University of New South Wales，Australan Petroleum Coop-erative Research Centre买到的煤层甲烷储层模拟器。可以把特征扩散时间直接输入到模拟器或者可以通过把扩散度或扩散常数值输入到数字储层模拟器来计算特征扩散时间。如下面进一步讨论的可以计算应力相关的渗透率关系。
                  实施例
该实施例表明从生产、注入、关井和回流期间得到的怎么样的数据可以用于确定含有至少一个煤层的地层的提高甲烷回收特性。在位于San Juan Basin of New Mexico的煤层甲烷气田进行本发明的中型试验。在该试验中，使用单一井把气态解吸流体注入到fruidland煤层。该井钻到深906.78米。本发明试验的煤层的总厚度大约是16.76米。该试验的煤层位于二个主要煤层之间，一个位于地面下837.29米和866.85米之间，另一个位于地面下866.85和874.78米之间。该井是用套管完井，套管是在邻近二个主要煤层之间的区域射孔。该井开始用平滑水裂缝处理完井，该处理用68，039kg的40/40和20/40目沙子。在气态解吸流体注入之前，从该井累计生产甲烷1.81百万标准立方米(MMSCM)气体。该初始生产周期如图3所示。该试验井和最近的邻井之间的井距是1,138米，对于试验井相当于总的供气面积1,294,994平方米(M2)。
在开始注入气态解吸流体之前该井关井约19天，使接近地层的井的压力达到稳定条件。在这一期间井的相应压力示于图3的区20和图4的区21。
用于该实施例的气态解吸流体是在井位有的及含有20-22％(体)氧和78-80％(体)氮的空气。假设空气会导致同样的压力响应，因此，模拟注入到煤层中的空气的整个的体积作为在数字储层模拟器中注入的氮气。
在每一步注入的气态解吸流体如图4所示。在第一步，在井底注入压力约为5,515,806Pa下，以约22.653千标准立方米/天(MSCM/Day)速度注入空气。5天之后，在井底注入压力约为9,652,660-11,031,611Pa下，空气的注入速度增加到约39.644MSCM/Day。在这样较高速度下注入约12天后，停止注入空气。停止注入后关井，监测相应的压力降，如图4所示。大约30天后，再打开井，在固定的回压下使其回流到地面。在回流期间，监测井底压力和回流的流体的化学组成，如图5和6所示。对该试验，在回流的流体中甲烷的体积百分数和在回流的流体中氮气的体积百分数之和等于100％。对于回流期间的大约第一个60天，该流体排放到大气，然后使该井均衡送气到销售管道。在该中型试验期间，通过注入的空气探测大约16,187m2。因此，在该过程中，通过注入的空气探测大约1％(体)的总的供气面积可以到试验井。
分析在注入后关井期间的压降响应，以得到井筒周围的煤层的有效渗透率(k)、裂缝的半长度(Xf)、井筒趋肤因子和在回流期开始时的储层压力的数值。煤层的有效渗透率可以用另一种方法由实验室解吸试验测量。
上面列出的数值与表1中所列出的参数一起输入数字储层模拟器，其与由预注入生产、注入和回流期所得到的数据历史匹配。
                表1  模拟输入参数，孔隙度(％)                            0.2k，水平渗透率(md)                         0.35h，储层厚度(米)                           16.76cw，水压端系数(Pa-1)                    2.068×10-2pw@101,353Pa，水密度(kg/m3)            956μw，水粘度(cp)                         1.0rw，井半径(m)                           0.0701ms，趋肤因子                               -5.2rWeff，有效井半径(m)                     12.10mpi，原生储层压力(Pa)                    4,481,592PB，堆积密度(gm/cc)                     1.53VmCH4，最大吸附甲烷能力(m3/kg)          0.014826bCH4，甲烷的兰格缪尔常数(Pa-1)          2.016×10-6VmN2，最大吸附氮能力(m3/kg)             0.006055bN2，氮气的兰格缪尔常数(Pa-1)           1.0646×10-7L，层                                     1Cf，岩石可压缩性(Pa-1)                   1.3938×10-7ri，试验半径(m)                           71.02
上面的Vm和b数值是来自于用物理上类似在中型试验中所研究的煤所得到的经验导出的无矿物质甲烷和氮气的等温线。初始储层压力(Pi)、储层厚度(h)和堆积密度(gm/cc)是从原始完井时制得的测井曲线得到的。岩石压缩系数的数值是从用物理上类似在试验区找到的这些煤所进行的解吸试验中得到的。
用于这个实施例的数字储层模拟器是扩展的Langmuir吸附等温线组合式模拟器。扩展的Langmuir吸附等温线由下面的方程式2说明： V i = ( V M ) i b i P i 1 + Σ j b j P j - - - - ( 2 )
该模拟器能够接受与岩石特性、流体特性、相对渗透率关系和应力相关的渗透率关系有关的输入。对于这个实施例，储层是作为单井、单层和有纵向间隔网格点的径向模型而模拟的。在这个实施例中，利用一层来简化历史匹配法。在由the Society of Petroleum Engineers出版的L.E.Arri，等人的‘Modeling Coalbed Methane Production with Binary Gas Sorption-，’SPE 24363，p459-472，(1992)中介绍了扩展的Langmuir吸附等温线模型和如何使用它。
在历史匹配过程中，调节有效渗透率关系，直到在预测的和实际的数据之间匹配。正如先前讨论过的那样，有效渗透率关系是由煤呈现的应力相关渗透率关系和煤中存在的相对渗透率关系产生的。这两个关系都可以用模拟器中的数据表计算。
在该实施例中，在试验时的水生产速率是很小的，关于过去的水生产几乎没有什么历史资料。因此，没有考虑在煤层中存在的相对效渗透率关系。调整有效渗透率关系，以便考虑煤所呈现的应力相关的渗透率关系怎样受孔隙压力变化方面的影响。
图1表示煤的理论的和合适的应力相关的渗透率关系。应力相关的渗透率关系取决于煤所在的基本的侧限应力，在该实施例中其等于埋藏应力减孔隙压力。图1是由地表之下约853米的煤层导出的。因此，因为埋藏应力仍是常数，所以图1表示随着孔隙压力的变化而产生的有效渗透率关系方面的变化。图1是渗透率比(Kf/Ki)与孔隙压力的关系的曲线图，其中Kf是在给定孔隙压力下的有效渗透率，Ki是在初始储层压力下存在的有效渗透率。由曲线25所描述的理论的应力相关的渗透率关系通过测定岩芯样品内的渗透率降低来经验的确定，渗透率降低是随着岩芯样品上的基本侧应力增加而产生的。
把理论的应力相关的渗透率关系作为模拟器的岩石特性部分内的数据表输入到模拟器。然后调整应力相关的渗透率关系，直到在预注入生产和空气注入期间收集的数据内得到历史匹配。对于应力相关的渗透率关系，该历史匹配值通过拟合曲线27来描述。
人们认为，在预注入生产和空气注入期间，理论曲线25和拟合曲线27之间的误差是模拟器没有考虑地层在这期间所呈现的相对的有效渗透率关系的结果。如拟合曲线27所示，渗透率随着孔隙压力的增加而指数地增加，直到最后曲线拉平时达到的压力。
拟合曲线29描述了在回流期间地层所呈现的历史匹配的应力相关的渗透率关系。从拟合曲线29可以看出，应力相关的渗透率关系呈现滞后的效果，由此，在回流期间的末期渗透率大于空气注入期前的渗透率。
图6表示在回流期间生产的流体中所含的氮气的体积百分比。人们认为，在该实施例中所用的数字储层模拟器不能考虑特征扩散时间，所以实际的氮气组成和预计的氮气组成之间产生误差。所用的模拟器假设特征扩散时间是零。或者，换句话说，氮气和甲烷瞬间吸附和解吸。此外，人们认为，如图5所示的预期的井底压力和实际的井底压力之间的误差在早期的回流期间也产生，因为模拟器不能考虑特征扩散时间。这就使得模拟器预期比在早期的回流期间实际产生的压力更高的压力来维持氮气从煤层解吸。如下面所讨论的，不考虑甲烷和气态解吸流体分子的特征扩散时间也会使得预期将来的提高甲烷回收速率更不精确。
如早已讨论的，在数字储层模拟器中含有的储层说明随着历史匹配过程的发生而不断改进。可以用具有改进的储层说明的数字储层模拟器来预计可以从使用原生压力降低技术或者提高甲烷回收技术由地层预期的回收速率。
图7-9表示对于通过中型试验所分析的从地层回收甲烷的生产计划所预计的甲烷回收速率和氮气生产速率。该生产计划用9口井，其扩展到超过5.179,976m2面积，并且如图10所示布井。对于提高甲烷回收方案，中心井是注入井，周围的8口井是回收井。对于原生压力降低回收方案，所有的9口井都是回收井。
对于提高甲烷回收方案，假设氮气将以45.307MSCM/天的速度，以注入井13,789,514Pa的井底压力注入到地层。假定注入井的井筒趋肤因子为-4.75。通过模拟，在所用的回收井中井底压力是2,068,427Pa。假定回收井的趋肤因子为-4.4。
从图8可以看出，对于第一个几年的生产情况，预计的提高甲烷回收速度低于预计的原生压力降低回收速度。该较低的回收速度是由于在提高甲烷回收方案中中心的注入井不回收甲烷，因此，由预期的计划初始的提高甲烷回收速度低于原生压力降低甲烷回收速度。
人们认为，实际的最大的提高甲烷回收速度要低于由模拟器所预期的甲烷回收速度，并且最大的速度将恰好比图8所示的更快的发生。这是由于在该实施例中所用的数字储层模拟器不能考虑甲烷和氮气的特征扩散时间。另外，认为氮气将实际比模拟器所预期的更快地到达回收井。这也认为是模拟器不能考虑特征扩散时间的结果。
精确的储层说明的可行性促使确定从固体碳质地下层回收甲烷的技术的可行性。使用数字储层模拟器，甲烷回收速度、从生产井生产的气态解吸流体的体积百分比、水生产速度和从地层可以预计要生产的气体和水的总体积可以可靠的预测。这种涉及未来的井和气田性能的信息将容许进行详细的经济分析，以确定由特别提出的或者使用原生压力降低技术或者使用提高甲烷回收技术的生产计划回收甲烷的工业可行性。
从该实施例和上面的详细说明可以看出，本发明提供一种使用从与储层模拟技术一起的注入/回流试验中得到的数据来快速、有效地确定固体碳质地下层的储层质量和提高甲烷回收特性的新颖方法。也提供一种快速而花费不多的开发地层的储层描述的方法，该储层描述可以用来预测从这样的地层中回收甲烷的工业可行性。
从上面的详细说明可以看出，为各种变动、替换和改进对于本领域的熟练技术人员来讲是显而易见的。因此，这种描述仅仅是说明性的，对于本领域的熟练技术人员来讲仅提供实施本发明的方法。对于本申请所描述的内容可以进行各种各样的改变并且可以取代某些原料。
因此，应该了解到，可以进行各种改进、替换和变动而没有离开所附的权利要求所定义的本发明的精神和范围。当然，所有这样的改进都要包括在所附的权利要求之内。

Claims (34)

1.一种确定固体碳质地下层的提高甲烷回收特性的方法，该方法包括：
a)通过井把气态解吸流体注入到地层，同时得到注入速度数据；
b)为了生产含有注入的解吸气态流体和甲烷而流回该井；
c)对于在步骤b)中生产的流体，得到生产速度数据和化学组成数据；和
d)对于使用步骤a)和c)得到的数据的井周围的地层，确定至少一种下面的提高甲烷回收特性，其中，提高甲烷回收特性选自：
有效渗透率关系、对氮的特征扩散时间、对甲烷的特征扩散时间、对注入的气态解吸流体的特征扩散时间、应力相关的渗透率关系、相对渗透率关系、储层流动能力、是否第一口井与非碳质地下层流体连通和它们的结合。
2.根据权利要求1的方法，其中步骤d)包括数字储层模拟器与步骤a)和c)得到的数据历史匹配。
3.根据权利要求2的方法，其中固体碳质地下层包括煤层，历史匹配步骤包括：
da)得到煤层的有效渗透率值、井筒趋肤值和储层压力值；
db)把步骤da)得到的值输入到数字储层模拟器；和
dc)调整模拟器中得到的储层特性，使模拟器与步骤a)和c)得到的数据历史匹配。
4.根据权利要求3的方法，还包括：
e)在步骤b)中从接近煤层的区域得到压力数据。
5.根据权利要求4的方法，其中调整的储层特性包括注入的气态解吸流体的特征扩散时间，其中数字储层模拟器与在步骤e)得到压力数据历史匹配。
6.根据权利要求3的方法，其中调整的储层特性包括注入的气态解吸流体的特征扩散时间，其中数字储层模拟器与在步骤c)得到的流体化学组成数据历史匹配。
7.根据权利要求3的方法，其中调整的储层特性包括有效渗透率关系和数字储层模拟器与在步骤a)得到的注入速度数据历史匹配。
8.根据权利要求1的方法，其中注入的气态解吸流体包括空气。
9.根据权利要求3的方法，其中步骤da)包括：
daa)关井；
dab)测定在步骤daa)中接近煤层的井中压力的变化速度；
dac)用步骤dab)的压力变化速度确定井周围煤层的有效渗透率值、井筒趋肤值和储层压力值。
10.根据权利要求9的方法，其中步骤daa)和dab)在步骤a)之前完成。
11.根据权利要求9的方法，其中步骤daa)和dab)在步骤a)之后但在步骤b)之前完成。
12.根据权利要求9的方法，其中在步骤dab)测定的压力变化速度是正的。
13.一种确定煤层的提高甲烷回收特性的方法，该方法包括：
a)通过钻入煤层的井把气态解吸流体注入到煤层中，同时得到注入速度数据；
b)流回该井，以便生产含有注入的解吸的气体流体和甲烷的流体；
c)得到在步骤b)生产的流体生产速度数据和化学组成数据；
d)在步骤b)从钻入到煤层的井区得到压力数据；
e)数字储层模拟器与在步骤a)、c)和d)得到的数据历史匹配，以确定煤层的至少一种下面的提高甲烷回收特性，其中提高甲烷回收特性选自：
有效渗透率关系、对氮的特征扩散时间、对甲烷的特征扩散时间、对注入的气态解吸流体的特征扩散时间、应力相关的渗透率关系、相对渗透率关系、储层流动能力和它们的结合；和
f)使用在步骤e)测定的提高甲烷回收特性导出一种提高甲烷回收储层说明。
14.根据权利要求13的方法，其中在步骤a)注入的气态解吸流体包括含有约20-22％(体)氧气和约78-80％(体)氮气的空气。
15.根据权利要求14的方法，还包括：
g)测定在步骤a)中注入的气态解吸流体中所含的氧气与其它注入的气态解吸流体组分的比例；
h)测定在步骤b)中回流的流体中所含的氧气与其它注入的气态解吸流体组分的比例；和
i)通过比较步骤g)和h)测定的比例来确定是否该井与非碳质地下层流体连通。
16.根据权利要求15的方法，其中在步骤h)测定的比例小于约在步骤g)测定的比例的1/10，因此表明该井不与非碳质地下层流体连通。
17.根据权利要求15的方法，其中在步骤h)测定的比例小于约在步骤g)测定的比例的1/50，因此表明该井不与非碳质地下层流体连通。
18.根据权利要求13的方法，其中在至少两个步骤向地层注入流体，每一步骤之后使用更高的注入压力。
19.根据权利要求13的方法，还包括：
g)通过使用提高甲烷回收储层说明来预测煤层的提高甲烷回收速度。
20.根据权利要求13的方法，还包括：
g)通过使用在步骤f)开发的提高甲烷回收储层说明来设计地层的提高甲烷回收技术；和
h)使用提高甲烷回收技术从地层回收甲烷。
21.根据权利要求20的方法，其中设计的提高甲烷回收技术包括：
ga)确定在把气态解吸流体注入到煤层从地层回收甲烷时气态解吸流体的注入速度和注入压力。
22.根据权利要求21的方法，其中设计的提高甲烷回收技术还包括：
gb)确定要用的气态解吸流体的化学组成；和
gc)确定要用来最有效地从煤层回收甲烷的井距和井的布局。
23.根据权利要求21的方法，其中煤层包括一个以上的至少部分被基本上为非碳质地下层分开的煤层，以及设计的提高甲烷回收技术还包括：
gb)确定使用在步骤f)开发的提高甲烷回收储层说明来把气态解吸流体注入煤层。
24.确定煤层的储层质量的方法，该方法包括：
a)通过井筒把空气注入到煤层，同时得到空气的注入速度数据和化学组成数据；
b)流回该井筒，以生产气体流体；
c)得到在步骤b)中生产的气体流体的生产速度数据和化学组成数据；和
d)使用步骤a)和c)得到的数据确定该井筒是否与非碳质地下层流体连通。
25.根据权利要求24的方法，还包括：
e)在步骤a)之前从该井测定水生产速率；
f)在步骤b)期间从该井测定水生产速率；和
g)通过比较步骤e)测定的水生产速率和步骤f)测定的水生产速率来确定煤层中是否气体和水分开成垂直的分布区。
26.根据权利要求24的方法，还包括：
e)确定煤层的至少一种下面的储层特性，该储层特性选自：
储层压力、煤层的堆积密度、煤层对甲烷的最大的吸附能力、煤层对氮气的最大的吸附能力、煤层对氧气的最大的吸附能力、储层的连续性、储层的不均匀性、储层的各向异性、地层破裂压力、煤层吸附的甲烷的量和它们的结合。
27.根据权利要求26的方法，其中步骤e)包括数字储层模拟器与步骤a)和c)得到的数据的历史匹配。
28.根据权利要求27的方法，其中足够体积的空气注入到煤层，使得试验半径大于约该井的有效井半径的5-100倍。
29.根据权利要求28的方法，其中足够体积的空气注入到煤层，使得试验半径为至少0.5％的该井与最邻近的邻井的井距。
30.根据权利要求28的方法，其中足够体积的空气注入到煤层，使得试验半径为至少1％的该井与最邻近的邻井的井距。
31.根据权利要求28的方法，其中足够体积的空气注入到煤层，使得试验半径为至少1％-10％的该井与最邻近的邻井的井距。
32.根据权利要求26的方法，还包括：
f)得到从钻入煤层的附近的邻井生产的流体的生产速率数据和化学组成数据；和
其中步骤e)包括数字储层模拟器与步骤a)、c)、和f)得到的数据的历史匹配。
33.根据权利要求32的方法，还包括：
g)通过该井把示踪气体注入煤层；
h)测定从附近的邻井得到该示踪气体所要的时间；和
i)使用步骤h)测定的时间，确定该井和附近的邻井之间的煤层区域的特征停留流动时间。
34.根据权利要求33的方法，还包括：
j)使用步骤i)得到的特征停留流动时间和步骤f)得到的化学组成数据确定特征扩散时间。
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