[發明專利]一種欠飽和儲層煤層氣井生產邊界定量預測的計算方法

在審

• 申請號: 202210227918.4
• 申請日: 2022-03-10
• 公開（公告）號: CN114676652A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 閆欣璐;張寒;孟艷軍;閆濤滔;劉彥飛
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06Q10/04;G06Q50/02;E21B41/00;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 李富元

1.一種欠飽和儲層煤層氣井生產邊界定量預測的計算方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)計算方法的構建基于以下基礎假設條件：地層流體為氣/水兩相，氣體為理想氣體，水為微可壓縮流體，流體在地層中的瞬時流動視為一系列穩態流動的集合；儲層孔隙度和含水飽和度在煤層氣開發過程中發生動態變化；

(2)基于吸附氣的等溫吸附解吸方程和游離氣在孔隙中的動態變化推導煤中氣相物質平衡方程；考慮地層壓縮性以及動態含水飽和度推導水相物質平衡方程；采用保角變換方式建立水力壓裂裂縫控制的氣/水壓力狀態方程；將氣/水相的物質平衡方程和壓力狀態方程相結合，建立欠飽和儲層煤層氣井壓降漏斗傳播預測模型；該模型內邊界為實際井底流壓，外邊界為瞬時穩態流的定壓邊界和封閉邊界，其中排水區的外邊界壓力為儲層初始壓力，解吸區的外邊界壓力為臨界解吸壓力；

(3)編寫模型的計算流程：代入確定生產時間的生產數據，假設解吸半徑和排水半徑，在欠飽和儲層煤層氣井壓降漏斗傳播預測模型中分別計算對應的累積產氣量和累積產水量，并對比計算結果與實際的累積產氣量和累積產水量之間的誤差，采用迭代法不斷優化假設值，直至誤差達到合理的精度，最終確定優化后的解吸半徑和排水半徑為實際值；

(4)代入完整的生產數據并重復步驟(3)，繪制生產階段內解吸半徑和排水半徑的動態曲線，當兩條曲線相交于一點，則確定該半徑為欠飽和儲層煤層氣井的生產邊界范圍。

2.根據權利要求1所述的一種欠飽和儲層煤層氣井生產邊界定量預測的計算方法，其特征在于，該欠飽和儲層煤層氣井生產邊界定量預測計算方法基于步驟(1)提出的假設，具體如下：

煤儲層為雙重孔隙介質，煤基質內的微小孔為氣體主要賦存空間，割理裂隙為流體的主要運移空間，煤儲層內流體可分為氣相和水相，氣體為理想氣體，水為微可壓縮流體，流體在地層中的瞬時流動視為一系列穩態流動的集合；儲層孔隙度和含水飽和度在煤層氣開發過程中發生動態變化：欠飽和煤儲層以臨界解吸壓力為界，煤儲層壓力傳播被劃分為氣相解吸區和水相排水區；在排水區內煤儲層受有效應力效應的作用導致孔隙被壓實，孔隙度降低；而在解吸區內由于煤層氣從煤基質表面解吸出來，孔隙度同時受有效應力效應的傷害作用和基質收縮效應的恢復作用，因此不同區域內煤儲層動態孔隙度可以表示為：

式中，是儲層初始孔隙度，無量綱；是排水區內動態孔隙度，無量綱；是解吸區內動態孔隙度，無量綱；是儲層壓力為臨界解吸壓力對應的孔隙度，MPa；P_g是氣相壓力狀態方程，MPa；P_w是水相壓力狀態方程，MPa；P_i是初始儲層壓力，MPa；P_cd是臨界解吸壓力，MPa；P_L是朗格繆爾壓力，MPa；ε_max是最大體積應變，無量綱；C_f是煤巖壓縮系數，MPa^-1，隨儲層壓力變化而發生動態變化，可用以下動態方程表示：

C_f＝0.0026×P_n²-0.0252×P_n+0.1631 (2)

煤層氣解吸不僅會導致儲層孔隙度的變化，還會占據一部分孔隙體積，使孔隙中的地層水排出，因此地層的含水飽和度與儲層壓力之間符合以下關系：

其中，

A＝WGMR(C_f+C_g+C_d) (4)

B＝WGMR(C_f+C_g)+C_f+C_w (5)

C＝WGMR+1 (6)

式中，P_n和P_n+1分別代表第n和n+1步的儲層微元壓力，MPa；對應的S_wⁿ和S_wⁿ⁺¹分別代表第n和n+1步的含水飽和度，無量綱；S_w為動態含水飽和度，無量綱；C_w是水的壓縮系數，MPa^-1；C_d是解吸壓縮系數，MPa^-1；P_sc為標準狀態下壓力，MPa；Z_sc為標準狀態下氣體偏差因子，無量綱；T_sc為標準狀態下溫度，K；Z為儲層條件下偏差因子，無量綱；T為儲層溫度，K；V_L為朗格繆爾體積，m³/t；ρ為儲層密度，t/m³；WGMR是氣水兩相的流度比，無量綱；S_wc為束縛水飽和度，無量綱；K_rg^*為束縛水含水飽和度下的氣相相對滲透率，無量綱；l和m分別為氣相和水相Corey指數，無量綱；μ_g和μ_w分別為氣相粘度和水相粘度，mPa·s；C_g是氣體壓縮系數，MPa^-1，由于氣體為理想氣體，Z＝1，且氣體壓縮系數可以表示為C_g＝1/P_n。