煤层气井压裂产量预测方法

吴英+李敬松+任胜利+张云龙+李芝庆

摘要： 通过调研煤层气井压裂产量预测方法原理及优缺点，优选出典型曲线产量预测法具有较强的适用性，对未投产井以及投产井都能预测，预测结果与实际井生产数据对比，准确度较高。

Abstract： The theories and merits and demerits of the production predicting methods in the coalbed methane fracturing well are summarized throuth investigation and research. Then the typical curve predicting method is optimized. This method is flexible and applicable， which can be used to predict the production of non-produced and produced well. There is little difference between the the prediction results and practical production data.

关键词： 煤层气；压裂；产量预测

Key words： coalbed methane；fracturing；production prediction

中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）21-0025-02

0 引言

煤层气井压裂产量预测对于煤层气生产来说很重要。2004年以来，国内外学者在产量预测方面主要有两大进展，一是研究产量预测的新方法，并将新方法在实践中加以考验，主要包括产量瞬时分析法、特定层动态平衡法；二是将常规产量预测方法加以改进，应用于复杂煤储层，主要包括数值模拟法、产量曲线类型法、递减曲线经验法、物质动态平衡法[1]。本文通过调研这些方法，优选出具有较强实用性的方法，并加以验证及应用。

1 预测方法调研

1.1 产量瞬时分析方法 原理：评价各种地层物理参数，例如煤层厚度、孔隙度、渗透率和排泄面积等对产量的影响程度，应用曲线类型匹配技术来预测气产量[2]。假设条件：煤层气为单相流，产水微乎其微。优点：该方法考虑了一些煤层特有属性，例如等温吸附特征、双孔隙结构，可以作为数值模拟和经验递减曲线方法的补充，用于计算煤层气井产量，在没有生产数据的情况下对煤层气产量做初步预测。缺点：假设煤层气为单相流，产水量微乎其微。

1.2 特定层动态平衡方法 原理：综合应用物质平衡动态平衡方法、产量曲线类型、数值模拟和瞬时压力分析方法[3]。优点：准确预测多煤层的总产量以及单煤层的产量，还能计算原位气资源量和其他储层参数。

计算步骤：①筛选符合条件的单井；②单煤层瞬时压力分析，确定单煤层气产量；③利用数值模拟来确定煤层组产气速率、煤层组关井压力、煤层组总产气速率；④将煤层组的总原地煤层气资源量与单煤层分析的资源量结果进行分析对比。缺点：要求数据多，单煤层必须经过试井测试和多点压力测试，并且具有明显的产量下降趋势。

1.3 数值模拟法 该方法比较成熟，应用较为广泛；需要各种各样数据，所需时间和精力多；适用于开发中后期[4]。

1.4 递减曲线经验法 利用三种递减规律：指数递减、双曲递减和直线递减来预测产量。该方法在常规油气中应用非常广泛，在煤层气井中，只能应用于煤层气井产气高峰后的产气量预测。

1.5 物质平衡法 原理：利用累积产量数据计算储层平均压力、平均含水饱和度，结合相渗资料和产能方程计算气、水产量，循环计算。缺点：产量数据容易得到，相渗资料相对较难获取。

1.6 典型曲线产量预测方法 原理：引入一系列无维数参数，形成一系列特殊的煤层气产量曲线类型[5]。

无量纲计算公式：q■=■，t■=■

该方法不但可以预测已投产井的产量，也能预测未投产井产量，适用范围广。

通过以上对各种方法的对比可以看出，典型曲线产量预测法适用性强，要求的参数容易获得，因此采用典型曲线产量预测法对单井产量进行预测分析。

2 典型曲线法预测产量

2.1 未投产井产量预测

①根据储层参数计算Gi的值；

②根据BHAVSAR给出的无因次产气峰值与各参数的经验关系式确定无因次产气峰值（qg max）D；

（qg max）D=4.1977S-3.418pc-21.47φ+2.9523VL+1.7259pL+108.78

③根据ADMINIAN在预测煤层气产量时建立了产气峰值的相关关系式结合第二步求得的（qg max）D确定产气峰值qg max；（qg max）D=■×1n■-0.75+S

④给出时间t，根据无因次定义tD=■，计算tD；

⑤由典型曲线qD-tD关系确定qD，根据定义qD=■求得qg，从而求出q随时间t的变化。

2.2 已投产井产量预测 对于已知历史生产数据的井，预测其产量可通过如下步骤进行：

①根据已有数据作出qD-tD关系的典型曲线，拟合出递减阶段的qD-tD函数关系式；

②给出时间t，根据无因次定义tD=■，计算tD；

③由（1）中qD-tD函数关系确定qD，根据qD=■求得q■，从而求出q随时间t的变化。

2.3 验证 根据韩城煤层气藏某3口井的地质特征参数（表1）和单井的实际生产数据，对3口井进行了产量预测，从计算结果可以看出，典型曲线法在煤层气井产量预测中具有较强的适用性，且计算结果准确度较高（图1）。

3 结论

调研了6种煤层气压裂井产量预测方法，优选出典型曲线产量预测法，通过韩城3口井产量数据验证，该方法需要的参数容易获取，计算结果精确。

符号说明：

qg—气井产量，m3/d；

qg max—气井产量最大值，m3/d；

t—生产时间，d；

Gi—煤层气地质储量，m3。

S—表皮因子；

pc—解吸压力，MPa；

φ—孔隙度，%；

PL—兰氏压力，MPa；

VL—兰氏体积，m3/t；

T—温度，K；

μc—解吸压力时气体粘度，mPa·s；

Zc—解吸压力时压缩因子；

k—渗透率，mD；

h—煤层厚度，m；

pwf—井底流压，MPa；

re—边界半径，m；

rw—井筒半径，m。

参考文献：

[1]苏俊.煤层气勘探开发方法与技术[M].北京：石油工业出版社，2011：79-85.

[2]K.Aminian.Type Curves for Coalbed Methane Production Prediction[J].SPE， 2004：267-275.

[3]CretiesD. Jenkins， SPE， DeGolyer and MacNaughton，and Charles M. Boyer[J]. SPE， Schlumberger， Coalbed Shale-Gas Reservoirs，JPT.FEBRUARY，2008：92-99.

[4]凌毅平.煤层气储层测井评价有关问题的讨论[J].中国煤炭地质，2008，12：32-35.

[5]吴佩芳.煤层气藏特征浅析[J].断块油气田，1999，3：79-81.endprint

摘要： 通过调研煤层气井压裂产量预测方法原理及优缺点，优选出典型曲线产量预测法具有较强的适用性，对未投产井以及投产井都能预测，预测结果与实际井生产数据对比，准确度较高。

Abstract： The theories and merits and demerits of the production predicting methods in the coalbed methane fracturing well are summarized throuth investigation and research. Then the typical curve predicting method is optimized. This method is flexible and applicable， which can be used to predict the production of non-produced and produced well. There is little difference between the the prediction results and practical production data.

关键词： 煤层气；压裂；产量预测

Key words： coalbed methane；fracturing；production prediction

中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）21-0025-02

0 引言

煤层气井压裂产量预测对于煤层气生产来说很重要。2004年以来，国内外学者在产量预测方面主要有两大进展，一是研究产量预测的新方法，并将新方法在实践中加以考验，主要包括产量瞬时分析法、特定层动态平衡法；二是将常规产量预测方法加以改进，应用于复杂煤储层，主要包括数值模拟法、产量曲线类型法、递减曲线经验法、物质动态平衡法[1]。本文通过调研这些方法，优选出具有较强实用性的方法，并加以验证及应用。

1 预测方法调研

1.1 产量瞬时分析方法 原理：评价各种地层物理参数，例如煤层厚度、孔隙度、渗透率和排泄面积等对产量的影响程度，应用曲线类型匹配技术来预测气产量[2]。假设条件：煤层气为单相流，产水微乎其微。优点：该方法考虑了一些煤层特有属性，例如等温吸附特征、双孔隙结构，可以作为数值模拟和经验递减曲线方法的补充，用于计算煤层气井产量，在没有生产数据的情况下对煤层气产量做初步预测。缺点：假设煤层气为单相流，产水量微乎其微。

1.2 特定层动态平衡方法 原理：综合应用物质平衡动态平衡方法、产量曲线类型、数值模拟和瞬时压力分析方法[3]。优点：准确预测多煤层的总产量以及单煤层的产量，还能计算原位气资源量和其他储层参数。

计算步骤：①筛选符合条件的单井；②单煤层瞬时压力分析，确定单煤层气产量；③利用数值模拟来确定煤层组产气速率、煤层组关井压力、煤层组总产气速率；④将煤层组的总原地煤层气资源量与单煤层分析的资源量结果进行分析对比。缺点：要求数据多，单煤层必须经过试井测试和多点压力测试，并且具有明显的产量下降趋势。

1.3 数值模拟法 该方法比较成熟，应用较为广泛；需要各种各样数据，所需时间和精力多；适用于开发中后期[4]。

1.4 递减曲线经验法 利用三种递减规律：指数递减、双曲递减和直线递减来预测产量。该方法在常规油气中应用非常广泛，在煤层气井中，只能应用于煤层气井产气高峰后的产气量预测。

1.5 物质平衡法 原理：利用累积产量数据计算储层平均压力、平均含水饱和度，结合相渗资料和产能方程计算气、水产量，循环计算。缺点：产量数据容易得到，相渗资料相对较难获取。

1.6 典型曲线产量预测方法 原理：引入一系列无维数参数，形成一系列特殊的煤层气产量曲线类型[5]。

无量纲计算公式：q■=■，t■=■

该方法不但可以预测已投产井的产量，也能预测未投产井产量，适用范围广。

通过以上对各种方法的对比可以看出，典型曲线产量预测法适用性强，要求的参数容易获得，因此采用典型曲线产量预测法对单井产量进行预测分析。

2 典型曲线法预测产量

2.1 未投产井产量预测

①根据储层参数计算Gi的值；

②根据BHAVSAR给出的无因次产气峰值与各参数的经验关系式确定无因次产气峰值（qg max）D；

（qg max）D=4.1977S-3.418pc-21.47φ+2.9523VL+1.7259pL+108.78

③根据ADMINIAN在预测煤层气产量时建立了产气峰值的相关关系式结合第二步求得的（qg max）D确定产气峰值qg max；（qg max）D=■×1n■-0.75+S

④给出时间t，根据无因次定义tD=■，计算tD；

⑤由典型曲线qD-tD关系确定qD，根据定义qD=■求得qg，从而求出q随时间t的变化。

2.2 已投产井产量预测 对于已知历史生产数据的井，预测其产量可通过如下步骤进行：

①根据已有数据作出qD-tD关系的典型曲线，拟合出递减阶段的qD-tD函数关系式；

②给出时间t，根据无因次定义tD=■，计算tD；

③由（1）中qD-tD函数关系确定qD，根据qD=■求得q■，从而求出q随时间t的变化。

2.3 验证 根据韩城煤层气藏某3口井的地质特征参数（表1）和单井的实际生产数据，对3口井进行了产量预测，从计算结果可以看出，典型曲线法在煤层气井产量预测中具有较强的适用性，且计算结果准确度较高（图1）。

3 结论

调研了6种煤层气压裂井产量预测方法，优选出典型曲线产量预测法，通过韩城3口井产量数据验证，该方法需要的参数容易获取，计算结果精确。

符号说明：

qg—气井产量，m3/d；

qg max—气井产量最大值，m3/d；

t—生产时间，d；

Gi—煤层气地质储量，m3。

S—表皮因子；

pc—解吸压力，MPa；

φ—孔隙度，%；

PL—兰氏压力，MPa；

VL—兰氏体积，m3/t；

T—温度，K；

μc—解吸压力时气体粘度，mPa·s；

Zc—解吸压力时压缩因子；

k—渗透率，mD；

h—煤层厚度，m；

pwf—井底流压，MPa；

re—边界半径，m；

rw—井筒半径，m。

参考文献：

[1]苏俊.煤层气勘探开发方法与技术[M].北京：石油工业出版社，2011：79-85.

[2]K.Aminian.Type Curves for Coalbed Methane Production Prediction[J].SPE， 2004：267-275.

[3]CretiesD. Jenkins， SPE， DeGolyer and MacNaughton，and Charles M. Boyer[J]. SPE， Schlumberger， Coalbed Shale-Gas Reservoirs，JPT.FEBRUARY，2008：92-99.

[4]凌毅平.煤层气储层测井评价有关问题的讨论[J].中国煤炭地质，2008，12：32-35.

[5]吴佩芳.煤层气藏特征浅析[J].断块油气田，1999，3：79-81.endprint

摘要： 通过调研煤层气井压裂产量预测方法原理及优缺点，优选出典型曲线产量预测法具有较强的适用性，对未投产井以及投产井都能预测，预测结果与实际井生产数据对比，准确度较高。

Abstract： The theories and merits and demerits of the production predicting methods in the coalbed methane fracturing well are summarized throuth investigation and research. Then the typical curve predicting method is optimized. This method is flexible and applicable， which can be used to predict the production of non-produced and produced well. There is little difference between the the prediction results and practical production data.

关键词： 煤层气；压裂；产量预测

Key words： coalbed methane；fracturing；production prediction

中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）21-0025-02

0 引言

煤层气井压裂产量预测对于煤层气生产来说很重要。2004年以来，国内外学者在产量预测方面主要有两大进展，一是研究产量预测的新方法，并将新方法在实践中加以考验，主要包括产量瞬时分析法、特定层动态平衡法；二是将常规产量预测方法加以改进，应用于复杂煤储层，主要包括数值模拟法、产量曲线类型法、递减曲线经验法、物质动态平衡法[1]。本文通过调研这些方法，优选出具有较强实用性的方法，并加以验证及应用。

1 预测方法调研

1.1 产量瞬时分析方法 原理：评价各种地层物理参数，例如煤层厚度、孔隙度、渗透率和排泄面积等对产量的影响程度，应用曲线类型匹配技术来预测气产量[2]。假设条件：煤层气为单相流，产水微乎其微。优点：该方法考虑了一些煤层特有属性，例如等温吸附特征、双孔隙结构，可以作为数值模拟和经验递减曲线方法的补充，用于计算煤层气井产量，在没有生产数据的情况下对煤层气产量做初步预测。缺点：假设煤层气为单相流，产水量微乎其微。

1.2 特定层动态平衡方法 原理：综合应用物质平衡动态平衡方法、产量曲线类型、数值模拟和瞬时压力分析方法[3]。优点：准确预测多煤层的总产量以及单煤层的产量，还能计算原位气资源量和其他储层参数。

计算步骤：①筛选符合条件的单井；②单煤层瞬时压力分析，确定单煤层气产量；③利用数值模拟来确定煤层组产气速率、煤层组关井压力、煤层组总产气速率；④将煤层组的总原地煤层气资源量与单煤层分析的资源量结果进行分析对比。缺点：要求数据多，单煤层必须经过试井测试和多点压力测试，并且具有明显的产量下降趋势。

1.3 数值模拟法 该方法比较成熟，应用较为广泛；需要各种各样数据，所需时间和精力多；适用于开发中后期[4]。

1.4 递减曲线经验法 利用三种递减规律：指数递减、双曲递减和直线递减来预测产量。该方法在常规油气中应用非常广泛，在煤层气井中，只能应用于煤层气井产气高峰后的产气量预测。

1.5 物质平衡法 原理：利用累积产量数据计算储层平均压力、平均含水饱和度，结合相渗资料和产能方程计算气、水产量，循环计算。缺点：产量数据容易得到，相渗资料相对较难获取。

1.6 典型曲线产量预测方法 原理：引入一系列无维数参数，形成一系列特殊的煤层气产量曲线类型[5]。

无量纲计算公式：q■=■，t■=■

该方法不但可以预测已投产井的产量，也能预测未投产井产量，适用范围广。

通过以上对各种方法的对比可以看出，典型曲线产量预测法适用性强，要求的参数容易获得，因此采用典型曲线产量预测法对单井产量进行预测分析。

2 典型曲线法预测产量

2.1 未投产井产量预测

①根据储层参数计算Gi的值；

②根据BHAVSAR给出的无因次产气峰值与各参数的经验关系式确定无因次产气峰值（qg max）D；

（qg max）D=4.1977S-3.418pc-21.47φ+2.9523VL+1.7259pL+108.78

③根据ADMINIAN在预测煤层气产量时建立了产气峰值的相关关系式结合第二步求得的（qg max）D确定产气峰值qg max；（qg max）D=■×1n■-0.75+S

④给出时间t，根据无因次定义tD=■，计算tD；

⑤由典型曲线qD-tD关系确定qD，根据定义qD=■求得qg，从而求出q随时间t的变化。

2.2 已投产井产量预测 对于已知历史生产数据的井，预测其产量可通过如下步骤进行：

①根据已有数据作出qD-tD关系的典型曲线，拟合出递减阶段的qD-tD函数关系式；

②给出时间t，根据无因次定义tD=■，计算tD；

③由（1）中qD-tD函数关系确定qD，根据qD=■求得q■，从而求出q随时间t的变化。

2.3 验证 根据韩城煤层气藏某3口井的地质特征参数（表1）和单井的实际生产数据，对3口井进行了产量预测，从计算结果可以看出，典型曲线法在煤层气井产量预测中具有较强的适用性，且计算结果准确度较高（图1）。

3 结论

调研了6种煤层气压裂井产量预测方法，优选出典型曲线产量预测法，通过韩城3口井产量数据验证，该方法需要的参数容易获取，计算结果精确。

符号说明：

qg—气井产量，m3/d；

qg max—气井产量最大值，m3/d；

t—生产时间，d；

Gi—煤层气地质储量，m3。

S—表皮因子；

pc—解吸压力，MPa；

φ—孔隙度，%；

PL—兰氏压力，MPa；

VL—兰氏体积，m3/t；

T—温度，K；

μc—解吸压力时气体粘度，mPa·s；

Zc—解吸压力时压缩因子；

k—渗透率，mD；

h—煤层厚度，m；

pwf—井底流压，MPa；

re—边界半径，m；

rw—井筒半径，m。

参考文献：

[1]苏俊.煤层气勘探开发方法与技术[M].北京：石油工业出版社，2011：79-85.

[2]K.Aminian.Type Curves for Coalbed Methane Production Prediction[J].SPE， 2004：267-275.

[3]CretiesD. Jenkins， SPE， DeGolyer and MacNaughton，and Charles M. Boyer[J]. SPE， Schlumberger， Coalbed Shale-Gas Reservoirs，JPT.FEBRUARY，2008：92-99.

[4]凌毅平.煤层气储层测井评价有关问题的讨论[J].中国煤炭地质，2008，12：32-35.

[5]吴佩芳.煤层气藏特征浅析[J].断块油气田，1999，3：79-81.endprint