一种煤层含水量和产水量预测方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤层含水量和产水量预测方法，包括：1)计算纯煤层产水量参数及产水量；2)构建顶底板砂岩产水综合评价参数；3)计算煤层排采产水量；4)计算煤岩全水分；5)计算煤层含水量；6)计算煤层顶底板砂岩含水量。本发明通过分析煤层排采初期产水量与测井量的关系，建立了利用测井资料预测纯煤层排采产水量的方法；在煤层近距离范围内存在含水砂岩的情况下，给出了煤层与含水砂岩共同产水的产水量计算模型；依据煤岩实验，建立了由测井资料计算煤层含水量的方法，提供了顶板砂岩层的总含水量；利用可动水含水量与产水量，可以初步预测排采过程的产水周期。
【专利说明】_种煤层含水量和产水量预测方法 【技术领域】
[0001] 本发明属于煤层气勘探开发领域，特别涉及煤层含水量计算和煤层气排采过程中 产水量的预测。 【【背景技术】】
[0002] 煤层中含有数量不等的水。煤层水不仅是煤层气富集的重要影响因素，同时作为 客观介质对煤层气的产出具有重要的作用，其产出引起储层压力的动态变化直接影响着煤 层气的解吸过程。绝大部分煤层气排采需要通过抽排出煤层中的水分，使煤层压力降低到 临界解吸压力以下，煤层中的煤层气解吸后沿裂隙排出。只有极少部分煤层被打开后游离 气直接产出。煤岩既有大量的微孔隙，又有显微裂隙和宏观裂隙，即双重孔隙结构，造成煤 层产水地质因素复杂。煤层从被射开到产气，一般需要经历数天、数月到几年的排水降压阶 段。实际排采过程中，煤层产水量井间差异大，日产水量从几方-几百方，产水量大的井降压 困难，造成只产水不产气。煤层气排采过程中的产水量预测，成为煤层气开发时期的技术需 求。
[0003] 煤层气开发属于近几年的新兴产业，有文献推出关于煤层气排采产能评估软件， 但由于不同的排采方式和煤层本身地质因素的影响，可靠性不能满足需要。而对于煤层气 排采过程中的产水量预测方法基本处于空白状态。由于测井资料能够反映煤层的物性、煤 质、煤层结构等信息，具备了煤层含水量和产水量评价的基础。利用测井资料分析煤层的产 水因素，在此基础上开展煤层产水预测技术研究，筛选敏感因素，进而建立煤层含水量和产 水量计算方法。 【
【发明内容】
】
[0004] 本发明目的是利用测井资料评价煤层总的含水量，提供一种煤层含水量和产水量 预测方法，此两项参数可用于煤层气开发方案(部井、开采层位、压裂规模、排采方案等）的 制定，提尚煤层气开发效率。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
[0006] -种煤层含水量和产水量预测方法，包括以下步骤：
[0007] 1)计算纯煤层产水量参数及产水量；
[0008] 2)构建顶底板砂岩产水综合评价参数；
[0009] 3)计算煤层排采产水量；
[0010] 4)计算煤岩全水分；
[0011] 5)计算煤层含水量；
[0012] 6)计算煤层顶底板砂岩含水量。
[0013]本发明进一步的改进在于：
[0014] 所述步骤1)中，纯煤层产水量参数及产水量的计算方法为：
[0015] 筛选排采煤层顶底板中无明显含水砂岩的井，统计煤层排采产水量与煤层测井响 应的关系，确定煤层产水量的敏感测井量，并构建煤层产水综合评价参数：
[0016] Wcb = f(P〇RD，P〇Rs，GR，RT)
[0017]式中：PORd为密度孔隙度;PORs为声波孔隙度;GR为自然伽马;RT为电阻率；
[0018]单井煤层产水量QWC计算公式：
[0019] QffC = clXffcb+c2
[0020] 上式中，cl、c2为区域系数。
[0021 ]所述步骤2)中，构建顶底板砂岩产水综合评价参数Wrf的具体方法为：
[0022] ffrf = f(P〇Rs,THKs,D)
[0023] 上式中，THKs为砂岩厚度;PORs为砂岩孔隙度;D为砂岩距煤层的距离。
[0024] 所述步骤3)中，煤层排采产水量的计算方法为：
[0025] 将煤层产水评价参数Web、砂岩产水评价参数Wrf与煤层排采产水量联合分析，通多 元回归建立关系式，进行煤系地层煤层排采产水预测；
[0026] 煤层排采总产水量QWT预测函数：
[0027] QWT = f(Wrf，Wcb)。
[0028] 所述步骤4)中，煤岩全水分的计算方法为：
[0029]对煤样全水分计算公式如下：
[0030] Mt = (100-Mf) XMinh/100+Mf
[0031] 其中:Mt为煤样的全水分，单位％;Mf为煤样的外水分，单位％;Minh为煤样空气干 燥基水分，单位％;
[0032] 利用煤心全水分实验数据，经岩心归位后与测井资料结合，优选相关性较高的测 井量，经多元回归建立煤层全水分预测模型；
[0033]煤岩全水分Mt计算函数：
[0034] Mt = f(RT，GR，AC，DEN)
[0035] 其中:Mt为煤岩全水分，％ ;DEN为体积密度;AC为纵波时差;GR为自然伽马;RT为电 阻率。
[0036] 所述步骤5)中，煤层含水量的计算方法为：
[0037] 以煤岩全水分计算为基础，利用测井提供的煤层厚度、煤岩体积密度，根据实际井 距，建立单井煤层总含水量预测模型；
[0038]煤层总含水量：
[0039] WTC= (THKcbXSXDENX (Mt/100))/pw/10000
[0040] 上式中，S为煤层排采供水面积:对于单井而言，S = R2，R为井距，单位m;对于区域 而言，S为区域整体排采时地层流体流动波及范围；
[0041] 其中，Mt为煤层全水分评价参数，单位％ ;THKcb为煤层厚度，单位m;pw为煤层水密 度，单位g/cm3; DEN为煤岩密度，单位g/cm3;
[0042] 单井煤层可动水含量：
[0043] WCM=WTCXScwm
[0044] 其中：WTC为煤层总含水量，单位104m3; WCM为煤层可动水含量，单位104m3; Sewm为 煤层可动水饱和度。
[0045] 所述步骤6)中，煤层顶底板砂岩含水量的计算方法为：
[0046] 顶底板砂岩层总含水量预测模型：
[0047] WTS=(SXTHKsX(P0R/100))/pw/10000
[0048] 上式中，S为顶地板砂岩面积；
[0049] 对于单井而言，S = R2，R为井距，单位为m;
[0050]对于区域而言，S为区域整体排采时地层流体流动波及范围；
[0051 ] PW为砂层水密度，单位为g/cm3; THKs为砂岩厚度，单位为m; P0R为砂岩孔隙度，单
[0052]顶底板砂岩层可动水量预测模型：
[0053] WSM=WTSX(l-SffIR)
[0054] 上式中，WTS为顶底板砂岩总含水量，单位104m3; WSM为顶底板砂岩可动水，单位 104m3; SWIR为砂岩层束缚水饱和度，单位％。
[0055] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0056] 本发明在一定程度上满足了煤层气开发所需技术，拓宽了测井评价范围。本发明 技术方案带来的有益之处是:通过分析煤层排采初期产水量与测井量的关系，建立了利用 测井资料预测纯煤层排采产水量的方法;在煤层近距离范围内存在含水砂岩的情况下，给 出了煤层与含水砂岩共同产水的产水量计算模型；依据煤岩实验，建立了由测井资料计算 煤层含水量的方法，提供了顶板砂岩层的总含水量;利用可动水含水量与产水量，可以初步 预测排采过程的产水周期。利用本发明提供的含水量和产水量预测结果，可以帮助煤层气 公司制定合理的井位部署、射孔层段、压裂措施以及排采方案。 【【附图说明】】
[0057] 图1是B区块纯煤层(不含顶底板砂岩)组合产水参数Web与煤层排采产水量的相关 图；
[0058]图2是B区块顶底板砂岩产水参数Wrf与煤层排采产水量关系图；
[0059] 图3是B区块敏感测井量与煤岩全水分关系及测井煤岩全水分预测模型效果图；
[0060] 图4是B区块单井煤层含水量测井解释成果图。 【【具体实施方式】】
[0061]下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0062] 参见图1至图4,本发明煤层含水量和产水量预测方法，包括以下步骤：
[0063] 1)计算纯煤层产水量参数及产水量；
[0064]筛选排采煤层顶底板中无明显含水砂岩的井，统计煤层排采产水量与煤层测井响 应的关系，确定煤层产水量的敏感测井量，并构建煤层产水综合评价参数：
[0065] Wcb = f(P0RD，P0Rs，GR，RT)
[0066] 式中:PORd为密度孔隙度;PORs为声波孔隙度;GR为自然伽马;RT为电阻率；
[0067]单井煤层产水量QWC计算公式：
[0068] QffC = clXffcb+c2
[0069] 上式中，cl、c2为区域系数。
[0070] 2)构建顶底板砂岩产水综合评价参数；
[0071 ]构建顶底板砂岩产水综合评价参数Wrf的具体方法为：
[0072] ffrf = f(P〇Rs,THKs,D)
[0073] 上式中，THKs为砂岩厚度;PORs为砂岩孔隙度;D为砂岩距煤层的距离。
[0074] 3)计算煤层排采产水量；
[0075]煤层排采产水量的计算方法为：
[0076]将煤层产水评价参数Web、砂岩产水评价参数Wrf与煤层排采产水量联合分析，通多 元回归建立关系式，进行煤系地层煤层排采产水预测；
[0077]煤层排采总产水量QWT预测函数：
[0078] QWT = f(Wrf，Wcb)。
[0079] 4)计算煤岩全水分；
[0080]煤岩全水分的计算方法为：
[0081 ]对煤样全水分计算公式如下：
[0082] Mt = (100-Mf) XMinh/100+Mf
[0083] 其中:Mt为煤样的全水分，单位％ ;Mf为煤样的外水分，单位％ ;Minh为煤样空气干 燥基水分，单位％;
[0084] 利用煤心全水分实验数据，经岩心归位后与测井资料结合，优选相关性较高的测 井量，经多元回归建立煤层全水分预测模型；
[0085]煤岩全水分Mt计算函数：
[0086] Mt = f(RT，GR，AC，DEN)
[0087] 其中：Mt为煤岩全水分，％ ;DEN为体积密度;AC为纵波时差;GR为自然伽马;RT为电 阻率。
[0088] 5)计算煤层含水量；
[0089]煤层含水量的计算方法为：
[0090] 以煤岩全水分计算为基础，利用测井提供的煤层厚度、煤岩体积密度，根据实际井 距，建立单井煤层总含水量预测模型；
[0091] 煤层总含水量：
[0092] WTC= (THKcbXSXDENX (Mt/100))/pw/10000
[0093] 上式中，S为煤层排采供水面积:对于单井而言，S = R2，R为井距，单位m;对于区域 而言，S为区域整体排采时地层流体流动波及范围；
[0094]其中，Mt为煤层全水分评价参数，单位％ ;THKcb为煤层厚度，单位m;pw为煤层水密 度，单位g/cm3; DEN为煤岩密度，单位g/cm3;
[0095] 单井煤层可动水含量：
[0096] WCM=WTCXScwm
[0097] 其中：WTC为煤层总含水量，单位104m3; WCM为煤层可动水含量，单位104m3; Sewm为 煤层可动水饱和度。
[0098] 6)计算煤层顶底板砂岩含水量。
[0099]煤层顶底板砂岩含水量的计算方法为：
[0100]顶底板砂岩层总含水量预测模型：
[0101 ] WTS=(SXTHKsX(P0R/100))/pw/10000
[0102] 上式中，S为顶地板砂岩面积；
[0103] 对于单井而言，S = R2，R为井距，单位为m;
[0104] 对于区域而言，S为区域整体排采时地层流体流动波及范围；
[0105] PW为砂层水密度，单位为g/cm3; THKs为砂岩厚度，单位为m; P0R为砂岩孔隙度，单
[0106] 顶底板砂岩层可动水量预测模型：
[0107] WSM=WTSX(l-SffIR)
[0108] 上式中，WTS为顶底板砂岩总含水量，单位104m3;WSM为顶底板砂岩可动水，单位 10 4m3; SWIR为砂岩层束缚水饱和度，单位％。
[0109] 实施例
[0110] 本发明以山西煤层气田B区块为例，提供了煤层气排采产水量和煤层含水量测井 计算方法。煤岩物性为基础，通过分析各种测井量与煤岩含水量和煤层排采产水量的关系， 筛选出敏感测井量，进而确定煤层含水量和产水量计算方法。本发明实施步骤可分为两部 分:一部分是预测单井纯煤层或煤层加顶底板含水砂岩的排采产水量，应包括步骤1-3;另 一部分是评价煤层和顶底板砂岩层的含水量，应包括步骤4-6。
[0111] 步骤1纯煤层产水量参数及产水量计算。从已有的176 口煤层气排采井中，筛选排 采煤层顶底板中无明显含水砂岩并且煤层单层开采的井，这类井的排采产水仅源于煤层， 无顶底板砂岩层的贡献，且不存在层间影响。统计煤层排采产水量与煤层测井响应的关系， 筛选能够反映煤层产水量的测井量。通过广泛分析，发现该区块孔隙度测井与产水量相关 性最好。
[0112] 构建煤层产水评价参数：
[0113] ffcb = P0RD-P0Rs
[0114] 式中:PORd为煤层密度孔隙度;PORs为煤层声波孔隙度；
[0115]煤层排采过程中，水和煤层气是通过裂缝到井筒而产出，产水参数Web正是反映煤 层物性和裂缝的综合参数。不同地区的应用证明，Web与煤层产水量关系较好。
[0116]由图1形成单井纯煤层产水量QWC计算公式：
[0117] QffC=16.311Xffcb-61.342
[0118] 步骤2煤层顶底板砂岩产水参数。
[0119]砂岩层的厚度大、孔隙大造成总的含水量大，与煤层界面距离越小，被压开的可能 性和压开程度越大。
[0120] 构建顶底板砂岩产水综合评价参数Wrf:
[0121] Wrf = P0RsXTHKs/D
[0122] 上式中：THKs:砂岩厚度;PORs:砂岩孔隙度;D:砂岩距煤层的距离
[0123] 统计Wrf与产水量的关系。
[0124] 图2为山西一煤层气开发区域砂岩综合产水评价参数Wrf与排采产水量的统计分 析，可以看出二者明显相关。
[0125] 步骤3煤层气排采产水量计算。将煤层产水评价参数、砂岩产水评价参数Wrf与 煤层排采产水量联合分析，通多元回归建立关系式，可进行煤系地层煤层排采产水预测。
[0126] B区块4+5煤煤层排采总产水量预测公式：
[0127] QffT=Αο+Αι X ffrf+A2 X ffrf2+A3 X ffrf3+A4 X ffcb+As X ffcb2+A6 X Web3
[0128] 上式中：A〇 = 3127.8，Ai = 1.024959，A2 = -0.022341，A3 = 0.000194
[0129] A4=-323.356895，A5 = 11.156222，A6 = -0.128205
[0130] 表1为B区块不同井煤层排采产水量QWT的计算结果与实际日产水量的误差分析， 对比分析认为吻合性较好。
[0131 ]表1B区块计算煤层排采产水量QWT与实际日产水量对比分析
[0133] 步骤4煤岩全水分的计算。利用B地区收集到的4 口井共29个煤样全水分实验数据 点，经岩心归位后与测井资料结合，进行了含水参数分析，通过优选确定了相关性较高的测 井量，经多元回归，建立了煤层全水分预测模型。图4为测井量与煤岩全水分相关分析图
[0134] B区块煤岩全水分计算公式：
[0135] Mt = -8.705+0.021 XGR-0.016XAC+12.871 XDEN
[0136] 其中:Mt:煤岩全水分，％;
[0137] DEN:体积密度，g/cm3;AC:纵波时差，ys/m;GR:自然伽马，API
[0138] 步骤5煤层含水量的计算。以煤岩全水分计算为基础，综合布井井距等各项因素， 建立了单井煤层总含水量预测模型。B区块井距350m。
[0139] 单井煤层总含水量计算公式：
[0140] WTC= (THKcb X S X DENX (Mt/100) )/pw/10000
[0141] 上式中，S为煤层排采供水面积:对于单井而言，S = 350 X 350m2
[0142] Mt:煤层全水分评价参数，％ TKU:煤层厚度，m
[0143] pw:煤层水密度，g/cm3 DEN:煤岩体积密度，g/cm3
[0144] 单井煤层可动水含量：
[0145] WCM=WTCXScwm
[0146] 其中:WTC:煤层总含水量，104m3 WCM:煤层可动水含量，104m3
[0147] Sewm:煤层可动水饱和度。压汞实验分析，B区块煤层可动水饱和度为23%。
[0148]表2B区块煤层和砂岩层含水量测井预测
[0151] 图4是B5-2x4井测井解释成果图。第8号层(4+5#煤），测井曲线显示，煤层厚度小， 电阻率为2000 Ω .m，体积密度为1.40g/cm3左右，自然伽马数值较低，模型计算含水量小，总 含水1.38万方，可动水0.32万方。
[0152] 步骤6煤层顶底板砂岩含水量计算。对于煤层顶底板砂体较发育，煤层与砂层间泥 岩隔层较薄，砂岩层所含地层水对煤层产水量有较大贡献。煤层顶底板砂岩层对产水量的 影响主要表现在厚度、孔隙度和可动水饱和度，厚度大、孔隙度大、可动水饱和度大，产水量 就越大。
[0153] 顶底板砂岩层总含水量预测模型：
[0154] WTS = (S X THKs X (P0R/100))/pw/ 10000
[0155] 上式中，S为顶地板砂岩面积。
[0156] 对于单井而言，S = 350X350m2
[0157] 对于区域而言，S为区域整体排采时地层流体流动波及范围
[0158] pw:煤层水密度，g/cm3; THKS:砂岩厚度，m;P0R:砂岩孔隙度，％ ;
[0159] 顶底板砂岩层可动水量预测模型：
[0160] WSM=WTSX(l-SffIR)
[0161 ] 上式中:WTS:顶底板砂岩总含水量，104m3;
[0162] WSM:顶底板砂岩可动水，104m3;
[0163] SWIR:砂岩层束缚水饱和度，％。
[0164] 发明中所提供的方法已经在沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘两个煤层气田应 用，为排采过程中的产水量预测提供了可靠的信息。本发明所提供的公式在不同地区会有 所调整，公式中的系数依据不同地区而定。
[0165]以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按 照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书 的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种煤层含水量和产水量预测方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 计算纯煤层产水量参数及产水量； 2) 构建顶底板砂岩产水综合评价参数； 3) 计算煤层排采产水量； 4) 计算煤岩全水分； 5) 计算煤层含水量； 6) 计算煤层顶底板砂岩含水量。2. 根据权利要求1所述的煤层含水量和产水量预测方法，其特征在于，所述步骤1)中， 纯煤层产水量参数及产水量的计算方法为： 筛选排采煤层顶底板中无明显含水砂岩的井，统计煤层排采产水量与煤层测井响应的 关系，确定煤层产水量的敏感测井量，并构建煤层产水综合评价参数： Wcb = f(PORD，PORs，GR，RT) 式中:PORd为密度孔隙度;PORS为声波孔隙度;GR为自然伽马;RT为电阻率； 单井煤层产水量QWC计算公式： QffC = clXffcb+c2 上式中，cl、c2为区域系数。3. 根据权利要求1所述的煤层含水量和产水量预测方法，其特征在于，所述步骤2)中， 构建顶底板砂岩产水综合评价参数Wrf的具体方法为： ffrf = f(PORs,THKs,D) 上式中，THKs为砂岩厚度;PORs为砂岩孔隙度;D为砂岩距煤层的距离。4. 根据权利要求1所述的煤层含水量和产水量预测方法，其特征在于，所述步骤3)中， 煤层排采产水量的计算方法为： 将煤层产水评价参数Wcb、砂岩产水评价参数Wrf与煤层排采产水量联合分析，通多元回 归建立关系式，进行煤系地层煤层排采产水预测； 煤层排采总产水量QWT预测函数： QWT = f(Wrf，Wcb)。5. 根据权利要求1所述的煤层含水量和产水量预测方法，其特征在于，所述步骤4)中， 煤岩全水分的计算方法为： 对煤样全水分计算公式如下： Mt=(100-Mf) XMinh/100+Mf 其中:Mt为煤样的全水分，单位％ ;Mf为煤样的外水分，单位％ ;Minh为煤样空气干燥基 水分，单位％; 利用煤心全水分实验数据，经岩心归位后与测井资料结合，优选相关性较高的测井量， 经多元回归建立煤层全水分预测模型； 煤岩全水分Mt计算函数： Mt = f(RT，GR，AC，DEN) 其中：Mt为煤岩全水分，％ ; DEN为体积密度;AC为纵波时差;GR为自然伽马；RT为电阻 率。6. 根据权利要求1所述的煤层含水量和产水量预测方法，其特征在于，所述步骤5)中， 煤层含水量的计算方法为： 以煤岩全水分计算为基础，利用测井提供的煤层厚度、煤岩体积密度，根据实际井距， 建立单井煤层总含水量预测模型； 煤层总含水量： WTC= (THKcb X SXDENX (Mt/100) )/pw/10000 上式中，S为煤层排采供水面积:对于单井而言，S = R2，R为井距，单位m;对于区域而言，S 为区域整体排采时地层流体流动波及范围； 其中，Mt为煤层全水分评价参数，单位％ ; THKcb为煤层厚度，单位m; pw为煤层水密度， 单位g/cm3; DEN为煤岩密度，单位g/cm3; 单井煤层可动水含量： WCM=WTCXSc 碰 其中:WTC为煤层总含水量，单位l〇V; WCM为煤层可动水含量，单位l〇V; Scwm为煤层可 动水饱和度。7.根据权利要求1所述的煤层含水量和产水量预测方法，其特征在于，所述步骤6)中， 煤层顶底板砂岩含水量的计算方法为： 顶底板砂岩层总含水量预测模型： WTS =(S X THKs X(POR/100))/pw/10000 上式中，S为顶地板砂岩面积； 对于单井而言，s = R2，R为井距，单位为m; 对于区域而言，S为区域整体排采时地层流体流动波及范围； Pw为砂层水密度，单位为g/cm3; THKs为砂岩厚度，单位为m;POR为砂岩孔隙度，单位％ ; 顶底板砂岩层可动水量预测模型： WSM=WTSX(l-SffIR) 上式中，WTS为顶底板砂岩总含水量，单位104m3;WSM为顶底板砂岩可动水，单位10 4m3; SWIR为砂岩层束缚水饱和度，单位％。
【文档编号】G06Q50/02GK106097133SQ201610543647
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】王建功, 罗安银, 陈晓琼, 刘文华, 崔小帅, 郭森, 刘荣芳
【申请人】中国石油天然气集团公司, 中国石油集团测井有限公司