[发明专利]一种煤层气井工作制度定量优化的计算方法

权利要求书

1.一种煤层气井工作制度定量优化的计算方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）划分煤层气生产阶段：依次划分为单相水流阶段、气水两相流阶段和单相气流阶段；

（2）建立排采制度优化模型；

（3）优化单相水流阶段排采制度；

（4）优化两相水流阶段排采制度；

（5）优化单相气流阶段排采制度；

步骤（1）的具体划分过程为，采用数值模拟和数值分析方法对煤层气开发过程中压降漏斗的动态变化进行了表征：

首先，在单相水流阶段，由于储层压力大于临界解吸压力，煤层气无法解吸出来，孔隙中主要被水充满；因此，在此阶段煤层气井排采重点是使压力传播半径最大化地扩展，最终能够到达井控半径；此后，当储层压力降低到临界解吸压力以下时，吸附气体解吸到裂隙系统中，煤层气和水在孔隙中共存；此时，煤储层中存在气水两相区和单相水区两个区域；随着持续生产，煤层气在孔隙中逐渐占主导地位；因此，在气水两相流阶段煤层气井排采的关键是充分排采煤层水，并且逐步扩大解吸半径；之后，当解吸半径达到井控半径时，煤层气生产井之间形成井间干扰，并且远井地带的储层压力受多井干扰的影响持续降压，有利于煤层气的解吸和产出；煤层气的生产最终进入单相气流阶段；

步骤（2）中排采制度优化模型的建立基于以下基本假设：a.煤层均匀，厚度均匀，无断层、陷落柱等构造的影响；b.煤层气渗流过程中符合达西定律；c.煤层气遵循气体状态方程及其吸附解吸遵循Langmuir方程；d.忽略了煤储层中水、气流动时的滑脱效应；分析过程是计算煤层气在不同生产阶段和储层动态条件下井底流压合理的下降速度和最大的气流量，计算结果最终可用于调整实际排采制度，提高煤层气采收率；

步骤（3）的具体优化过程为，

在单相水流阶段，由于应力敏感效应，渗透率随储层降压而降低；为了防止严重的应力敏感和速度敏感效应，并使压力传播半径逐渐扩大到井控半径，因此建立了最大井底流压下降速率方程；压力传播速度可以用如下的公式来解释：

（1）

（2）

式（1）和（2）中，由于压裂裂缝在单相水流阶段中水相流动起主要的作用，k_f表示压裂裂缝的渗透率，mD；此外，r_e是井控半径，m；C_t是地层综合压缩系数，MPa^-1；是储层孔隙度；是地层水的粘度，；是初始储层压力，MPa；是临界解吸压力，MPa；和分别是单相水流阶段最大井底流压降速和最短生产时间，MPa/d和天；

步骤（4）的具体优化过程为，

当井底流压降至临界解吸压力以下时，煤层气从煤基质中解吸出来，煤层气的生产进入气水流动阶段；在这一阶段解吸半径逐渐向外扩展，并且基质收缩效应有利于煤储层渗透率的恢复；但在气水两相流动初期阶段，应力敏感效应仍然占主导地位，储层渗透率持续下降；由于应力敏感性、速度敏感性和气锁效应，储层压力的快速下降或产气量的快速增加都会抑制解吸半径的扩展；当有效应力对渗透率的损害等于基质收缩对渗透率的恢复时，储层渗透率降至最低k_rb，相应的储层压力为反弹压力P_rb：

（3）

（4）

（5）

（6）

（7）

式（3）-（7）中：是初始渗透率，mD；是气体解吸阶段的动态渗透率，mD；k_cd是储层压力为临界解吸压力时对应的渗透率，mD；P是储层压力，MPa；是割理压缩系数，MPa^-1；v是泊松比；S_V是煤的表面积，m²/kg；是基质颗粒半径，m；是初始孔隙度；R(P）是等效基质颗粒半径， m；是兰氏体积，m³/t；是兰氏压力，MPa；是储层渗透率动态变化的一阶导数，mD/MPa；是煤的密度，g/cm³。