当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

煤层气开发数值模拟-CMG


CMG煤层气数值模拟软件介绍

加拿大计算机模拟软件集团

煤层气模拟的基本概念 层气模拟 本概

2

煤层构造和煤层气流动机理

? 原生孔隙:基质 ? 次生孔隙:割理(裂缝)

3

煤层中的流动状态
CH4 CO2 N

2

? ? ? ?

煤层气 次开采 煤层气一次开采 CO2 提高采收率 (CO2-ECBM) N2 提高采收率 (N2-ECBM) 烟道气提高采收率

4

煤层气一次开采机理
? ? ? 通过排水降低割理压力 煤层气从基质中解吸附出来 扩散到节理/裂缝当中 煤层气从基质中解吸附出来,扩散到节理 煤层气和水流动到井筒 在裂缝中为达西流动 ? 面割理和端割理 ? 面割理和端割理的垂直连接部分 ? 在大型裂缝中的达西流动或者管流 ? 大型节理 大型 ? 次生裂缝

z1

?

? 在生产油管和井筒中的管流 裂缝渗透率受基质影响

CH4

Coal Matrix
煤层割理和裂缝

CH4 CH4 H2O CH4
5

CH4

CH4

Slide 5 z1
zll, 2012-3-14

提高煤层气采收率机理ECBM

烟道气

CO2
分离 注入

N2
N2 CH4 出售

煤 深部煤层

绿色电厂

CO2

CH4

CH4

CH
4

? 提高煤层气采收率 ? 温室气体( (GHG) )封存
6

煤层属性:多重孔隙度系统
? 原生孔隙度系统(煤层基质)
? 微孔隙度 (< 2 nm) ? 中孔隙度 (2 – 50 nm)+ ? 非常低的流通能力:渗透率在微达西范围 ? 只有扩散流动

? 次生孔隙度系统(煤层节理)
? 宏观孔隙度 (> 50 nm) ? 天然裂缝 ? 更强的流通能力:渗透率在毫达西范围 ? 达西流动
7

在GEM中煤作为多重孔隙系统
? 需要多重孔隙度模型
?
例如 DUALPOR SHAPE GK

在裂缝(割理)系统中为标准的达西流动

?

裂缝间距, I,J,K IJK
例如 DIFRAC CON 0.2 或 DIFRAC ALL array

? ? ? ?

MATRIX 表示基质系统 FRACTURE 表示裂缝系统 基质中允许非达西流动 煤层气从基质扩散到裂缝

(注意:如果基质渗透率被指定为0,那么基质到裂缝之间没有流动。)

8

煤层属性:渗透率各向异性
? 面割理方向为较大的渗透率来定义割理系统渗透率各 向异性。
例如 PERMI MATRIX CON 0.001 PERMJ MATRIX EQUALSI PERMK MATRIX EQUALSI PERMI FRACTURE CON PERMJ FRACTURE CON PERMK FRACTURE CON 0.8 4 0.4

9

煤层气吸附模拟

10

CBM吸附模拟
? 气体的吸附量随着压力增加非线性增大 气体的吸附量随着压力增加非线性增大,同时 同时 随压力降低而减小。这由等温吸附线描述。 ? 如果油藏温度和压力是已知的,那么可以通过 等温线来估计煤层气在煤层中吸附的最大值, 等温线来估计煤层气在煤层中吸附的最大值 以及在什么压力下解吸附开始。 ? 煤层吸附气体的含量是煤的等级、灰分含量、 水分含量和煤层压力影响的函数。 水分含量和煤层压力影响的函数

11

吸附定义
? 等温吸附曲线 (Langmuir (L i 类型)
Typical Coal Adsorption Curve
Gas Ads sorption (ft3/ton) 700 600 500 400 300 200 100 0 0 1000 2000 Pressure (psi) 3000 4000
Matrix Pressure Fracture Pressure

Undersaturated coal

12

GEM吸附模拟
? 单组分吸附:
? 需要Langmuir a g u 体积, VL (例如最大吸附气量) ? Langmuir压力, PL (表示在什么压力下气体存储量等于最 大存储量(VL )的 的一半)。 半)。
ωi =
其中, ωi= 单位质量岩石中的吸附气摩尔量

? VL P ? ? ? ?P + P? ? L ?

13

GEM:吸附定义
? 多组分吸附模型:
? 扩展的Langmuir模型
? ? ? (y ig p / pLi ) ? ? ? 1 + ∑ (y jg p / pLj ) ? ? ? ? j ? ?

ω i = ω i , max

其中 其中,

yig = 气相中吸附组分的摩尔分数

? 基于单组份的Langmuir等温线 ? 提供多组分扩展

14

GEM中吸附关键字
Langmuir 等温线关键字: ? ADGCSTC- Langmuir等温线的压力参数 的倒数(1/PL) ? 1/kpa or 1/psi ? ADGMAXC- 指定单位质量岩石吸附组分的最大摩尔量 (VL) ? gmole of gas/kg of rock or gmole/lb of rock (注意右侧单位 ) ? (注意右侧单位!) ? ? *ROCKDEN : 煤层密度(除孔隙外的实际岩石密度)
? Kg/m3 or lb/ft3

这些关键字在模型的ROCK-FLUID部分定义。

15

GEM中吸附关键字
例如
**$ P Property: t M Maximal i l Ad Adsorbed b dM Mass(CH4) (CH4) (gmole/kg) ( l /k ) Max: M 0 Min: Mi 0 ADGMAXC 'CH4' FRACTURE CON 0 **$ Property: Maximal Adsorbed Mass(CO2) (gmole/kg) Max: 0 Min: 0 ADGMAXC 'CO2' FRACTURE CON 0 **$ Property: Maximal Adsorbed Mass(CH4) (gmole/kg) Max: 0.734287 Min: 0 ADGMAXC 'CH4' MATRIX CON 0.734287 **$ $ Property: Maximal Adsorbed Mass(CO2) (gmole/kg) Max: 1.04824 Min: 0 ADGMAXC 'CO2' MATRIX CON 1.04824 **$ Property: Langmuir Adsorption Constant(CH4) (1/kPa) Max: 0.000303306 Min: 0.000303306 ADGCSTC 'CH4' MATRIX CON 0.000303306 **$ Property: Langmuir Adsorption Constant(CH4) (1/kPa) Max: 0 Min: 0 ADGCSTC 'CH4' FRACTURE CON 0 **$ Property: Langmuir Adsorption Constant(CO2) (1/kPa) Max: 0.000809717 Min: 0.000809717 ADGCSTC 'CO2' MATRIX CON 0.000809717 **$ Property: Langmuir Adsorption Constant(CO2) (1/kPa) Max: 0 Min: 0 ADGCSTC 'CO2' FRACTURE CON 0 * *$ Property: Rock Density (kg/m3) Max: 1327 Min: 1327 ROCKDEN MATRIX CON 1327
16

每个网格的这些关键字必须常数或者数组。

GEM: 其他可用的吸附模型
? 其他复杂吸附模型选项
? 其它复杂系统可利用表格输入

17

GEM: 其他可用的吸附模型
? 吸附作用数据表格输入的语法
*ADSORBTMAX ‘组分’ ?max 其中, ?max 表示岩石对某组分的最大吸附值 ,单位是gmole/kg( 或者 lb) *ADSTAB ‘组分’ ** (组分分压, kpa/psia) (组分吸附量) _ p ?1 1 _ p2 ?2 .... ..... ?

pn ?n 在多组分系统,可以将这个表格扩展到每种组分。

_

18

气体在煤层基质中流动

扩散

19

GEM:扩散模拟
? 两种类型的模型:
1. 煤层自由扩散:模拟煤层基质到裂缝的扩散,遵循 Ficks law :

Q = vol * [shape* diffus(K)]* F(Sg) * [C(k, m) ? C(k, f )]
V l = 单元体积 Vol Diffus(k)=扩散值 F(S ) 模拟水堵的裂缝含气饱和度函数 F(Sg)= C(k,m)= 基质中物质k在自由气相的质量浓度 C(k f)= 裂缝中物质k在自由气相的质量浓度 C(k,f)=

20

GEM:扩散模拟
2. 煤层朗格缪尔扩散:

Q = vol * [shape p * diffus(K)]* F(Sg g) * [Lang g(k, m) ? Lang g(k, f )]
Vol = 晶粒体积 Diffus(k )= 扩散值 F(Sg) =水堵裂缝气体饱和度函数 Lang(k,m) =基质中扩展的煤层朗格缪尔等温线 Lang(k f) = 裂缝中扩展的煤层朗格缪尔等温线 Lang(k,f)

21

GEM:扩散模拟
? 输入煤层扩散时间 (COAL-DIF-TIME) (COAL DIF TIME)
? 直接使用测量到的解吸附时间
? 受组分影响

? 内部计算扩散流动

? 直接输入气相扩散值 (COAL-DIF-COMP)
? 输入扩散常数 ( (cm2/sec) ) ? 输入估算的煤层节理(裂缝)间距
? 形状因子(Shape p Factor)

? 流动取决于这两个参数的影响

22

GEM:扩散模拟
? 直接输入气相扩散值
? 为每个组分指定 {DiffCoeffi} ? 指定裂缝间距:DFraci, DFracj, DFrack ? 这些决定着下面的形状因子:
Shape = 4


l

1 (DFracl ) 2

? 定义煤块与裂缝之间的扩散
? 扩散常数= Shape × DiffCoeffi
23

煤层渗透率随时间的变化

24

在注入阶段和生产阶段 煤层渗透率的变化
? 在煤层气井开采阶段,渗透率的变化是十分巨大的:在圣胡安盆地被 报道超过100倍。

?

在ECBM时,渗透率的变化更加的强烈,这是因为组分随着煤层特有 时 渗透率的变化更加的强烈 这是因为组分随着煤层特有 的膨胀和收缩性质而发生变化。

?

渗透率变化的解析模型可以有效地提供合理的与现场数据相比较的结 果。

25

煤层渗透率变化的解析模型
? ARI model d l (P (Pekot k t and d Reeves, R 2003) ? Palmer and Mansoori ( (P&M, 1996, 1998 ) ? Shi and Durucan (S&D, 2003, 2005) ? Cui C and Bustin ( (2005, 2007) ) ? ARC model ; extension of P&M model ( (Mavor & Gunter, 2004, 2005) ? Improved P&M model (2008)

Available in GEM

26

GEM:基质的膨胀和收缩
? 什么时候气/水开始产出?
? 裂缝压力降低,改变有效应力 ? 裂缝闭合,降低渗透率

? 煤层气解吸附
? 引起基质收缩 ? 裂缝张开,增大渗透率 裂缝张开 增大渗透率

? 注入其他气体
? 引起基质膨胀

?

多种相互矛盾影响同时出现
27

GEM:基质的膨胀和收缩
? GEM可以模拟膨胀/收缩 过程:
? 利用 “压缩/膨胀” 选项
? 压力函数-Palmer & Mansoori ? 用户根据压力相关的孔隙度和渗透率倍数来导入列表数 据

28

GEM:基质的膨胀和收缩
? Palmer-Mansoori P l M i 模型
? 采用有关岩石力学的基础模型
? Initial pressure (pinit) and porosity (φinit) ? Young’s modulus (E) and Poisson’s Ratio (ν) ? Max strain at inf pres (εL) and half-strain pressure (pε) (amounting to a Langmuir-type model for strain)

φ φinit

εL ? p init K? ? p ? ? ? = 1 + cf (p ? pinit ) + ? ?1 ? ? ? φ init ? M ? ? p ε + p init p ε + p ? ?
Bulk and axial modulus Function of ν
29

Function of ν and 1/(Eφinit)

GEM:基质的膨胀和收缩
? Palmer-Mansoori P l M i 模型
The ratio of bulk to axial modulus is related to the Poisson’s ratio as indicated by:

K 1 (1 +ν ) = M 3 (1 ?ν ) where,ν is the Poisson's ratio The pore volume compressibility values can be entered directly using the * CCPOR keyword or calculatedfrom entered parameters as follows: M=E cf = (1 -ν ) ; where E is the Young' g s Modulus and (1 +ν )(1- 2ν )

1 φi M
30

GEM:基质的膨胀和收缩
? 典型煤层气裂缝渗透率图表
? Using (k/kinit) = ( φ / φinit )pwr

31

GEM:基质的膨胀和收缩
? 多组分Palmer/Mansoori 模型: 模型
? 问题:注入CO2导致基质膨胀
? 由于CH4的解吸附,膨胀效果相对压缩更强烈 ? 预计井可能严重失去注入吸收能力

? 需要由组分决定P&M 参数
? 改进输入一个“平均”参数的设置 指定由组分决定的 分决定的εL 和 pε ? 指定由

32

GEM:基质的膨胀和收缩
? 多组分 Palmer/Mansoori P l /M i 模型: 模型
? Max strain at inf pres (εL) and half-strain half strain pressure (pε) component dependent

φ φinit

= 1 + c f (p ? pinit )

? ? 1 ? K ? ? nc pinit εLj yinit, j / pε j + ? ?1 ? ? ? ∑ nc φinit ? M ? j=1 ? 1 + pinit ∑ (yinit,k / pεk ) k =1 ?

(

)


j=1

nc

? ? pεLj (y j / pεj ) ? nc ? 1 + p ∑ (yk / pεk ) ? k =1 ?

33

P&M 模型的关键字
? CROCKTYPE 定义为激活P&M模型
? P&M模型的压力应变需要裂缝的压缩系数(Cf)和相应的参 考压力。 考压力 ? 压缩系数是由输入的YM,泊松率和初始孔隙度估算出来 的 如果没有输入关键字CCPOR 则使用P&M 相关性。 的。如果没有输入关键字 相关性 ? 例如如果没有指定关键字CCPOR ,而采用了计算的压缩 系数的计算 那么P&M 模型的相关性(?)。 系数的计算,那么 模型的相关性(?)

34

水层的压缩系数
? CROCKTYPE只用于油藏网格 ? 当模型使用解析水体时,其压缩系数由CPOR和 PRPOR定义。 定义

35

P&M 模型的关键字
实例1: 1 CCPOR是未指定的,压缩系数由输入的 是未指定的 压缩系数由输入的P&M岩石参数估算出来。 岩石参数估算出来

*CPOR CPOR FRACTURE 3 3.5e 5e-5 5 *PRPOR FRACTURE 101.3 *CPOR MATRIX 3.5e-5 *PRPOR MATRIX 101.3 CROCKTYPE1 CPRPOR FRACTURE 101.3 POISSR 0.3 YOUNGM 5E6 STRINF 0.0098 PRESLN 4700 EXPPM 3 CROCKTYPE 2 CPRPOR MATRIX 101.3 CCPOR MATRIX 3.5E-5 CTYPE FRACTURE CON 1 CTYPE MATRIX CON 2 36 Used by reservoir grid blocks. Used by analytical aquifers

P&M 模型的关键字
实例2: 压缩系数的指定值用在 实 缩 数 定值 P&M相关性。 关

*CPOR FRACTURE 3.5e-5 *PRPOR FRACTURE 101.3 *CPOR MATRIX 3.5e-5 *PRPOR MATRIX 101.3 CROCKTYPE1 CCPOR FRACTURE 3.5E-5 CPRPOR FRACTURE 101.3 POISSR 0.3 YOUNGM 5E6 STRINF 0.0098 PRESLN 4700 EXPPM 3 CROCKTYPE 2 CPRPOR MATRIX 101.3 CCPOR MATRIX 3 3.5E 5E-5 5 CTYPE FRACTURE CON 1 CTYPE MATRIX CON 2 37 Used by y reservoir g grid blocks. Used by analytical aquifers

渗透率变化的现场试验
? 已经在两个盆地证实渗透率随着CBM井的开采而逐 渐增大
? 第一个是圣胡安盆地(Fruitland煤层),其渗透率增大已

经被报道。
? 第二个是Raton盆地,在高渗透率井有渗透率增大现象,

而在低渗透率井没有这一现象。

38

渗透率变化的现场试验
?随着开采 ,渗透率呈指数增大。
K/Ko starting from P = 600 psi
1.E+01

Best match gives K/Ko = 13.0 at P = 600 psi Po = 1450 psi g = 0.3 n = - 0.18 K / K(600) )
1.E+00 0 100 200 300 400 500 600 700

Reservoir pressure (psi)

Figure : Data from Clarkson and McGovern (2003) in the San Juan fairway (pink square dots), and best match by improved P&M model.
39

Source: Intl. J. Coal Geology; Ian palmer; 2008

渗透率变化的现场试验
Perm increase with depletion: San Juan fairway
10 S&D matches: E = 300,000 - 421,000 psi v = 0.35 1/Pe = .0016 - .002 /psi Cp = .00053 - .00096 /psi e8 Pe = 7 - 11.5

k/k(6 600)

Clarkson-McGovern data

1 0 100 200 300 400 500 600 700

Reservoir pressure (psi)

Figure: Data from Clarkson and McGovern (2003) in the San Juan fairway (red square ( q dots), ), and best matches by y S&D model.
40

Source: Intl. J. Coal Geology; Ian palmer; 2008

渗透率变化的现场试验

Figure : Absolute permeability versus reservoir depletion: 28 infill wells NE of San Juan fairway, each with two measurements (Gierhart et al., 2007).

Source: Intl. J. Coal Geology; Ian palmer; 2008

41

初始化方法

42

初始化方法

43

初始化:用户导入

44

初始化:VERTICAL_ DEPTH_AVE WATER_GAS

注意:区域1为基质,区域2为裂缝

45

用户输入vs. 重力深度平衡初始化

? ? ? ? ?

无论哪一种初始化,都要保证系统是平衡的。 用户输入恒压初始化时中一定要仔细。 在简单的单一层或者多个分离煤层的箱式模型(无倾角) 中,推荐使用恒压输入。 如果油藏是倾斜的,那么GEM会基于重力和平衡计算调 整压力。 整压力 由于压力的改变,可能会无意地改变吸附气的含量。

46

用户输入vs. 重力深度平衡初始化

?

例如,下面的油藏模型使用用户输入就非常好:煤层的平面图 例如 下面的油藏模型使用用户输入就非常好:煤层的平面图 每层都不相连,可以为每层定义一个恒压。

47

用户输入vs. 重力深度平衡初始化

? ?

倾斜油藏推荐使用重力深度平衡初 始化。 始化 Gem 会做一个密度与毛孔压力(若 有的话)平衡计算并计算每个网格 的压力。 计算出来的压力基于每个网格的等 温线来计算每个网格的吸附气含量 。

?

在这个实例中,如果每个网格的压力通过核算重力作用已经被计算出来的话,用户同样可以“用户导入”初始 化。在这些实例中,压力矩阵可以通过用户导入方法指定。
48

高级的多组分等温线选项与用户 输入初始化组合

49

快速CBM向导中的高级多组分等温线选项

50

多组分等温线:网格水平的等温线
? 根据现有数据 根据现有数据,你可以利用前面提到的两种等温线选 你可以利用前面提到的两种等温线选 项中的任意一个。 ? 可以进 可以进一步利用地质统计学(或朗格缪尔参数图)并 步利用地质统计学(或朗格缪尔参数图)并 创建一个朗格缪尔参数分布。 ? 这会在个别网格创建等温线。

? 快速CBM向导无法用于此用途。 向导无法用于此用途

51

多组分等温线:朗格缪尔参数的计算
? ? ? ? ? 在Builder中,需要计算朗格缪尔参数 中 需要计算朗格缪尔参数(ADGMAXC 和 ADGCSTC)并导入成一列属性。 在Builder中,输入 中 输入PL为用户自定义临时属性。 为用户自定义临时属性 构建一个公式1/ PL并指定为 ADGCSTC (1/kpa or 1/ i )。 1/psia) 在Builder中输入VL为用户自定义临时属性。 由于导入的ADGMAXC单位是 gmole/kg 或lb 或岩石单位 ,所以需要做一些手动计算。

52

多组分等温线:朗格缪尔参数的计算
? 根据标况下理想气体方程(标准温度和压力) ,可以 可以 将气体含量转换到摩尔单位。
通用气体常数,R = 82.05 cm3.atm/gmole.K 摩尔体积= RT/P (cm3/gmole) 其中,T = 温度(k) P = 压力(atm) ADGMAXC (gmole/kg)= VL (cm3/kg)/摩尔体积(cm3/gmol) 可以使用Builder中的“Formula”选项构建公式。

53

多组分等温线:气体含量图的应用

? 随后 随后,可以利用用户输入或者重力深度平衡初始化来 可以利用用户输入或者重力深度平衡初始化来 计算压力。 ? 有时,现场初始气体含量图已经获取(通过煤层数据 和地质统计学的结合获得)。 ? 在GEM中,基质压力和等温线共同影响着吸附气的流 量。 ? 用户可以通过气体含量图获得基质压力。

54

气体含量图的多组分等温线应用:初始化

? 在Builder B ild 中计算基质压力。 中计算基质压力 ? 在Builder中打开气体含量图,创建每个网格的初始气 体含量。 ? 利用Builder中的朗格缪尔公式计算每个网格的基质压 力。

gas content * PL P= VL ? gas content

P.S. 注意单位

55

气体含量图的多组分等温线应用:初始化

? ?

计算出的压力不应该导致非平衡压力分布。如果压力非平 计算出的压力不应该导致非平衡压力分布 如果压力非平 衡分布,那么等温线和气体含量将不相互一致。 裂缝压力的指定将取决于煤层是否饱和或未饱和。
? Pmatrix is always <= Pfracture ? For saturated system, Pfracture = Pmatrix

?

对于未饱和系统而言,裂缝压力应该大于基质的压力(将 取决于煤层深度) 。

56

GEM中原始含气储量计算(GIP )
? Gas-In-Place Gas In Place 计算
? 基于体积来计算裂缝内的气储量 (游离气) ? 基于等温线来计算基质中的气储量 (吸附气) ? 总原始含气储量GIP = 游离气 + 吸附气 ? 初始裂缝压力>基质压力表示煤层未饱和 ? 当排水时裂缝压力下降

57

GEM: 井 & 动态数据
? ? 在初始排水结算水的总体积/BHP/WHP可以作为操作约束条件 如果使用 STW 作为操作约束条件,排水阶段之后将需要改变约 束条件。 拟合生产井的BHP 或 WHP 十分重要。 例如 : WELL 3 'Producer' PRODUCER 'Producer' OPERATE MIN BHP 50 CONT REPEAT OPERATE MAX STW 1250 CONT REPEAT
58

? ?

数值调整
? 如果在运行时出现数值问题 如果在运行时出现数值问题,那么我们利用全隐式 那么我们利用全隐式 选项。
*AIMSET *FRACTURE *CON 3 *AIMSET *MATRIX *CON 3

? 检查回流层;检查关键字 检查回流层 检查关键字XFLOW_MODEL O O 的细节 的细节。 ? 如果井方程收敛出现问题 如果井方程收敛出现问题,尝试检查 尝试检查WELLINIT ITER关键字。
59

数值调整
? 如果默认的数值调整参数不能解决收敛问题 如果默认的数值调整参数不能解决收敛问题,那么 那么 请尝试下面的设置(SI单位制):
*DTMAX 30 *DTMIN 0.0001 *NORM SATUR 0.1 *NORM GMOLAR 0.1 *NORM PRESS 5000.0 *MAXCHANGE *SATUR 0.999 *MAXCHANGE *GMOLAR 0.999 MAXCHANGE *PRESS PRESS 50000.0 *MAXCHANGE *NORTH 100 *ITERMAX 100 *CONVERGE MAXRES LOOSER

60

其它GEM功能
? GEM的许多其它可能功能
? 能够模拟气在水中的溶剂,水汽化 ? 非达西流动模型 达 流 模型
? 改进了的Forchheimer 模型, 用于油藏和井

? 基于扩散/速度的分散模拟
? 节理系统

? 减少数值离差

61

其他GEM 功能
? 典型的全油藏模拟器功能
? 能够指定空间相关属性,包括吸附,岩石力学 能够指定空间相关属性 包括吸附 岩石力学… ? 各种初始化,包括饱和和未饱和煤层

? 全部基于windows的输入处理和图形

62

准确模拟煤层物理现象的重要性

63

CBM组分模型

? 必须模拟扩散作用及多重组分的吸附和解吸附作用 ? 模拟器必须能够遵守物理现象的规律。
? ? ? ? 煤处理为煤,而不是当做不可动油 模拟扩散流动 利用Palmer-Mansoori模拟压缩/膨胀 ECBM的EOS 模拟 模拟器
? ? ? ? 多组分气体 (CH4, CO2, N2, …) 多组分吸附/解吸附等温线 多组分扩散模拟(径向扩散) 多组分压缩/膨胀(扩展的P-M模拟)

? 处理裂缝(割理)渗透率

64

组分方法vs.黑油方法
1, 2, 3, 5 Horizontal Well Comparison
CBM Si Simulator l t (GEM) vs. Bl Black k Oil Si Simulator l t 10.0

8.0

Gas Rate SC Gas Rate SC Gas Rate SC Gas Rate SC

HW 1 GEM BO HW 2 3 GEM BO HW 3 GEM HW 5 GEM

Gas Gas Rate Rate SC SC HW HW 2 BO 1 BO Gas Gas Rate Rate SC SC HW HW 5 BO 2 BO Gas Rate SC HW 3 BO Gas Rate SC HW 5 BO

Gas Rate SC C (MMcf/day)

6.0

4.0

2.0

0.0 2005-7 2006-1 2006-7 2007-1 2007-7 2008-1 2008-7 2009-1 2009-7 2010-1 Time (Date)

65

敏感性分析

66

煤储藏参数
Reservoir Parameter Depth - Top of Coal Net Pay Pressure Temperature Face Cleat Permeability (mD) Butt Cleat Permeability (mD) Vertical Permeability y( (mD) ) Relative Permeability Curve Permeability Rebound Skin Water Saturation Langmuir Parameters Gas Volume Pressure Isotherm Temperature Ash Moisture Density Metric Units 1,050 m to 1,090 m 5m 12,000 kPa 37 C 0.4 / 4 / 10 0.08 / 0.8 / 2 .04 / 0.4 / 1 Corry Palmer & Mansoori -2 / 0 / 2 / 5 100% Metric Units 5 / 10 / 15 m3/tonne 12,000 kPa 34 C 4.87% 12.60% 1.4 API Units 3,450 ft to 3,575 ft 16 ft 1,735 psi 99 F 0.4 / 4 / 10 0.08 / 0.8 / 2 .04 / 0.4 / 1 Corry Palmer & Mansoori -2 / 0 / 2 / 5 100% API Units 160/320/480 scf/ton 1735 psi 93.5 F 4.87% 12.60% 1.4

67

井及约束条件
Vertical Wells 4 / 9 / 16 Horizontal Wells 1/2/3/5 Pinnate Wells 4

Wells Per Section

Well Parameter Minimum BHP Maximum Water Rate Pinnate Max Water Rate Horizontal Section

Metric Units 200 kPa 100 / 200 / 300 m3/d 125 / 250 / 375 m3/d 1,000 m

API Units 30 psi 625 / 1250 / 1900 bbl/d 800 / 1575 / 2350 bbl/d 3,280 ft

68

井型和井数敏感性

69

井型和井数敏感性

70

井型和井数敏感性

71

气在哪 气在哪?

72

超过10年的吸附气
Red ed – highest g est (10cc/g), ( 0cc/g), Blue ue – lowest owest (0.75cc/g)

73

超过10年的裂缝压力
Red – highest (12,000 kPa) Blue – lowest (200 kPa)

74

油藏参数敏感性

? 含气量 ? 裂缝(节理)渗透率 ? 表皮效应 ? 产水量 产水 ? 相对于面节理的井向

75

含气量敏感度

76

含气量敏感度

77

渗透率敏感性

78

渗透率敏感性

79

表皮因子敏感性

80

表皮因子敏感性

81

产水量敏感性

82

相对于面节理的井向

83

井向敏感性

84

井向和气体流动路径

垂直面节理

平行面节理

分支井

85

井向敏感性

86

其它案例模型

87

实例
? GEM可用于 CBM 的
? 研究模拟 (直井、水平井和其它井型 直井 水平井和其它井型) ? 不同的完井技术 ? 单井模型和现场研究

88

不同完井模拟
? 直井CBM模拟 ? 水平井CBM模拟 ? 多分支井CBM模拟 ? 洞穴井CBM模拟(Cavity Well) ? 煤矿排气模拟
89

不同完井模拟
? 直井CBM C 模拟
? 网格类型-径向、直角和角点 ? 单井、多井方案 ? 裸眼完井或者射孔完井

90

不同完井模拟
? ? 单井CBM模拟 径向模型:
? 确定井筒参数; ? 在PTA拟合压力历史 ? 查看CBM开采过程中收缩 和膨胀的效果

91

不同完井模拟
? 径向模型29 x 1 x 1 ? 裂缝孔隙度– 0.005 ? 裂缝渗透率– 3.65 md ? 裂缝间距0.2 meters ? 初始压力– 7650 Kpa p ? 饱和煤层 ? 流动井底压力约束在300 Kpa

92

不同完井模拟
CBM Single radial Model
Producer radial-compaction.irf 12,000 2.50e+7 4,000

3 500 3,500 10,000 2.00e+7 Well Bottom-hole Pressure (kPa) 3,000 Cum mulative Gas SC (m3) Ga as Rate SC (m3/d day)

8 000 8,000

1 50 7 1.50e+7

2,500 ,

2,000

6,000

1.00e+7

1,500

1,000 4,000 5.00e+6 500

2,000 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 Time (Date)
Gas Rate SC Cumulative Gas SC Well Bottom-hole Pressure

0.00e+0

0

93

不同完井模拟
? 直角网格模型
? 查看多层模式; ? To investigate aerial extent of the CBM field response;(??) ? 查看 串流模型; ? 查看排水 过程
94

不同完井模拟
? 典型加拿大浅层煤层气 ? 多层开采 ? 大部分无水或者有少量水的干气开采 ? 0.5m到3m的不同厚度的煤层 ? 由页岩/砂岩隔开 ? 孔隙度 ~ 0.01 ? 渗透率范围0.4 – 12 md ? 裂缝间距– 0.2 meters
95

不同完井模拟

薄煤层

96

不同完井模拟
Well 1 HSC Dry Coal Model Well-1 Model.irf irf
500 5.00e+5 220

400

4.00e+5 Well B Bottom-hole Pres ssure (kPa) 210 Cu umulative Gas SC C (Mcf)

Gas Rate SC (Mcf G f/day)

300

3.00e+5

200

200

2.00e+5

190 100 1.00e+5

0 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 Time (Date)
Gas Rate SC C Cumulative l ti G Gas SC Well Bottom-hole Pressure

0.00e+0

180

97

不同完井模拟
? 角点网格模型
? 通常用于全油田CBM模拟 ? 查看总压和排水响应 ? 需要全细节煤层描述

98

不同完井模拟
? 角点网格系统
? 网格总数 (>20,000) ,最高1 百万个网格 ? 可以对每个网格匹配不同的等温线 ? 全油藏开发分析

99

不同完井模拟
? 典型美国圣胡安油田CBM模型 ? 46 x 42 x 1 网格 ? 厚度范围25 – 49 feet ? 孔隙度范围0.002 到0.006

100

不同完井模拟
? 渗透率范围1 到50 md d ? 垂直渗透率是水平渗透率的1/3 ? 岩石密度范围92 到 105 lb/ft3 ? 非常高的含水饱和度, 98 % ? 压力1923 Psia, , 饱和煤层 ? 35 口生产井 ? 于1998年开始投产

101

不同完井模拟

102

不同完井模拟

103

典型CBM生产曲线图
CBM Primary Production
CBM-35 fullfield-cbm-primary.irf 1.20e+6 60,000 2,000 200

1.00e+6

50,000 1,500 G as W a a te rR a tio S C (ft3 t3 /b b l) 150 W ell lB o tto m -h o le P re s s u re (p s i)

8.00e+5 G as R a te S C (ft3 /d a y )

40,000

6.00e+5

30,000

1,000

100

4 00e+5 4.00e+5

20 000 20,000

500 2.00e+5 10,000

50

0.00e+0 1990 1992 1994 1996 1998 Time (Date)
Gas Rate SC Gas Water Ratio SC Well Bottom-hole Pressure Water Rate SC

0 2000 2002

0

0

W a te rR ate S C (b b l/d d a y)

104

不同完井模拟
? 水平井CBM模拟
? 利用直角或者角点网格 ? 如果需要,用户可以沿着井筒定义网格

105

不同完井模拟
? ? ? ? ? 典型水平井 (加拿大Plain Pl i 盆地) 长700 - 1000 meters, 套管/裸眼完井 厚8 – 10 meters 高含水饱和度, 400 m间距 预计产量: 600 – 800 Mcf/d
106

不同完井模拟
? 加拿大深煤层的水平井CBM模拟 ? 40 x 40 x 11 网格系统 ? 孔隙度 (裂缝) – 0.001 ? 水平段总长900 米

107

不同完井模拟
? 渗透率 ( 裂缝) – 0.1 0 1 md d ? 裂缝间距0.25 到 0.5 ? 煤层密度– 1326 Kg/m3 g ? 几乎所有裂缝初始饱含水

108

不同完井模拟
? 初始压力~ 12.7 12 7 M Mpa ? 约束条件:产水量75 m3/day ,井底压力350 Kpa ? 预测30 年

109

不同完井模拟
Encana CBM Problem Pressure - Fracture (kPa) 2010 2010-11-01 11 01
F ile: Horiz ontal well bas e c Us er: peterh Date: 2004-11-19 Z/X: 72.00:1

12,816 11,716 10,615 9,515 8,415 7,315 6,214 5,114 4,014 2,914 1,813

110

不同完井模拟
? 多分支井
? 有效的排水过程 ? 更大的排水面积 ? 总长3500 – 5000 meters ? 裸眼完井

111

不同完井模拟
? 64 x 64 x 3 网格系统 ? 孔隙度 (裂缝) – 0.005 ? 渗透率 – 20 md ? 裂缝间距0.1到0.5 meter

112

不同完井模拟
? 煤层密度– 1.45 1 45 g/cc / ? 含水饱和度- 100 %, 压力6.1 Mpa ? 分支井总长– 1987 meters ? 约束条件 约束条件:产气量 产气量25000 m3/d, 产水量75 m3/d ,井 井 底压力300 Kpa 。
113

不同完井模拟
CartesianM odel-1 W ater Saturation - Fracture 1996-01-01
File: m ulti-lateral CB M well Us er: peterh Date: 2004-11-19 Z/X: 100.00:1

1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0 00 0.00

114

不同完井模拟
? 多分支井的优点: 多分支井的优点
? 增加了总的气液产量 ? 快速排水 ? 较大的压降可以更容易实现解吸附 ? 提供更大的扩散面积 ? 提供流体流动通道 ? 增加总的排水面积 ? 大多数井为裸眼完井

115

不同完井模拟

? 洞穴井模拟
? ? ? ? 双孔模型 裂缝代表节理和洞穴 裂缝的孔隙度> 90 % 用户定义洞穴的尺寸

116

不同完井模拟
? 径向模型10 x 1 x 3 ? 煤层厚度~ 6 meters ? 高孔隙度区域来代表洞穴> 0.98 ? 洞穴直径接近9 meters

117

不同完井模拟
? 孔隙度(裂缝)– 0.005 0 005 ( N Non –Cavity C it zone) ) ? 渗透率(裂缝)– 4 md ? 渗透率 (洞穴) – 10 Darcy ? 裂缝密度– 0.2 meter ? 压力 7.65 Mpa p ? 初始含水饱和度0.99

118

不同完井模拟

Primary Production (Single Well), with 8 Porosity - Fracture 1980-01-01

File: Cavity CBM well.irf User: peterh Date: 2004-11-24 Z/X: 92.00:1 92 00:1

0.98 0.88 0.79 0.69 0 59 0.59 0.49 0.40 0 30 0.30 0.20 0.10 0 00 0.00

119

不同完井模拟

120

不同完井模拟
? 洞穴井的应用
? 可以用来模拟开放矿井的排气过程 ? 创建全网格系统来代表开放矿井方案 ? 矿井排气计算 ? 可以确定新矿井或者老矿井的总的气体解吸附时间 以确定新矿井或者老矿井的总的气体解吸附时间 ? 避免不必要的气体从基质到坑洞的迁移

121

ECBM 实例:5点注入法学习
? 注水剖面
CO2 T1 N2 CO2 N2
CO2 / N2

T2

CO2 Injection

N2 Injection

50% CO2 & 50% N2 Injection

122

5点注入法学习
? 5点注入法模拟结果
Primary (No Gas Injection)

100% N2
100% CO2 Flue Gas (50% CO2 & 50% N2)

123

5点注入法学习
? 不同解吸附时间的效果
Desorption Time Constant = 0.004 days d Desorption Time Constant = 77.2 days Desorption Time Constant = 192.9 days Desorption Time Constant = 385.8 days

CO2 Injection

124

总结
? 阐述了多功能组分模型GEM的功能
? 不同类型的吸附模拟 ? 标准CBM数据输入的扩散模拟 ? 结合所有的物理现象和运算来描述煤层的流动过程 ? 重要的岩石力学模拟
? 解吸附作用造成的基质收缩 ? 吸附和节理压力降低造成的基质膨胀

125

总结

? 可以在钻孔之前模拟不同的开发计划 ? 模拟器可以提供利益最大的和最优的煤层开采方案 ? 数值模拟可以为CBM公司提供最精细、准确的预测 ? 先进的模拟可以提供砂岩、页岩和煤层气结合的模拟

126

总结
? 砂岩内流动为达西流动 ? 砂岩网格可以设定为无气体含量和解吸附 ? 裂缝网格代表流体在砂岩中移动 ? 指定基质部分孔隙度为0,没有吸附 没有吸附 ? 在砂岩中,地下总的流体量仅由裂缝体积计算

127


相关文章:
油气田开发数值模拟(基础知识与例子)
油气田开发数值模拟(基础知识与例子)_工学_高等教育...现在在市场上流通的 ECLIPSE,VIP 和 CMG 都可以。...它 可以细分为黑油模拟器,组分模拟气,热采模拟器...
CMG组分模型操作手册
煤层气开发数值模拟-CMG 128页 1下载券 油藏数值模拟原理_黑油模... 81页 ...1 前 言?? GEM 是 CMG 的高级通用状态方程组分模拟器,它包括诸如状态方程、...
数值模拟在致密气田中的运用
的自动检查功能;数据 格式方面,可加载和输出 VIP、Eclipse、CMG 等网格数据格式...煤层气藏多分支水平井开采的数值模拟成果 图 1.21 碳酸盐岩的油藏数值模拟成果...
数值模拟入门指南
数值模拟入门指南_工学_高等教育_教育专区。数值模拟...现在在市场上流通的 ECLIPSE,VIP 和 CMG 都可以....油模拟器,组分模拟气,热采 模拟器,流线法模拟器...
eclipse操作与应用2007.3.30
煤层气开发数值模拟-CMG 128页 1下载券 ECLIPSE2005- 2010_ECL_... 14页 1...第三部分 ECLIPSE 软件操作与应用 第一章 前 言 Eclipse(数值模拟)软件是《...
数值模拟入门知识简介
现在在市场 上流通的 ECLIPSE,VIP 和 CMG 都可以。 如果先学小软件容易走弯路...前 Flogrid 用于 为数值模拟建立模拟模型,包括油田构造模型和属性模型;PVTi 用于...
Eclipse数值模拟软件问答(初级)
需要提供参考深度,参考深度对应的原始压力,油水界面,油水界面处的毛管压力,气 ...(2)网格部分的转换: CMG Gridbuilder 可以输出 ECLIPSE 格式网格数据,所以只...
数值模拟填空题
12 请列出目前油田数值模拟常用的一套商业软件:Eclipse、CMG、Workbench、SURE(П). 13 在油藏模拟网格选择时,主要考虑网格定向和网格尺寸;一般说来,同一个网格内...
CMG油藏数值模拟软件
CMG油藏数值模拟软件_工学_高等教育_教育专区。CMG油藏数值模拟软件2002.10 版数据集生成举例在你的磁盘上创建一个工作目录,并将其命名为 Tutorial,然后将地质图文...
Eclipse数值模拟软件问答
Eclipse数值模拟软件问答_理学_高等教育_教育专区。数值...井组生产可以定地面油、气、水、液量或油藏产量。...?? CMG 用 MOD 修改参数,而 ECLIPSE 用 ADD,...
更多相关标签:
cmg数值模拟软件 | 煤层气数值模拟 | 煤层气开发 | 煤层气勘探与开发 | 煤层气开发地质学 | 中国煤层气开发与利用 | 煤层气开发地质学 pdf | 煤层气开发工艺流程 |