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1、CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUMCHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore Complex Flow and Completion Lab煤层气井型选择及参数优化煤层气井型选择及参数优化 CBM well-type selection and parameter optimization1/29小组成员：小组成员： 陈添陈添 居培居培 导师：导师： 汪志明教授汪志明教授 翟应虎教授翟应虎教授时间：时间：20122012年年4 4月月CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUMCHINA UNIV
2、ERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore Complex Flow and Completion Lab2/29提 纲 ：提 纲 ：煤 层 气 资 源 概 述煤 层 气 资 源 概 述煤 层 气 井 井 型 选 择煤 层 气 井 井 型 选 择井 型 参 数 优 选井 型 参 数 优 选经 济 效 益 评 价经 济 效 益 评 价推 荐 文 献推 荐 文 献问 题 讨 论问 题 讨 论提纲提纲CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUMCHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore
3、Complex Flow and Completion Lab煤层气资源概述煤层气资源概述3/29 上世纪上世纪7070年代，美国在年代，美国在圣胡安圣胡安（San Juan BasinSan Juan Basin）和和黑勇黑勇士士（Black Warrior Black Warrior BasinBasin）盆地的煤层气盆地的煤层气开采开采获得了成功获得了成功，90 90 年代以后，年代以后，又又开发开发犹因塔犹因塔（Uintah BasinUintah Basin）和和粉河粉河（Powder River BasinPowder River Basin）等盆地的煤层气等盆地的煤层气，也相继获
4、得了成功也相继获得了成功。 我国从我国从8080年代中期开始进行煤层气地面开发的研究和试验，目前，煤层气开年代中期开始进行煤层气地面开发的研究和试验，目前，煤层气开发集中在发集中在沁水盆地和鄂尔多斯沁水盆地和鄂尔多斯盆地。截止盆地。截止20112011年，全国钻煤层气井年，全国钻煤层气井60006000余口，其余口，其中生产井近中生产井近30003000口口。国家国家煤层气资源煤层气资源（万亿（万亿m m3 3）国家国家煤层气资源煤层气资源（万亿（万亿m m3 3）俄罗斯俄罗斯113113德国德国3 3加拿大加拿大7676波兰波兰3 3中国中国36.836.8英国英国2 2美国美国2121乌克
5、兰乌克兰2 2澳大利亚澳大利亚1414哈萨克斯坦哈萨克斯坦1 1世界主要产煤国煤层气资源世界主要产煤国煤层气资源世界主要产煤国煤层气资源世界主要产煤国煤层气资源CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUMCHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore Complex Flow and Completion Lab4/29煤层气资源概述煤层气资源概述 我国煤层气资源量丰富，居世界第三；我国煤层气资源量丰富，居世界第三；2000m2000m以浅资源总量约以浅资源总量约36.8136.81万亿万亿m m3 3，可，可采资源量约采资
6、源量约10.910.9万亿万亿m m3 3 。CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUMCHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore Complex Flow and Completion Lab煤层气井型煤层气井型5/29地面采动区井地面采动区井地面垂直井地面垂直井羽状水平井羽状水平井多底井多底井U U型井型井CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUMCHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore Complex Flow and Completi
7、on Lab6/29非常规井开采非常规井开采广义：除常规钻井技术所钻的直井之外的井广义：除常规钻井技术所钻的直井之外的井狭义：包括水平井、大位移井、多底狭义：包括水平井、大位移井、多底/ /多分支井和原井再钻多分支井和原井再钻井（老井侧钻、套管开窗及侧钻小井眼）在内的新型油井井（老井侧钻、套管开窗及侧钻小井眼）在内的新型油井 非常规井非常规井（unconventional wells)unconventional wells)CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUMCHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore Comp
8、lex Flow and Completion Lab7/29非常规井开采非常规井开采与常规直井技术相比，非常规水平井技术的优点主要有：与常规直井技术相比，非常规水平井技术的优点主要有：1）增加有效供给范围）增加有效供给范围2）提高导流能力）提高导流能力3）减少对煤层的伤害）减少对煤层的伤害4）单井产量高、经济效益好）单井产量高、经济效益好5）具有广阔的应用前景）具有广阔的应用前景CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUMCHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore Complex Flow and Completion
9、 Lab8/29煤层气井型选择煤层气井型选择 截止截止20092009年底，全国累计钻井年底，全国累计钻井37133713口（含口（含102102口水平井），目前，大部分核心技口水平井），目前，大部分核心技术，许多项关键技术国内并未掌握，设备成本高，开发风险较大，从而导致使用水术，许多项关键技术国内并未掌握，设备成本高，开发风险较大，从而导致使用水平井开采煤层气难以获得较好的经济效益。平井开采煤层气难以获得较好的经济效益。CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUMCHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore Comple
10、x Flow and Completion Lab9/29煤层气井型选择煤层气井型选择Ian PalmerIan Palmer：CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUMCHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore Complex Flow and Completion Lab煤层气井型选择煤层气井型选择10/29 按照按照储层渗透率、煤储层渗透率、煤层厚度、煤层原始地层压层厚度、煤层原始地层压力、含水量、储层产状等力、含水量、储层产状等，将煤储层分为三类：将煤储层分为三类：按煤层气储层类型选择按煤层气储层类型选择 类类
11、储层特点是储层特点是高压、高高压、高渗渗（大于（大于0.5md0.5md）、）、厚度厚度（5m5m以上），含气量可高可低以上），含气量可高可低。 类类三个关键参数渗透率、三个关键参数渗透率、压力及含气量有一项或两项不是压力及含气量有一项或两项不是太高，但仍然算太高，但仍然算较好的储层较好的储层。 类储层渗透率、压力类储层渗透率、压力较低较低，含气量含气量较低较低，煤储层可能，煤储层可能较薄较薄。CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUMCHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore Complex Flow and Com
12、pletion Lab11/29煤层气井型选择煤层气井型选择煤层总厚度煤层总厚度 （m） 含气量含气量（m3 / t)含气饱和度含气饱和度 （%）地解比地解比孔隙直径孔隙直径（m）巨厚50高20高80高0.7大孔1厚1050较高1520中等5080中等0.40.7中孔0.11中等310中等815低0.20.4小孔0.010.1薄3低8低50特低0.2微孔100高5低15有利2较发育50100较高0.55中等1525较有利1020中等0.52中等0.10.5较高2540不发育50低40不利20低0.5 煤层气评价参数分级煤层气评价参数分级（据赵庆波）（据赵庆波）CHINA UNIVERSITY
13、OF PETROLEUMCHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore Complex Flow and Completion Lab12/29煤层气井型选择煤层气井型选择按煤岩地质特征选择按煤岩地质特征选择一、煤岩的机械强度弱一、煤岩的机械强度弱煤层坍塌、破碎、扩径和卡钻 二、煤层压力系数变化大，规律性差二、煤层压力系数变化大，规律性差难以准确预测煤层地层压力三、煤层孔隙和割理发育三、煤层孔隙和割理发育煤层均质性变差，力学稳定性变差，在外力作用下极易破碎 在实际钻井作业中，受在实际钻井作业中，受场地、人员、时间场地、人员、时间等因素的影
14、响，等因素的影响，所选取的井型也会发生变化。所选取的井型也会发生变化。煤阶代码煤阶代码含碳量含碳量煤阶煤阶LiCo=1大于80%无烟煤无烟煤LiCo=235%-80%烟煤烟煤LiCo=325-35%褐煤褐煤LiCo=4小于25%炭质泥岩炭质泥岩CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUMCHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore Complex Flow and Completion Lab13/29井型参数优选井型参数优选目的目的：通过对目标井段井型参数的优化组合，获得最佳经济开发效果。：通过对目标井段井型参数的优化组
15、合，获得最佳经济开发效果。确定产量预测模型确定优化井型参数井型参数对产量变化的影响参数优选参数优化后产量经济开发效果评价CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUMCHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore Complex Flow and Completion Lab14/29煤层气产能煤层气产能煤层气产能计算煤层气产能计算数值模拟方法数值模拟方法解吸机理：解吸机理：AireyAirey经验解吸模型、经验解吸模型、SeidleSeidle黑油模型、黑油模型、LangmuirLangmuir模型等模型等扩散机理：扩散机理
16、：FickFick第一定律、第一定律、FickFick第二定律等第二定律等渗流机理：达西渗流、非达西渗流等渗流机理：达西渗流、非达西渗流等 选定模型后，煤层气在煤层中流动都将遵循相同的规律。从数学的角度选定模型后，煤层气在煤层中流动都将遵循相同的规律。从数学的角度出发，其控制流动的出发，其控制流动的偏微分方程组与初始条件及外边界条件相同偏微分方程组与初始条件及外边界条件相同，只是，只是内边内边界条件即井处理方式不同界条件即井处理方式不同。CHINA UNIVERSITY OF PETROLEUMCHINA UNIVERSITY OF PETROLEUM 井筒复杂流动与完井实验室 Wellbore Complex Flow and Completion Lab15/29煤层气产能煤层气产能煤层气单井开采的数学模型（张冬丽）：煤层气单井开采的数学模型（张冬丽）：模型基本假设模型基本假设： 温度为常数，无溶解气，煤层为孔隙裂缝双重介质，微孔隙系温度为常数，无溶解气，煤层为孔隙裂缝双重介质，微孔隙系统与裂缝系统中压力瞬间达到平衡，忽略毛管力的作用统与裂缝系统中压力瞬间达到平衡，忽略毛管力的作用
