專利名稱：確定固體碳質(zhì)地下層的儲層特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及從固體碳質(zhì)地下層，例如煤層，回收甲烷的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及確定固體碳質(zhì)地下層的儲層質(zhì)量的方法。本發(fā)明也涉及確定提高固體碳質(zhì)地下層的甲烷回收特性的方法。
背景技術(shù)：
固體碳質(zhì)地下層，例如煤層，可能含大量天然氣。這種天然氣主要由甲烷組成，一般甲烷為90-95％(體)。大部分甲烷吸附在該層的碳質(zhì)物質(zhì)上。除甲烷外，少量其它化合物，例如水、氮?dú)?、二氧化碳和較重的烴可能存儲在碳質(zhì)基巖中，或附著在它的表面。已知全世界在固體碳質(zhì)地下層中的甲烷儲量是巨大的，為此已開發(fā)了許多技術(shù)以有利于從這些地層中回收甲烷。
過去，甲烷主要是通過減少儲層壓力從固體碳質(zhì)地下層中回收。采用減少壓力的方法，當(dāng)固體碳質(zhì)地下層的儲層壓力降低時，在煤的內(nèi)生裂隙中的甲烷的分壓則減少。這使得甲烷從甲烷吸附中心脫附，擴(kuò)散到煤的內(nèi)生裂隙中。一旦在煤的內(nèi)生裂隙系統(tǒng)中，甲烷流到回收井，在那里甲烷被回收。當(dāng)甲烷從固體碳質(zhì)地下層中回收時，該層的儲層壓力繼續(xù)降低。一般，隨著該層的儲層壓力降低時間過長，甲烷回收率降低。對于煤層，認(rèn)為原生壓力減少技術(shù)能夠經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)煤層中的原始甲烷地質(zhì)儲量的約35-70％。甲烷從這些地層的回收率和用原生壓力減少技術(shù)從地層中可回收的原始甲烷地質(zhì)儲量百分比取決于地層的儲層特性。
預(yù)測在固體碳質(zhì)地下層中甲烷的含量、預(yù)期的甲烷回收率和可以預(yù)期的要從地層中回收的甲烷的百分比是困難、耗時并且花銷大。一般地，從感興趣的地層得到巖芯樣品以確定地層的儲層特性，包括地層中甲烷的含量，并且確定碳質(zhì)物質(zhì)的厚度和垂直布局。遺憾的是，固體碳質(zhì)地下層，例如煤層，常常是非常不均勻的，在垂直和水平方向都可以呈現(xiàn)極大的各相異性。也常常在不連續(xù)層中發(fā)現(xiàn)碳質(zhì)物質(zhì)，其常常被頁巖和沙巖隔開。因而，巖芯樣品常常不能可靠估計儲層質(zhì)量。
常常需要全面的生產(chǎn)試驗(yàn)，以更好的描述特殊的固體碳質(zhì)地下層的回收甲烷的潛產(chǎn)量。一般的生產(chǎn)試驗(yàn)有幾口鉆入固體碳質(zhì)地下層的回收井。用來描述用原生壓力減少技術(shù)從固體碳質(zhì)地下層回收甲烷的生產(chǎn)試驗(yàn)可能花費(fèi)數(shù)百萬美元，需要幾個月或幾年以便描述從特殊的固體碳質(zhì)地下層回收甲烷的潛產(chǎn)量。
在過去，使用降壓試驗(yàn)來確定井壁趨膚效應(yīng)、儲層滲透性和圍繞井筒的煤層區(qū)的儲層壓力。在這些試驗(yàn)中，一般通過注入井將水注入地層中。在所要求的時期注入是連續(xù)的，然后注入井關(guān)閉。在注入井關(guān)閉期間，測定井筒壓力?？梢苑治鼋祲簲?shù)據(jù)，以提供井壁趨膚效應(yīng)、滲透性和儲層壓力。然而，正如早先討論的那樣，固體碳質(zhì)地下層常常呈現(xiàn)高度不均勻性和各相異性，這些不能由標(biāo)準(zhǔn)的降壓試驗(yàn)來確定。因而，標(biāo)準(zhǔn)的降壓試驗(yàn)一般不提供足以描述一般固體碳質(zhì)地下層儲層質(zhì)量的足夠信息。
對于許多固體碳質(zhì)地下層，用原生壓力減少技術(shù)回收甲烷是不可能滿意的。為了提高固體碳質(zhì)地下層的甲烷回收率，已經(jīng)開發(fā)了能夠從地層，并且以高于用壓力減少技術(shù)所能得到的速率回收較高百分比的原始甲烷地質(zhì)儲量的技術(shù)。一種這樣的技術(shù)采用注入氣態(tài)解吸流體，例如氮?dú)?、貧氧空氣、空氣、煙道氣和任何至少?0％(體)氮?dú)獾钠渌鼩怏w。注入的氣態(tài)解吸流體，減少在煤的內(nèi)生裂隙中甲烷的分壓，使甲烷從甲烷吸附中心解吸出來，進(jìn)入煤的內(nèi)生裂隙中。另一種這樣的技術(shù)采用注入至少含50％(體)的二氧化碳的氣態(tài)解吸流體。流體中所含的二氧化碳優(yōu)先地吸附在甲烷吸附中心，從而使甲烷從吸附中心解吸出來，擴(kuò)散進(jìn)煤的內(nèi)生裂隙中。
一旦在煤的內(nèi)生裂隙中，甲烷就向回收井移動。上面的兩種技術(shù)還有另外的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樽⑷氲臍鈶B(tài)解吸流體勢必將地層朝上壓，從而使從固體碳質(zhì)地下層回收的現(xiàn)有地下儲存甲烷比用原生壓力減少技術(shù)回收更快。采用注入氣態(tài)解吸流體，比用原生壓力減少技術(shù)回收更高百分比的現(xiàn)有地下儲存甲烷。采用注入氣態(tài)解吸流體來提高固體碳質(zhì)地下層的甲烷回收率的方法以下有時簡稱“提高甲烷回收率的技術(shù)”。
當(dāng)采用提高甲烷回收率的技術(shù)改善甲烷從地層的回收率時，這些技術(shù)也需要很大的設(shè)計工作和工程。此外，更高的回收率和采用提高甲烷回收率的技術(shù)所能夠回收的額外的現(xiàn)有地下儲存甲烷，不能證明與在特殊地層實(shí)施該技術(shù)有關(guān)的額外的花費(fèi)是正確的。
為了確定提高回收率的技術(shù)對于特殊的固體碳質(zhì)地下層是否適當(dāng)，必須準(zhǔn)確預(yù)測采用這些技術(shù)從地層回收的甲烷收率。遺憾的是，只是由一般的壓降試驗(yàn)確定的儲層特性不能提供足夠的信息，以準(zhǔn)確預(yù)測甲烷收率，這可以從采用提高甲烷回收率的技術(shù)的生產(chǎn)工程中預(yù)計到。而且，當(dāng)用原生壓力減少技術(shù)，采用提高甲烷回收率的技術(shù)的全面的生產(chǎn)試驗(yàn)可能花費(fèi)數(shù)百萬美元，需要數(shù)月或者數(shù)年來完成。
需要的是一個能夠確定固體碳質(zhì)地下層的儲層特性的方法。此外，需要的是一個能夠預(yù)測采用提高甲烷回收率的技術(shù)可以從固體碳質(zhì)地下層回收的甲烷收率和原始甲烷地質(zhì)儲量的百分比的相當(dāng)快而花費(fèi)不多的方法。
當(dāng)在本文使用時，下面的術(shù)語應(yīng)有下面的意義(a)“空氣”指的是任何含至少15％(體)氧氣和至少60％(體)氮?dú)獾臍怏w混合物?！翱諝狻币话闶窃诰畧龃嬖诘某捍髿饣旌衔铮s20-22％(體)氧氣和約78-80％(體)氮?dú)猓?b)“碳質(zhì)物質(zhì)”指的是固體碳質(zhì)物質(zhì)，認(rèn)為其是由有機(jī)物質(zhì)熱降解和生物降解而產(chǎn)生的。碳質(zhì)物質(zhì)這個詞特別地排除碳酸鹽和認(rèn)為其是由其它方法所產(chǎn)生的其它礦物質(zhì)；
(c)“特性停留流動時間”指的是氣態(tài)非吸附流體的分子，例如氦氣，通過固體碳質(zhì)地下層的煤的內(nèi)生裂隙系統(tǒng)，從靠近注入井的地層的一處，輸送到靠近回收井的地層的一處所需的時間；(d)固體碳質(zhì)地下層的“特性擴(kuò)散時間”是67％的氣態(tài)流體解吸或者吸附到地層的碳質(zhì)基巖所需的時間；(e)“煤的內(nèi)生裂隙”或者“煤的內(nèi)生裂隙系統(tǒng)”是固體碳質(zhì)地下層中的天然裂縫系統(tǒng)；(f)“煤層”包括彼此流體連通的一個或者多個煤層；(g)“煤層”是一般含有50-100％(重)有機(jī)物質(zhì)的碳質(zhì)地層；(h)“有效滲透率”是由地層提供的氣態(tài)流體通過它移動的阻力的度量。有效滲透率要隨不同的孔隙壓力而變化，并且可能根據(jù)在地層中的位置而變化。有效滲透率包括應(yīng)力相關(guān)滲透率結(jié)果和相對滲透率結(jié)果；(i)“有效滲透率關(guān)系”是有效滲透率如何隨孔隙壓力而變化和其如何隨地層中的水飽和度而變化的說明。因?yàn)榭紫秹毫退柡投瓤赡茈S注入到地層中的氣態(tài)解吸流體而變化，所以這種關(guān)系是很重要的；(j)“煙道氣”指的是烴與空氣燃燒產(chǎn)生的氣體混合物。煙道氣的精確的化學(xué)組成取決于很多變量，包括但不限于此燃燒的烴、燃燒過程氧與燃料比和燃燒溫度；(k)“地層破裂壓力”和“破裂壓力”意思是斷開地層并且通過地層擴(kuò)展引入的裂縫所需要的壓力；
(l)“裂縫半長度”是沿著裂縫從井筒到裂縫端部所測得的距離；(m)“解吸氣體流體”包括任何的能夠使得甲烷從固體碳質(zhì)地下層解吸的流體或者流體的混合物；(n)“原始儲層壓力”是井筒到固體碳質(zhì)地下層初始完成時井筒內(nèi)存在的儲層壓力；(o)“Ki”是在原始儲層壓力下地層內(nèi)存在的有效滲透率；(p)“Kf”是給定孔隙壓力的地層內(nèi)存在的有效滲透率；(q)“孔隙壓力”是煤的內(nèi)生裂隙體系的孔隙間隔內(nèi)存在的壓力；孔隙壓力可能整個地層變化，并且可能因注入到地層和從地層內(nèi)回收的流體而變化；(r)“儲層流動能力”是在固體碳質(zhì)地下層內(nèi)可以達(dá)到的流速的度量。儲層流動能力是地層的有效滲透率乘地層的高度或厚度的積。對于注入井，儲層流動能力應(yīng)考慮到地層的應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系，因?yàn)樵诮馕黧w的注入期間，在接近井筒的區(qū)域內(nèi)存在的有效滲透率要隨接近井筒的區(qū)域內(nèi)的孔隙壓力變化而變化；(s)“儲層壓力”意思是在關(guān)井時，在生產(chǎn)層的層面的壓力。儲層壓力可能整個地層變化。另外，儲層壓力可能在從地層生產(chǎn)流體和/或氣態(tài)解吸流體注入到地層時發(fā)生變化；(t)“固體碳質(zhì)地下層”指的是位于地表面以下的基本上固體碳質(zhì)的含甲烷的物質(zhì)。人們認(rèn)為這些含甲烷的物質(zhì)是通過有機(jī)物質(zhì)的熱降解和生物降解產(chǎn)生的。固體碳質(zhì)地下層包括但是不限于煤層和其它的碳質(zhì)地下層例如antrium碳質(zhì)和泥盆系頁巖。
(u)“吸附”指的是由含有微孔的碳質(zhì)物質(zhì)例如煤容納氣體的過程。微孔中的該氣體一般的是以濃縮的或者類似液體相容納在煤中，或者該氣體可能化學(xué)鍵合到煤中。
(v)“連綿區(qū)域”指的是引入到地層的流體接觸的地層的區(qū)域。以接觸的地層的百分比來度量地層的連綿區(qū)域。連綿區(qū)域是平面和垂直向的連綿區(qū)域的積；(w)“井距”或者“間距”是兩個分開的井的單個井之間的直線距離。從井截斷感興趣的地層的地方來測量該距離。
(x)“井筒趨膚效應(yīng)”是對井筒周圍地層的區(qū)域的相對破壞的度量。
發(fā)明概述人們已經(jīng)驚奇地發(fā)現(xiàn)，可以使用簡單的注入和回流試驗(yàn)與儲層模擬技術(shù)，例如與數(shù)字儲層模擬技術(shù)一起，來確定固體碳質(zhì)地下層的儲層質(zhì)量和提高甲烷回收特性。在本發(fā)明中，優(yōu)選把含至少50％(體)氮的氣態(tài)解吸流體以公知的注入速度通過注入井注入到地層。已經(jīng)注入所需量的流體之后，優(yōu)選關(guān)井，并且測定井內(nèi)相應(yīng)的壓力。然后，使至少一部分注入的流體通過井流回到地面，在此期間，監(jiān)測通過井回流的流體的化學(xué)組成。在試驗(yàn)期間，可以利用一個或多個后面收集的數(shù)據(jù)和儲層模擬技術(shù)一起，來確定地層的儲層質(zhì)量，并且確定地層的提高甲烷回收特性氣態(tài)解吸流體的注入速度、通過井回流的流體的化學(xué)組成、在關(guān)井期間相應(yīng)的井壓、在注入和回流期間相應(yīng)的井壓、通過井回流的流體的體積流速、注入的流體的化學(xué)組成和可能的以前通過井已經(jīng)生產(chǎn)的任何流體的體積量。
優(yōu)選地是，通過歷史匹配的模擬地層的數(shù)字儲層模擬器與通過在注入期間、回流期間和任何以前的生產(chǎn)期間測量的數(shù)據(jù)一起來確定儲層質(zhì)量和提高甲烷回收特性?？梢岳玫貙拥奶岣呒淄榛厥仗匦詠黹_發(fā)固體碳質(zhì)地下層的“提高甲烷回收儲層說明”。提高甲烷回收特性和儲層說明將促進(jìn)得到任何所要求的政府的批準(zhǔn)和將加速實(shí)施利用提高甲烷回收技術(shù)的生產(chǎn)計劃。
本發(fā)明的一個目的是提供一種確定固體碳質(zhì)地下層的儲層質(zhì)量的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種預(yù)測井的特性和利用內(nèi)生壓力減少或者提高甲烷回收技術(shù)從固體碳質(zhì)地下層回收甲烷的經(jīng)濟(jì)可行性的方法。
本發(fā)明的還一個特殊目的是確定這樣的地層的至少某些提高甲烷回收特性。
本發(fā)明的另一個特殊目的是開發(fā)一種可以用來預(yù)測從地層提高甲烷回收速率的提高甲烷回收儲層說明。
本發(fā)明的再另一個特殊目的是利用提高甲烷回收儲層說明來預(yù)測利用提高甲烷回收技術(shù)從這樣的地層可以經(jīng)濟(jì)的回收的原地原始甲烷的百分?jǐn)?shù)。
本發(fā)明的再一個目的是確定生產(chǎn)計劃操作條件，例如用于把氣態(tài)解吸流體注入到固體碳質(zhì)地下層的壓力；在給定的注入壓力下可以注入到地層的氣態(tài)解吸流體的注入速度；注入井和生產(chǎn)井之間所用的井距；井的布局；和要用的注入的流體的優(yōu)選的化學(xué)組成。
從下面的本發(fā)明的詳細(xì)地描述、附圖、此處所介紹的實(shí)施方案和權(quán)利要求顯然可以很容易地看出本發(fā)明的許多附加的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。
附圖的簡要說明

圖1是本發(fā)明研究的煤層的滲透率比(Kf/Ki)和孔隙壓力的關(guān)系的曲線圖。
圖2是說明有十一口鉆入地下的井的現(xiàn)場的示意圖。井1-3、5-7和9-11與含煤的固體碳質(zhì)地下層流體連通。井4和8不與固體碳質(zhì)地下層流體連通。
圖3是固體碳質(zhì)地下層的內(nèi)生壓力減少甲烷回收期間預(yù)先注入的歷史匹配的曲線圖。
圖4是圖3所描述的同樣的井的空氣注入期和其后的關(guān)井期的歷史匹配的曲線圖。
圖5是圖3和圖4所描述的同樣的井的回流期的歷史匹配的曲線圖。
圖6是在回流期間回收的流體中的氮?dú)獾捏w積百分比的歷史匹配的曲線圖。
圖7是如圖10所示的示意圖中用于9口井的提高甲烷回收率的注入井的預(yù)期的氮?dú)獾淖⑷胨俣群完P(guān)聯(lián)的井底注入壓力的曲線圖。
圖8是如圖10所示的示意圖中的同樣的9口煤層甲烷回收井的預(yù)期的提高甲烷回收率、預(yù)期的原生壓力減少甲烷回收速率和預(yù)期的氮?dú)獾纳a(chǎn)速度的曲線圖。
圖9是從如圖10所示的9口井預(yù)期要回收的累積的甲烷量的曲線圖。其表示用原生壓力減少技術(shù)預(yù)期要回收的甲烷量和用提高甲烷回收技術(shù)預(yù)期要回收的甲烷量。
圖10是用于從煤層回收甲烷的9口井的分布的示意圖。
實(shí)施方案的描述雖然模擬器已經(jīng)能夠調(diào)節(jié)儲層性能的量，例如滲透率、孔隙度和擴(kuò)散時間的量，但是，其在本領(lǐng)域?qū)τ趶目梢耘c儲層模擬技術(shù)一起使用的注入/回流試驗(yàn)得到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)來確定固體碳質(zhì)地下層的儲層質(zhì)量和提高甲烷回收特性是不合適的。另外，還沒有人認(rèn)識到數(shù)字儲層模擬器可以用由注入/回流試驗(yàn)得到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)來進(jìn)行歷史匹配，以提供快速、便宜和準(zhǔn)確的方法來確定地層的儲層質(zhì)量和提高甲烷回收特性以及開發(fā)地層的準(zhǔn)確的儲層說明。
如上所述，本發(fā)明提供一種確定固體碳質(zhì)地下層的儲層性能的改進(jìn)的方法。其提供一種快速而便宜的方法，來確定和/或檢驗(yàn)儲層性質(zhì)，例如孔隙度、有效滲透率、儲層壓力、地層的堆積密度、地層對甲烷的最大吸附能力、地層對可以吸附到地層的碳質(zhì)物質(zhì)上的氮?dú)夂?其它氣體的最大吸附能力、儲層連續(xù)性、儲層不均勻性和任何儲層各向異性、地層破裂壓力和按標(biāo)準(zhǔn)立方米/公斤計的地層吸附甲烷含量。這些儲層性質(zhì)后面有時稱為固體碳質(zhì)地下層的“儲層質(zhì)量”。
本發(fā)明也提供一種確定固體碳質(zhì)地下層的“提高甲烷回收特性”的方法。除了這些描述儲層質(zhì)量的儲層性能之外，提高甲烷回收特性包括(但是不限于此)氣態(tài)解吸流體的注入性、儲層流動能力、隨孔隙壓力變化的應(yīng)力相關(guān)的滲透率、氣態(tài)解吸流體的多組分特征擴(kuò)散時間或者單種氣體例如甲烷或氮?dú)獾奶卣鲾U(kuò)散時間常數(shù)、地層內(nèi)的特性停留流動時間、有效滲透率關(guān)系、與注入井或回收井相關(guān)的裂縫半長度、相對滲透率關(guān)系和其它的影響把提高甲烷回收技術(shù)應(yīng)用到固體碳質(zhì)地下層的技術(shù)和/或經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的儲層特性。
另外，本發(fā)明也提供一種確定是否特殊的井是與明顯地不吸附氧的非碳質(zhì)地下層例如沙巖流通的方法。應(yīng)該注意到，即使井筒不鉆入沙巖，井筒也可以與沙巖流通。例如，沙巖可能位于離井筒幾米的位置，但是仍是足夠接近，所以顯著量的注入的氣態(tài)解吸流體可能通過沙巖流動，因此旁通大部分固體碳質(zhì)地下層。當(dāng)決定是否井筒應(yīng)該用于注入氣態(tài)解吸流體到固體碳質(zhì)地下層時，確定是否井筒與地層例如沙巖流通可能是特別重要的。如果注入井筒與沙巖流通，大量的注入氣態(tài)解吸流體可能旁通固體碳質(zhì)地下層，因此是浪費(fèi)的。
如早已討論的，提高甲烷回收技術(shù)要在地層實(shí)施，可能技術(shù)上是很復(fù)雜的。因此，在使用這樣的技術(shù)的生產(chǎn)計劃方面，經(jīng)濟(jì)報酬對特殊地層的提高甲烷回收特性和用在這樣的地層的提高甲烷回收技術(shù)的設(shè)計可能是很敏感的。為了充分評價固體碳質(zhì)地下層，以確定是否應(yīng)該使用提高甲烷回收技術(shù)，應(yīng)該測定盡可能多的地層的提高甲烷回收特性。
一種可以用來測定地層的儲層質(zhì)量和/或提高甲烷回收特性的分析方法是歷史匹配法，其用數(shù)字儲層模擬器，從注入、回流和/或生產(chǎn)周期得到實(shí)際數(shù)據(jù)。在該歷史匹配法中，作為第一步，把對各種儲層參數(shù)的估計值，例如井筒趨膚因子、儲層壓力和儲層滲透率輸入到儲層模擬器。對于井筒趨膚因子、儲層壓力和儲層滲透率的值優(yōu)選從在井筒完成的壓力恢復(fù)試驗(yàn)或者壓力減少試驗(yàn)得到。在該歷史匹配方法中，把儲層參數(shù)例如滲透率進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)，直到在儲層模擬器的輸出和實(shí)際數(shù)據(jù)之間得到“歷史匹配”。儲層模擬的詳細(xì)描述，包括如何進(jìn)行“歷史匹配”的建議，參見Reservoir Simula-tion.editors C.C.Mattar and R.L.Dalton，Henry Doherty Se-ries Monograph Volume 13，Spciety of Petroleum Engineers(Richardson，Texas，1990)。
地層的提高甲烷回收特性的確定也將促進(jìn)開發(fā)地層的提高甲烷回收儲層的說明。當(dāng)使用歷史匹配技術(shù)時，開發(fā)數(shù)字儲層模擬器中所含有的提高甲烷回收儲層的說明，并使得同時適合儲層質(zhì)量和提高甲烷回收特性的確定。
可以使用合適的數(shù)字儲層模擬器來設(shè)計使用提高甲烷回收技術(shù)的生產(chǎn)計劃。在設(shè)計生產(chǎn)計劃中，要用的井距、對于任何的注入井和回收井的井布局、注入氣態(tài)解吸流體的壓力、注入氣態(tài)解吸流體的優(yōu)選的化學(xué)組成、操作回收井的井壓應(yīng)該和預(yù)計的氣態(tài)解吸流體的注入速度、預(yù)計的總的流體回收速度、預(yù)計的甲烷回收速度、預(yù)計的水生產(chǎn)速度、預(yù)計可以回收的原生甲烷的百分比、在此期間從井生產(chǎn)的流體的化學(xué)組成以及各種生產(chǎn)計劃設(shè)計情況、和各種生產(chǎn)計劃設(shè)計情況將需要的地面設(shè)備例如注入設(shè)備、提純設(shè)備和水處理設(shè)備一起確定。通過精確的預(yù)計計劃的設(shè)備要求，可以以及時和投資有效的方式有效的實(shí)施該提高甲烷回收技術(shù)。
井筒和氣態(tài)解吸流體的注入可以使用各種類型的井把氣態(tài)解吸流體注入到固體碳質(zhì)地下層。該井可以是任何的類型，只要它鉆入地層并且能夠在壓力下把氣態(tài)解吸流體輸送到地層。例如，該井可以是勘探井、鉆入地層從地層得到巖芯樣品的巖芯井、或者可以或者不可以通過使用原生壓力減少技術(shù)以前已經(jīng)用來從地層生產(chǎn)甲烷的生產(chǎn)井。
鉆入固體碳質(zhì)地下層的井區(qū)可以裸眼完井或者其可以套管完井，該套管在接近地層處帶孔，以便讓流體在地層和井之間流動。如果有幾個彼此垂直分開的碳質(zhì)地層時，優(yōu)選使用用套管完井的井。這可以使得氣態(tài)解吸流體分別注入到每一地層。把氣態(tài)解吸流體分別注入到每一地層將促使確定單個碳質(zhì)地層的儲層質(zhì)量和提高甲烷回收特性。
要用的優(yōu)選的氣態(tài)解吸流體是含有氮?dú)庾鳛橹饕M分的流體。這樣的流體的例子是氮?dú)?、煙道氣、空氣和貧氧空氣。要用的更?yōu)選的流體是含有至少5-25％(體)氧氣的流體，例如空氣和貧氧空氣。使用含氧氣的氣態(tài)解吸流體將促使確定地層內(nèi)的任何的儲層各向異性和儲層不均勻性。使用含氧氣的氣態(tài)解吸流體也將促使確定是否特殊的井與不易吸附氧氣的非碳質(zhì)地層例如沙巖流體連通。
開始注入氣態(tài)解吸流體之前，優(yōu)選的是關(guān)井。這將使接近井筒的地層的壓力達(dá)到穩(wěn)定。達(dá)到穩(wěn)定所需要的時間的長短將取決于特殊地層的儲層特性和該井筒的條件。對于一般的井筒，關(guān)井大約2-3周就足夠了。
在注入氣態(tài)解吸流體期間，優(yōu)選的是監(jiān)測接近地層處的井筒壓力和注入速度。井筒壓力可以通過在接近地層處放一臺井下壓力傳感器來監(jiān)測，另外，地面注入壓力可以測量和調(diào)節(jié)到計算出地層之上井內(nèi)的流體柱的高度。
優(yōu)選以這樣的步驟，即每一步驟后面的步驟使用高于前面步驟的壓力，來進(jìn)行氣態(tài)解吸流體的注入。每一步驟優(yōu)選要有足夠的時間，以使注入速度達(dá)到一個大約的常數(shù)值。當(dāng)確定每一步驟要用的時間時，由于經(jīng)濟(jì)方面的考慮，優(yōu)選保持每一注入步驟的時間少于2周，更優(yōu)選少于1周。
人們認(rèn)為，把注入步驟分成幾步，每一步驟有它自己的壓力，將使得在注入期間在得到的數(shù)據(jù)內(nèi)更精確的歷史匹配。這依次將提供一個地層的提高甲烷回收特性的更精確的測定值。另外，通過使用一個以上的注入壓力，可以作出注入速度與注入壓力的關(guān)系的準(zhǔn)確的曲線圖。對于給定的注入速度和注入壓力，注入速度與注入壓力的關(guān)系的曲線圖和預(yù)期的甲烷回收速度一起將有助于確定要用的最佳注入壓力。一般的，所用的注入壓力越高，壓縮注入的一立方米氣態(tài)解吸流體到地層所需要的費(fèi)用越高。因此，可以用注入速度與注入壓力的關(guān)系的曲線圖確定在各種注入壓力對于每一壓力預(yù)期的最大的注入速度下注入一立方米氣態(tài)解吸流體到地層所需要的有關(guān)費(fèi)用。因?yàn)閴嚎s氣態(tài)解吸流體的費(fèi)用是使用提高甲烷回收技術(shù)的生產(chǎn)計劃的總費(fèi)用的一個重要部分，所以這是一項很重要的考慮因素。
對于給定注入壓力的增加所得到的注入速度的增加至少部分取決于地層所呈現(xiàn)的應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系。應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系描述了隨著地層孔隙壓力變化地層內(nèi)產(chǎn)生的有效滲透率的變化。對于低于地層破裂壓力的注入壓力，人們認(rèn)為應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系將導(dǎo)致滲透比率(Kf/Ki)增加(如圖1所示)。依次這將使得增加地層的有效滲透率。地層的這種隨著孔隙壓力增加而有效滲透率的增加就使得比基于所用的注入壓力所預(yù)期的要注入地層的氣態(tài)解吸流體的體積大的多。
從圖1可以看出，對于給定的孔隙壓力增加，最后達(dá)到滲透比率增加非常小的那一點(diǎn)。因此，最后由增加的壓力變化得到的增加的注入速度的增加應(yīng)該開始降低。
一般地，對于提高甲烷回收技術(shù)，甲烷回收速度與氣態(tài)解吸流體的注入速度成比例。這是由于注入速度增加，可以得到更大量的氣態(tài)解吸流體分子，使得甲烷解吸到煤的內(nèi)生裂縫中。另外，隨著注入壓力增加，地層內(nèi)存在的孔隙壓力一般就要在接近注入井區(qū)和最終在地層增加。孔隙壓力的這種增加，將使得地層的有效滲透率增加。這將允許更多的氣態(tài)解吸流體注入到地層，并且使得更多的甲烷/單位時間通過地層流到回收井。因此，隨著注入壓力的增加，所產(chǎn)生的較高的注入速度和較大的有效滲透率將導(dǎo)致較高的提高甲烷回收速度。
但是，人們認(rèn)為，對于給定的增注壓力增加可以得到的甲烷回收速度不斷增加的情況，最終達(dá)到目的，證明其為了得到甲烷回收速度不斷增加所需要的注入壓力和注入速度不斷增加而帶來的附帶的壓縮費(fèi)用是不經(jīng)濟(jì)的。對于地層分段速度注入氣態(tài)解吸流體將幫助使得更精確的確定應(yīng)力相關(guān)的滲透率與孔隙壓力之間的關(guān)系，因此將幫助確定在特殊的生產(chǎn)計劃中要用的最佳的注入壓力。
在已經(jīng)把所需量的流體引入到地層以后，就停止注入氣態(tài)解吸流體。在本發(fā)明的一個方面中，優(yōu)選的是注入足夠體積的氣態(tài)解吸流體，以使試驗(yàn)半徑的長度為至少注入氣態(tài)解吸流體的井和最鄰近井的井距的0.5％，更優(yōu)選井距的1％，在某些情況下為井距的1-10％。通過計算由注入的氣態(tài)解吸流體探測的區(qū)域的理論大小，來確定試驗(yàn)半徑。一般的，隨著試驗(yàn)半徑的增加，由注入的氣態(tài)解吸流體探測的地層區(qū)域增加。隨著探測區(qū)域的增加，相信測定的儲層性質(zhì)將精確的描述該地層增加。但是，試驗(yàn)半徑的大小實(shí)際上要受到與增加試驗(yàn)半徑有關(guān)的費(fèi)用的限制。為了使試驗(yàn)半徑加倍，所用的氣態(tài)解吸流體的量就需要乘4。因此，可以看出，對于可以用的試驗(yàn)半徑的大小就有實(shí)際的經(jīng)濟(jì)方面的限制。當(dāng)計算試驗(yàn)半徑時，假設(shè)該半徑定義一個圓柱體積，大約以井筒的縱軸為中心，其是通過氣態(tài)解吸流體均勻探測的。
下面的公式可以用來計算試驗(yàn)半徑。 K＝地層的有效滲透率(毫達(dá)西)；＝地層的孔隙度；μ＝氣態(tài)解吸流體的粘度(泊)；Ct＝總體系可壓性(Pa)-1；和t＝注入的時間(小時)。
從公式(1)可以看出，試驗(yàn)半徑的大小取決于地層的有效滲透率、該地區(qū)的孔隙度、在地層中存在的流體的粘度、地層的總的可壓性和注入的時間。應(yīng)注意到，用來計算試驗(yàn)半徑的粘度是注入的氣態(tài)解吸流體的粘度。與應(yīng)力有關(guān)的地層的滲透率關(guān)系也使靠近井筒的有效滲透率不同于離井筒更遠(yuǎn)的地區(qū)的有效滲透率。因而，用地層的平均有效滲透率來計算試驗(yàn)半徑。在‘Advances in Well Test Analysis，’p19，Robert C. Earlougher，Jr.，second printing，Society ofPetroleum Engineers Monograph No.5，(1977)中，可以找到試驗(yàn)半徑的更完整的討論及如何計算試驗(yàn)半徑。
也應(yīng)注意到，如果地層顯示任何不均勻性和各向異性，與氣態(tài)解吸流體接觸的地區(qū)在井筒附近的分布可能是不均勻的，從而，氣態(tài)解吸流體可以檢查位于離試驗(yàn)半徑以外很長距離的地層的地區(qū)。
在本發(fā)明的另一方面，在向地層中注入氣態(tài)解吸流體時沒有鄰井存在，但是，今后將鉆至少一口以上的采用本發(fā)明的井。在這一方面，優(yōu)先的是注入足夠體積的氣態(tài)解吸流體，以便試驗(yàn)半徑的長度至少是同時注入氣態(tài)解吸流體的井筒和最靠近為了向地層中注入氣態(tài)解吸流體要鉆井的地區(qū)間的間隔的0.5％，更優(yōu)選的是該間隔的至少0.1％，在一些情況下是該間隔的1-10％。
在本發(fā)明的第三方面，利用氣態(tài)解吸流體檢查位于離試驗(yàn)半徑以外很長距離的地層的地區(qū)的能力。在本發(fā)明的這一方面，注入足夠的氣態(tài)解吸流體，以在一口或多口附近的鄰井中產(chǎn)生響應(yīng)。這個響應(yīng)可以包括井壓的變化、甲烷回收率的變化和/或從鄰井生產(chǎn)的流體的化學(xué)組成的變化。優(yōu)選的監(jiān)測至少一口鄰井的響應(yīng)。利用監(jiān)測鄰井時所得到的數(shù)據(jù)來確定注入井和鄰井之間的地層的地區(qū)的地層質(zhì)量和高甲烷回收率的特性。
例如，對于特殊地層，通過測定整個時間鄰井所產(chǎn)生的流體的化學(xué)成分，可確定注入的氣態(tài)解吸流體的氣體成分的特性擴(kuò)散時間和特性停留流動時間。當(dāng)確定特性停留流動時間時，優(yōu)選的是在注入的氣態(tài)解吸流體中加入非吸附示蹤氣體，例如，氦氣。氦氣到達(dá)鄰井所花的時間將提供測定在注入井和鄰井之間運(yùn)行的氣體的特性停留流動時間所需要的信息。
可以通過比較該氣體成分到達(dá)鄰井所花的時間相對于非吸附示蹤氣體到達(dá)同一井所花的時間，來確定氣態(tài)解吸流體的氣體成分的特性擴(kuò)散時間的粗略近似值。通過將得到的特性擴(kuò)散時間的粗略近似值輸入數(shù)字儲層模擬器，得到更精確測量的特性擴(kuò)散時間，然后，調(diào)節(jié)特性擴(kuò)散時間，直到在預(yù)測的和歷史的化學(xué)組成數(shù)據(jù)和/或在鄰井測定的流體回收率之間得到歷史匹配。換言之，從巖芯樣品擴(kuò)散試驗(yàn)所得到的特性擴(kuò)散時間或從文獻(xiàn)中所得到的特性擴(kuò)散時間可以輸入數(shù)字儲層模擬器，然后，可以通過調(diào)節(jié)特性擴(kuò)散時間，直到在預(yù)測的和歷史的化學(xué)組成數(shù)據(jù)和/或在鄰井測定的流體回收率之間得到匹配而將其歷史匹配。
如果注入地層的解吸流體含有氧氣，那么通過測定氣體氧在整個時間在從鄰井所回收的流體中的相對濃度，可以確定注入氣態(tài)解吸流體通過其運(yùn)移的地下區(qū)域所含的碳質(zhì)物質(zhì)的百分比。正如下面所述，碳質(zhì)物質(zhì)，例如煤，容易吸附氣體氧，而非碳質(zhì)物質(zhì)不容易吸附氣體氧。
可以被地層的特別地區(qū)吸附的氧氣量取決于構(gòu)成地層的碳質(zhì)物質(zhì)的百分比。地層所含的碳質(zhì)物質(zhì)的相對百分比可以由體積密度來計算。為了確定地層對氧的吸附能力，無機(jī)礦物質(zhì)的碳質(zhì)物質(zhì)的吸附能力由經(jīng)驗(yàn)確定，或者從文獻(xiàn)資料中得到。然后利用在注入井和鄰井之間的地區(qū)的地層的體積密度的估計值來預(yù)測地層的吸附能力。吸附能力的這個預(yù)測值，與關(guān)于在注入的氣態(tài)解吸流體中的氧氣濃度，和氣態(tài)解吸流體必須運(yùn)移以從注入井移到鄰井的距離的信息一起，可以用來預(yù)測在從鄰井中回收的流體中可以預(yù)計的氧氣濃度。一般，如果從鄰井中生產(chǎn)的流體含的氧氣濃度比預(yù)測的更高，那么注入的氣態(tài)解吸流體通過含比估計的碳質(zhì)物質(zhì)的百分比更小的地下區(qū)域運(yùn)移(即體積密度比估計的更高)。
與在注入井和另一口鄰井之間的地區(qū)中的碳質(zhì)物質(zhì)的相對百分比比較，地層吸附氧的能力也可以用來確定在注入井和一口鄰井之間的地區(qū)中的碳質(zhì)物質(zhì)的相對百分比。通過關(guān)聯(lián)幾口鄰井的響應(yīng)數(shù)據(jù)，可以確定關(guān)于碳質(zhì)物質(zhì)的相對百分比的地層的非均勻性。
此外，氣體氧到達(dá)鄰井所花的時間是氣態(tài)解吸流體是否躍過固體碳質(zhì)地下層走旁路的標(biāo)記。例如，如果注入的含氧的氣態(tài)解吸流體躍過大部分固體碳質(zhì)地下層走旁路，通過含象沙石這樣的物質(zhì)的非碳質(zhì)地下層運(yùn)移，注入的氣態(tài)解吸流體就會在時間上相對早的到達(dá)鄰井；同時，在從鄰井中回收的流體中的氧氣對其它注入的氣態(tài)解吸流體成分的比例，相對于含在注入井中的氣態(tài)解吸流體中的氧氣對其它注入的氣態(tài)解吸流體成分的比例，基本上是不會改變的。產(chǎn)生這樣的結(jié)果是由于盡管氧氣被煤或其它碳質(zhì)物質(zhì)選擇性吸附，但是不被沙石選擇性吸附。重要的是確定這樣的通道是否存在，以便可以將利用增加甲烷的回收技術(shù)的生產(chǎn)項目設(shè)計成避免注入的氣態(tài)解吸流體進(jìn)入這樣的非碳質(zhì)地區(qū)。這將減少氣態(tài)解吸流體的用量，改善注入的氣態(tài)解吸流體的波及效率。
如果可以從鄰井采集到足夠的數(shù)據(jù)以利于確定儲層質(zhì)量和提高地層的甲烷回收特性，回流周期可能不需要。
在本發(fā)明的所有方面，優(yōu)選的是試驗(yàn)半徑比有效井徑長5-100倍。這將確保在試驗(yàn)半徑內(nèi)的碳質(zhì)物質(zhì)的數(shù)量足夠大，以便在有效井徑內(nèi)所含的碳質(zhì)物質(zhì)對確定儲層質(zhì)量和確定提高地層的甲烷回收率影響不大。正如下面所介紹的那樣，有效井徑優(yōu)選的是通過測量關(guān)井后整個時間井壓響應(yīng)來確定。
在已經(jīng)停止注入氣態(tài)解吸流體之后，優(yōu)選的是關(guān)井并測量井壓響應(yīng)。在關(guān)井期間所得到的井壓響應(yīng)數(shù)據(jù)和在注入氣態(tài)解吸流體的過程中所得到的數(shù)據(jù)，例如關(guān)井前的井壓、氣態(tài)解吸流體的注入速率和注入地層的氣態(tài)解吸流體的數(shù)量，可以用來計算井筒趨膚值、儲層壓力、有效井徑和地層的有效滲透率。如果沒有關(guān)井，井筒趨膚值、儲層壓力、有效井徑和有效滲透率可以從參考文獻(xiàn)中得到，或從在注入氣態(tài)解吸流體之前或在回流周期之后進(jìn)行的壓降測試或壓力恢復(fù)測試中得到。在歷史匹配方法中為了確定儲層質(zhì)量和提高地層的甲烷回收特性，就利用井筒趨膚值、儲層壓力、有效井徑和有效滲透率的數(shù)值。
優(yōu)選的是二次打開井筒，并且如果進(jìn)行的話，在注入周期之后或關(guān)井周期之后使流體從固體碳質(zhì)地下層通過井筒回流。在這個“回流”周期期間，監(jiān)測流體的生產(chǎn)率和生產(chǎn)的流體的化學(xué)組成。另外，優(yōu)選的是監(jiān)測靠近地層的井筒中的壓力。
實(shí)施實(shí)施本發(fā)明的方法在很大程度上取決于采用該方法的固體碳質(zhì)地下層的特性?？梢詫鈶B(tài)解吸流體只注入穿透固體碳質(zhì)地下層的一口井或分別注入穿透地層的一口以上的井。因?yàn)楣腆w碳質(zhì)地下層一般是很不均勻的，通常優(yōu)選的是將該方法用于一口以上的井以利于評價地層的儲層的連續(xù)性和不均勻性。當(dāng)該方法用于過去不能從其中回收甲烷的固體碳質(zhì)地下層時，將氣態(tài)解吸流體注入一口以上的井是特別重要的?？梢躁P(guān)聯(lián)從每一口井所得到的儲層特性，以便可以確定地層的橫向不均勻性、地層的任何各向異性和儲層的大小和連續(xù)性。這個信息有助于設(shè)計采用適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)定位和/或注入井，同時在一次壓力下降或提高甲烷回收的技術(shù)用的井之間采用最佳間隔的生產(chǎn)計劃。
一方面，利用本發(fā)明來確定固體碳質(zhì)地下層的橫向不均勻性。例如，參考圖2，描繪了地表面的一個地區(qū)。位于地表面下的是含煤地層。探井1-11鉆入所示位置的地下。本發(fā)明用于每一口井以確定每一口井的試驗(yàn)半徑內(nèi)的儲層特性。然后關(guān)聯(lián)每一口井的儲層特性以確定地層的橫向不均勻性和地層的儲層的連續(xù)性。正如下面所介紹的那樣，關(guān)聯(lián)的情況表明固體碳質(zhì)地下層顯示高度各向異性。
參考圖2，井5-7之間及其周圍地區(qū)的最高滲透率是與通過井5、6和7所畫的一條假想線L平行，是井1、2、3、9、10和11所穿透的地區(qū)的最高滲透率的數(shù)量級的2-10倍。井1、2、3、9、10和11所穿透的地區(qū)的最高滲透率是垂直于通過井5、6和7所畫的一條假想線H。本發(fā)明也表明井4和8沒有與地層煤流體連通。
人們認(rèn)為在這種情況下，注入井應(yīng)該在井5和7所穿透的地區(qū)的地層中完井；回收井應(yīng)該在井1、2、3、6、9、10和11所穿透的地區(qū)的地層中完井；井4和8應(yīng)該堵住，報廢或用做監(jiān)測井以檢查從地層的煤中進(jìn)入井4和8所穿透的地下區(qū)域的泄漏。
該注入的氣態(tài)解吸流體將比較快的波及井5和6之間的區(qū)域和井6和7之間的區(qū)域。在這一段時間，將由井6生產(chǎn)甲烷和任何氣態(tài)解吸流體。一旦甲烷已經(jīng)有效的波及這些區(qū)域，或者是關(guān)閉井6，或者是井6轉(zhuǎn)為注入井。因?yàn)闅鈶B(tài)解吸流體注入到井5和7之間的區(qū)域和井5、7和6之間的區(qū)域，所以，如果用的話將連在一起。這將使得氣態(tài)解吸流體有效的波及井5-7和1-3之間的區(qū)域和井5-7和9-11之間的區(qū)域。在這一段時間，將從井1-3和9-11生產(chǎn)甲烷和任何氣態(tài)解吸流體。
在另一方面，使用本發(fā)明來確定井是否與位于煤層之上或者煤層之下的沙巖層流通。在本發(fā)明的這一方面，把含氧氣的空氣或者某些其它的氣態(tài)流體注入到井中，然后某些其它的氣態(tài)流體通過井流回到地表面。監(jiān)測總的流體流回的速度和流回的流體的化學(xué)組成。如上面早已討論的，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在固體碳質(zhì)地下層中所含的碳質(zhì)物質(zhì)例如煤，能夠吸附大量的氧氣。人們認(rèn)為，大部分的氧化學(xué)吸附到碳質(zhì)物質(zhì)上，在回流期間其就不會從煤中釋放出來。可以經(jīng)驗(yàn)確定可能化學(xué)吸附到煤層的氧的量。該值可以輸入到數(shù)字儲層模擬器，然后可以用其計算氧的濃度，該濃度可以預(yù)計從井筒回流的情況。如果從井回流的流體中含有的氧的濃度比預(yù)計的高，其就表明該井可能與不容易化學(xué)吸附氧的沙巖或者某些其它類型的非碳質(zhì)層流體連通。因此，通過測定回流的流體的中的氧的濃度，可以確定是否該井與不含顯著百分量的碳質(zhì)物質(zhì)的沙巖和/或者頁巖流體連通。當(dāng)測定在回流的流體中的可能預(yù)計的氧的濃度時，很重要的是要考慮到在注入期間和回流期間之間可能關(guān)井的任何時間。一般的人們認(rèn)為，關(guān)井的時間越長，在回流的流體中的氧的濃度越低。
對于含有70-100％(重)的碳質(zhì)物質(zhì)的煤層，預(yù)計在回流期間回收的氧和其它注入的氣態(tài)解吸流體組分的比例小于在注入期間注入的氣態(tài)解吸流體中氧和其它注入的氣態(tài)解吸流體組分的比例的量的1/10。對于含有高重量百分比的碳質(zhì)物質(zhì)和對氧有最大的吸附能力的煤層預(yù)計在回流期間回收的氧和其它注入的氣態(tài)解吸流體組分的比例小于在注入期間注入的氣態(tài)解吸流體中氧和其它注入的氣態(tài)解吸流體組分的比例的量的1/50。對于煤層，一般的，預(yù)計在回流期間回收的氧和其它注入的氣態(tài)解吸流體組分的比例在注入期間在注入的氣態(tài)解吸流體中氧和其它注入的氣態(tài)解吸流體組分的比例的量的1/10-1/50。
如果按要用提高甲烷回收技術(shù)的生產(chǎn)計劃，一個井要用作注入井，很重要的可能是要通過使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的井筒封隔器或者其它技術(shù)隔離非碳質(zhì)層和注入井。
當(dāng)該井有在整個期間不會降低的相對高的水生產(chǎn)率時，確定井是否與非碳質(zhì)層例如沙巖流體連通也可能是很重要的。鉆入煤層的井開始常常產(chǎn)生水。但是，因?yàn)槊簩拥膬?nèi)生裂隙體系一般地含有比較少量的孔隙，所以水的生產(chǎn)速度在生產(chǎn)幾年之后一般地明顯地降低，一到二年之后一般地到約初始水生產(chǎn)速度的一半。如果其已確定，通過使用本發(fā)明，井是與沙巖連通，其后水可能來自沙巖。在這種情況下，如上所述可以把沙巖與井隔離，或者可以僅僅把鉆入煤層的新井完井，或者可以把老井堵塞或廢棄。因?yàn)樘幚砗徒鉀Q生產(chǎn)的水的費(fèi)用和難度，所以隔離水流可能是非常重要的。
然而在另一方面，在含有幾個碳質(zhì)層的固體碳質(zhì)地下層使用本發(fā)明。碳質(zhì)層垂直被沙巖或頁巖層隔開。在這種情況下，單獨(dú)測定儲層質(zhì)量和/或單獨(dú)每一主要碳質(zhì)層的提高甲烷回收特性可能是很重要的。
在本發(fā)明的這一方面，優(yōu)選的是把井鉆入到所有的主要碳質(zhì)層。該井是在鄰近每一主要碳質(zhì)層的井套管上用射孔完井。使用井筒封隔器，以便可以從每一主要碳質(zhì)層單獨(dú)注入氣態(tài)解吸流體并且可以流回。在這一方面，優(yōu)選的是在把氣態(tài)解吸流體注入每一主要碳質(zhì)層之后就關(guān)井，并且測定整個時間產(chǎn)生的壓降。
通過使用注入、關(guān)井和回流期間得到的數(shù)據(jù)，用歷史匹配數(shù)字儲層模擬器來測定每一主要層的儲層質(zhì)量和提高甲烷回收特性。關(guān)于決定用什么類型的甲烷回收方式從地層回收甲烷將取決于對于每一層測定的儲層質(zhì)量和提高甲烷回收特性。例如，如果一層的有效滲透率比其它層大幾個量級，但是其有低的吸附的甲烷含量，優(yōu)選的可能是把該層與注入的氣態(tài)解吸流體隔離，并且通過壓力降低技術(shù)從該層回收甲烷。由此，用提高甲烷回收技術(shù)可以從某些層回收甲烷，而同時用壓力降低技術(shù)從其它層回收甲烷。
通過把氣態(tài)解吸流體注入到單一個或者多個碳質(zhì)層，就可以約計碳質(zhì)層內(nèi)或者碳質(zhì)層之間的氣體和水的任一垂向偏離的數(shù)量。如果單層或者多層中氣體和水飽和是始終不變的話，在注入期間之前，對于產(chǎn)生水的井，在早期的回流期間水的生產(chǎn)速度開始時會是很低，在整個過程會慢慢增加。這被認(rèn)為是注入的氣態(tài)解吸流體比較均勻的波及碳質(zhì)層并使地層中的水移開井區(qū)的結(jié)果。如果把氣體和水分隔成個別的垂直分隔區(qū)，在早期的回流期間水的生產(chǎn)速度將類似于并且可能高于在氣態(tài)解吸流體注入到該單層或多層之前所存在的水的生產(chǎn)速度。這是氣態(tài)解吸流體優(yōu)先注入到高氣體飽和區(qū)的結(jié)果，由于該區(qū)對氣體的高滲透率，而水飽和區(qū)仍相對不受注入的氣態(tài)解吸流體的影響。在把氣態(tài)解吸流體注入到地層前后，模擬和分析的水生產(chǎn)數(shù)據(jù)將有利于確定存在于一個碳質(zhì)層和/或碳質(zhì)層之間的氣體和水是否分開。這將使得建立更精確的地層的儲層說明。正如本發(fā)明的其它方面一樣，在本發(fā)明的這一方面，使用數(shù)字儲層模擬器來分析該數(shù)據(jù)。在這一方面，數(shù)字儲層模擬器與水生產(chǎn)數(shù)據(jù)歷史匹配，產(chǎn)生更精確的地層的儲層說明。
確定地層質(zhì)量和提高甲烷回收特性用于確定地層質(zhì)量和提高甲烷回收特性的優(yōu)選方法是歷史匹配，其用數(shù)字儲層模擬器，由注入、回流和/或生產(chǎn)周期得到的實(shí)際數(shù)據(jù)。在該歷史匹配方法中，把各種儲層性質(zhì)的約計值輸入到數(shù)字儲層模擬器用的“儲層說明”中。隨著該過程的進(jìn)行，調(diào)整儲層特性例如滲透率或孔隙度，直到在數(shù)字儲層模擬器的輸出和匹配的實(shí)際數(shù)據(jù)之間得到“歷史匹配”。由歷史匹配方法結(jié)果得到修正和改進(jìn)的儲層說明。如果測定提高甲烷回收特性，儲層說明稱為“提高甲烷回收儲層說明”。
在歷史匹配過程中，隨著氣態(tài)解吸流體注入到地層并且回流，優(yōu)選考慮地層所呈現(xiàn)的應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系。另外，數(shù)字儲層模擬器優(yōu)選計算出地層內(nèi)的各種氣體的特征擴(kuò)散時間。人們認(rèn)為，這些因素都合并到儲層說明中，將有利于更精確的確定地層的儲層特性。此外，使用數(shù)字儲層模擬器來預(yù)測在煤層或者某些其它的固體碳質(zhì)地下層使用提高甲烷回收技術(shù)可能達(dá)到的甲烷回收速度時，應(yīng)該考慮這些因素。商業(yè)上可以買到的考慮到煤層中的各種氣體的特征擴(kuò)散時間的數(shù)字儲層模擬器是SIMED II-Multi-componentCoalbed Gas Simulator，其是從Centre for Petroleum Engineer-ing，University of New South Wales，Australan Petroleum Coop-erative Research Centre買到的煤層甲烷儲層模擬器?？梢园烟卣鲾U(kuò)散時間直接輸入到模擬器或者可以通過把擴(kuò)散度或擴(kuò)散常數(shù)值輸入到數(shù)字儲層模擬器來計算特征擴(kuò)散時間。如下面進(jìn)一步討論的可以計算應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系。
實(shí)施例該實(shí)施例表明從生產(chǎn)、注入、關(guān)井和回流期間得到的怎么樣的數(shù)據(jù)可以用于確定含有至少一個煤層的地層的提高甲烷回收特性。在位于San Juan Basin of New Mexico的煤層甲烷氣田進(jìn)行本發(fā)明的中型試驗(yàn)。在該試驗(yàn)中，使用單一井把氣態(tài)解吸流體注入到fruidland煤層。該井鉆到深906.78米。本發(fā)明試驗(yàn)的煤層的總厚度大約是16.76米。該試驗(yàn)的煤層位于二個主要煤層之間，一個位于地面下837.29米和866.85米之間，另一個位于地面下866.85和874.78米之間。該井是用套管完井，套管是在鄰近二個主要煤層之間的區(qū)域射孔。該井開始用平滑水裂縫處理完井，該處理用68，039kg的40/40和20/40目沙子。在氣態(tài)解吸流體注入之前，從該井累計生產(chǎn)甲烷1.81百萬標(biāo)準(zhǔn)立方米(MMSCM)氣體。該初始生產(chǎn)周期如圖3所示。該試驗(yàn)井和最近的鄰井之間的井距是1,138米，對于試驗(yàn)井相當(dāng)于總的供氣面積1,294,994平方米(M2)。
在開始注入氣態(tài)解吸流體之前該井關(guān)井約19天，使接近地層的井的壓力達(dá)到穩(wěn)定條件。在這一期間井的相應(yīng)壓力示于圖3的區(qū)20和圖4的區(qū)21。
用于該實(shí)施例的氣態(tài)解吸流體是在井位有的及含有20-22％(體)氧和78-80％(體)氮的空氣。假設(shè)空氣會導(dǎo)致同樣的壓力響應(yīng)，因此，模擬注入到煤層中的空氣的整個的體積作為在數(shù)字儲層模擬器中注入的氮?dú)狻?br> 在每一步注入的氣態(tài)解吸流體如圖4所示。在第一步，在井底注入壓力約為5,515,806Pa下，以約22.653千標(biāo)準(zhǔn)立方米/天(MSCM/Day)速度注入空氣。5天之后，在井底注入壓力約為9,652,660-11,031,611Pa下，空氣的注入速度增加到約39.644MSCM/Day。在這樣較高速度下注入約12天后，停止注入空氣。停止注入后關(guān)井，監(jiān)測相應(yīng)的壓力降，如圖4所示。大約30天后，再打開井，在固定的回壓下使其回流到地面。在回流期間，監(jiān)測井底壓力和回流的流體的化學(xué)組成，如圖5和6所示。對該試驗(yàn)，在回流的流體中甲烷的體積百分?jǐn)?shù)和在回流的流體中氮?dú)獾捏w積百分?jǐn)?shù)之和等于100％。對于回流期間的大約第一個60天，該流體排放到大氣，然后使該井均衡送氣到銷售管道。在該中型試驗(yàn)期間，通過注入的空氣探測大約16,187m2。因此，在該過程中，通過注入的空氣探測大約1％(體)的總的供氣面積可以到試驗(yàn)井。
分析在注入后關(guān)井期間的壓降響應(yīng)，以得到井筒周圍的煤層的有效滲透率(k)、裂縫的半長度(Xf)、井筒趨膚因子和在回流期開始時的儲層壓力的數(shù)值。煤層的有效滲透率可以用另一種方法由實(shí)驗(yàn)室解吸試驗(yàn)測量。
上面列出的數(shù)值與表1中所列出的參數(shù)一起輸入數(shù)字儲層模擬器，其與由預(yù)注入生產(chǎn)、注入和回流期所得到的數(shù)據(jù)歷史匹配。
表1 模擬輸入?yún)?shù)，孔隙度(％)0.2k，水平滲透率(md) 0.35h，儲層厚度(米) 16.76cw，水壓端系數(shù)(Pa-1)2.068×10-2pw@101,353Pa，水密度(kg/m3)956μw，水粘度(cp) 1.0rw，井半徑(m) 0.0701ms，趨膚因子 -5.2rWeff，有效井半徑(m) 12.10mpi，原生儲層壓力(Pa)4,481,592PB，堆積密度(gm/cc) 1.53VmCH4，最大吸附甲烷能力(m3/kg) 0.014826bCH4，甲烷的蘭格繆爾常數(shù)(Pa-1) 2.016×10-6VmN2，最大吸附氮能力(m3/kg) 0.006055bN2，氮?dú)獾奶m格繆爾常數(shù)(Pa-1) 1.0646×10-7L，層 1Cf，巖石可壓縮性(Pa-1) 1.3938×10-7ri，試驗(yàn)半徑(m) 71.02上面的Vm和b數(shù)值是來自于用物理上類似在中型試驗(yàn)中所研究的煤所得到的經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)出的無礦物質(zhì)甲烷和氮?dú)獾牡葴鼐€。初始儲層壓力(Pi)、儲層厚度(h)和堆積密度(gm/cc)是從原始完井時制得的測井曲線得到的。巖石壓縮系數(shù)的數(shù)值是從用物理上類似在試驗(yàn)區(qū)找到的這些煤所進(jìn)行的解吸試驗(yàn)中得到的。
用于這個實(shí)施例的數(shù)字儲層模擬器是擴(kuò)展的Langmuir吸附等溫線組合式模擬器。擴(kuò)展的Langmuir吸附等溫線由下面的方程式2說明Vi=(VM)ibiPi1+ΣjbjPj----(2)]]>該模擬器能夠接受與巖石特性、流體特性、相對滲透率關(guān)系和應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系有關(guān)的輸入。對于這個實(shí)施例，儲層是作為單井、單層和有縱向間隔網(wǎng)格點(diǎn)的徑向模型而模擬的。在這個實(shí)施例中，利用一層來簡化歷史匹配法。在由the Society of Petroleum Engineers出版的L.E.Arri，等人的‘Modeling Coalbed Methane Production with Binary Gas Sorption-，’SPE 24363，p459-472，(1992)中介紹了擴(kuò)展的Langmuir吸附等溫線模型和如何使用它。
在歷史匹配過程中，調(diào)節(jié)有效滲透率關(guān)系，直到在預(yù)測的和實(shí)際的數(shù)據(jù)之間匹配。正如先前討論過的那樣，有效滲透率關(guān)系是由煤呈現(xiàn)的應(yīng)力相關(guān)滲透率關(guān)系和煤中存在的相對滲透率關(guān)系產(chǎn)生的。這兩個關(guān)系都可以用模擬器中的數(shù)據(jù)表計算。
在該實(shí)施例中，在試驗(yàn)時的水生產(chǎn)速率是很小的，關(guān)于過去的水生產(chǎn)幾乎沒有什么歷史資料。因此，沒有考慮在煤層中存在的相對效滲透率關(guān)系。調(diào)整有效滲透率關(guān)系，以便考慮煤所呈現(xiàn)的應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系怎樣受孔隙壓力變化方面的影響。
圖1表示煤的理論的和合適的應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系。應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系取決于煤所在的基本的側(cè)限應(yīng)力，在該實(shí)施例中其等于埋藏應(yīng)力減孔隙壓力。圖1是由地表之下約853米的煤層導(dǎo)出的。因此，因?yàn)槁癫貞?yīng)力仍是常數(shù)，所以圖1表示隨著孔隙壓力的變化而產(chǎn)生的有效滲透率關(guān)系方面的變化。圖1是滲透率比(Kf/Ki)與孔隙壓力的關(guān)系的曲線圖，其中Kf是在給定孔隙壓力下的有效滲透率，Ki是在初始儲層壓力下存在的有效滲透率。由曲線25所描述的理論的應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系通過測定巖芯樣品內(nèi)的滲透率降低來經(jīng)驗(yàn)的確定，滲透率降低是隨著巖芯樣品上的基本側(cè)應(yīng)力增加而產(chǎn)生的。
把理論的應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系作為模擬器的巖石特性部分內(nèi)的數(shù)據(jù)表輸入到模擬器。然后調(diào)整應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系，直到在預(yù)注入生產(chǎn)和空氣注入期間收集的數(shù)據(jù)內(nèi)得到歷史匹配。對于應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系，該歷史匹配值通過擬合曲線27來描述。
人們認(rèn)為，在預(yù)注入生產(chǎn)和空氣注入期間，理論曲線25和擬合曲線27之間的誤差是模擬器沒有考慮地層在這期間所呈現(xiàn)的相對的有效滲透率關(guān)系的結(jié)果。如擬合曲線27所示，滲透率隨著孔隙壓力的增加而指數(shù)地增加，直到最后曲線拉平時達(dá)到的壓力。
擬合曲線29描述了在回流期間地層所呈現(xiàn)的歷史匹配的應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系。從擬合曲線29可以看出，應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系呈現(xiàn)滯后的效果，由此，在回流期間的末期滲透率大于空氣注入期前的滲透率。
圖6表示在回流期間生產(chǎn)的流體中所含的氮?dú)獾捏w積百分比。人們認(rèn)為，在該實(shí)施例中所用的數(shù)字儲層模擬器不能考慮特征擴(kuò)散時間，所以實(shí)際的氮?dú)饨M成和預(yù)計的氮?dú)饨M成之間產(chǎn)生誤差。所用的模擬器假設(shè)特征擴(kuò)散時間是零?；蛘撸瑩Q句話說，氮?dú)夂图淄樗查g吸附和解吸。此外，人們認(rèn)為，如圖5所示的預(yù)期的井底壓力和實(shí)際的井底壓力之間的誤差在早期的回流期間也產(chǎn)生，因?yàn)槟M器不能考慮特征擴(kuò)散時間。這就使得模擬器預(yù)期比在早期的回流期間實(shí)際產(chǎn)生的壓力更高的壓力來維持氮?dú)鈴拿簩咏馕?。如下面所討論的，不考慮甲烷和氣態(tài)解吸流體分子的特征擴(kuò)散時間也會使得預(yù)期將來的提高甲烷回收速率更不精確。
如早已討論的，在數(shù)字儲層模擬器中含有的儲層說明隨著歷史匹配過程的發(fā)生而不斷改進(jìn)?？梢杂镁哂懈倪M(jìn)的儲層說明的數(shù)字儲層模擬器來預(yù)計可以從使用原生壓力降低技術(shù)或者提高甲烷回收技術(shù)由地層預(yù)期的回收速率。
圖7-9表示對于通過中型試驗(yàn)所分析的從地層回收甲烷的生產(chǎn)計劃所預(yù)計的甲烷回收速率和氮?dú)馍a(chǎn)速率。該生產(chǎn)計劃用9口井，其擴(kuò)展到超過5.179,976m2面積，并且如圖10所示布井。對于提高甲烷回收方案，中心井是注入井，周圍的8口井是回收井。對于原生壓力降低回收方案，所有的9口井都是回收井。
對于提高甲烷回收方案，假設(shè)氮?dú)鈱⒁?5.307MSCM/天的速度，以注入井13,789,514Pa的井底壓力注入到地層。假定注入井的井筒趨膚因子為-4.75。通過模擬，在所用的回收井中井底壓力是2,068,427Pa。假定回收井的趨膚因子為-4.4。
從圖8可以看出，對于第一個幾年的生產(chǎn)情況，預(yù)計的提高甲烷回收速度低于預(yù)計的原生壓力降低回收速度。該較低的回收速度是由于在提高甲烷回收方案中中心的注入井不回收甲烷，因此，由預(yù)期的計劃初始的提高甲烷回收速度低于原生壓力降低甲烷回收速度。
人們認(rèn)為，實(shí)際的最大的提高甲烷回收速度要低于由模擬器所預(yù)期的甲烷回收速度，并且最大的速度將恰好比圖8所示的更快的發(fā)生。這是由于在該實(shí)施例中所用的數(shù)字儲層模擬器不能考慮甲烷和氮?dú)獾奶卣鲾U(kuò)散時間。另外，認(rèn)為氮?dú)鈱?shí)際比模擬器所預(yù)期的更快地到達(dá)回收井。這也認(rèn)為是模擬器不能考慮特征擴(kuò)散時間的結(jié)果。
精確的儲層說明的可行性促使確定從固體碳質(zhì)地下層回收甲烷的技術(shù)的可行性。使用數(shù)字儲層模擬器，甲烷回收速度、從生產(chǎn)井生產(chǎn)的氣態(tài)解吸流體的體積百分比、水生產(chǎn)速度和從地層可以預(yù)計要生產(chǎn)的氣體和水的總體積可以可靠的預(yù)測。這種涉及未來的井和氣田性能的信息將容許進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)分析，以確定由特別提出的或者使用原生壓力降低技術(shù)或者使用提高甲烷回收技術(shù)的生產(chǎn)計劃回收甲烷的工業(yè)可行性。
從該實(shí)施例和上面的詳細(xì)說明可以看出，本發(fā)明提供一種使用從與儲層模擬技術(shù)一起的注入/回流試驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)來快速、有效地確定固體碳質(zhì)地下層的儲層質(zhì)量和提高甲烷回收特性的新穎方法。也提供一種快速而花費(fèi)不多的開發(fā)地層的儲層描述的方法，該儲層描述可以用來預(yù)測從這樣的地層中回收甲烷的工業(yè)可行性。
從上面的詳細(xì)說明可以看出，為各種變動、替換和改進(jìn)對于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來講是顯而易見的。因此，這種描述僅僅是說明性的，對于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來講僅提供實(shí)施本發(fā)明的方法。對于本申請所描述的內(nèi)容可以進(jìn)行各種各樣的改變并且可以取代某些原料。
因此，應(yīng)該了解到，可以進(jìn)行各種改進(jìn)、替換和變動而沒有離開所附的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍。當(dāng)然，所有這樣的改進(jìn)都要包括在所附的權(quán)利要求之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種確定固體碳質(zhì)地下層的提高甲烷回收特性的方法，該方法包括a)通過井把氣態(tài)解吸流體注入到地層，同時得到注入速度數(shù)據(jù)；b)為了生產(chǎn)含有注入的解吸氣態(tài)流體和甲烷而流回該井；c)對于在步驟b)中生產(chǎn)的流體，得到生產(chǎn)速度數(shù)據(jù)和化學(xué)組成數(shù)據(jù)；和d)對于使用步驟a)和c)得到的數(shù)據(jù)的井周圍的地層，確定至少一種下面的提高甲烷回收特性，其中，提高甲烷回收特性選自有效滲透率關(guān)系、對氮的特征擴(kuò)散時間、對甲烷的特征擴(kuò)散時間、對注入的氣態(tài)解吸流體的特征擴(kuò)散時間、應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系、相對滲透率關(guān)系、儲層流動能力、是否第一口井與非碳質(zhì)地下層流體連通和它們的結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中步驟d)包括數(shù)字儲層模擬器與步驟a)和c)得到的數(shù)據(jù)歷史匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中固體碳質(zhì)地下層包括煤層，歷史匹配步驟包括da)得到煤層的有效滲透率值、井筒趨膚值和儲層壓力值；db)把步驟da)得到的值輸入到數(shù)字儲層模擬器；和dc)調(diào)整模擬器中得到的儲層特性，使模擬器與步驟a)和c)得到的數(shù)據(jù)歷史匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，還包括e)在步驟b)中從接近煤層的區(qū)域得到壓力數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中調(diào)整的儲層特性包括注入的氣態(tài)解吸流體的特征擴(kuò)散時間，其中數(shù)字儲層模擬器與在步驟e)得到壓力數(shù)據(jù)歷史匹配。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中調(diào)整的儲層特性包括注入的氣態(tài)解吸流體的特征擴(kuò)散時間，其中數(shù)字儲層模擬器與在步驟c)得到的流體化學(xué)組成數(shù)據(jù)歷史匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中調(diào)整的儲層特性包括有效滲透率關(guān)系和數(shù)字儲層模擬器與在步驟a)得到的注入速度數(shù)據(jù)歷史匹配。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中注入的氣態(tài)解吸流體包括空氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中步驟da)包括daa)關(guān)井；dab)測定在步驟daa)中接近煤層的井中壓力的變化速度；dac)用步驟dab)的壓力變化速度確定井周圍煤層的有效滲透率值、井筒趨膚值和儲層壓力值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中步驟daa)和dab)在步驟a)之前完成。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中步驟daa)和dab)在步驟a)之后但在步驟b)之前完成。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中在步驟dab)測定的壓力變化速度是正的。
13.一種確定煤層的提高甲烷回收特性的方法，該方法包括a)通過鉆入煤層的井把氣態(tài)解吸流體注入到煤層中，同時得到注入速度數(shù)據(jù)；b)流回該井，以便生產(chǎn)含有注入的解吸的氣體流體和甲烷的流體；c)得到在步驟b)生產(chǎn)的流體生產(chǎn)速度數(shù)據(jù)和化學(xué)組成數(shù)據(jù)；d)在步驟b)從鉆入到煤層的井區(qū)得到壓力數(shù)據(jù)；e)數(shù)字儲層模擬器與在步驟a)、c)和d)得到的數(shù)據(jù)歷史匹配，以確定煤層的至少一種下面的提高甲烷回收特性，其中提高甲烷回收特性選自有效滲透率關(guān)系、對氮的特征擴(kuò)散時間、對甲烷的特征擴(kuò)散時間、對注入的氣態(tài)解吸流體的特征擴(kuò)散時間、應(yīng)力相關(guān)的滲透率關(guān)系、相對滲透率關(guān)系、儲層流動能力和它們的結(jié)合；和f)使用在步驟e)測定的提高甲烷回收特性導(dǎo)出一種提高甲烷回收儲層說明。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中在步驟a)注入的氣態(tài)解吸流體包括含有約20-22％(體)氧氣和約78-80％(體)氮?dú)獾目諝狻?br> 15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，還包括g)測定在步驟a)中注入的氣態(tài)解吸流體中所含的氧氣與其它注入的氣態(tài)解吸流體組分的比例；h)測定在步驟b)中回流的流體中所含的氧氣與其它注入的氣態(tài)解吸流體組分的比例；和i)通過比較步驟g)和h)測定的比例來確定是否該井與非碳質(zhì)地下層流體連通。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中在步驟h)測定的比例小于約在步驟g)測定的比例的1/10，因此表明該井不與非碳質(zhì)地下層流體連通。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中在步驟h)測定的比例小于約在步驟g)測定的比例的1/50，因此表明該井不與非碳質(zhì)地下層流體連通。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中在至少兩個步驟向地層注入流體，每一步驟之后使用更高的注入壓力。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括g)通過使用提高甲烷回收儲層說明來預(yù)測煤層的提高甲烷回收速度。
20.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括g)通過使用在步驟f)開發(fā)的提高甲烷回收儲層說明來設(shè)計地層的提高甲烷回收技術(shù)；和h)使用提高甲烷回收技術(shù)從地層回收甲烷。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中設(shè)計的提高甲烷回收技術(shù)包括ga)確定在把氣態(tài)解吸流體注入到煤層從地層回收甲烷時氣態(tài)解吸流體的注入速度和注入壓力。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中設(shè)計的提高甲烷回收技術(shù)還包括gb)確定要用的氣態(tài)解吸流體的化學(xué)組成；和gc)確定要用來最有效地從煤層回收甲烷的井距和井的布局。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中煤層包括一個以上的至少部分被基本上為非碳質(zhì)地下層分開的煤層，以及設(shè)計的提高甲烷回收技術(shù)還包括gb)確定使用在步驟f)開發(fā)的提高甲烷回收儲層說明來把氣態(tài)解吸流體注入煤層。
24.確定煤層的儲層質(zhì)量的方法，該方法包括a)通過井筒把空氣注入到煤層，同時得到空氣的注入速度數(shù)據(jù)和化學(xué)組成數(shù)據(jù)；b)流回該井筒，以生產(chǎn)氣體流體；c)得到在步驟b)中生產(chǎn)的氣體流體的生產(chǎn)速度數(shù)據(jù)和化學(xué)組成數(shù)據(jù)；和d)使用步驟a)和c)得到的數(shù)據(jù)確定該井筒是否與非碳質(zhì)地下層流體連通。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，還包括e)在步驟a)之前從該井測定水生產(chǎn)速率；f)在步驟b)期間從該井測定水生產(chǎn)速率；和g)通過比較步驟e)測定的水生產(chǎn)速率和步驟f)測定的水生產(chǎn)速率來確定煤層中是否氣體和水分開成垂直的分布區(qū)。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，還包括e)確定煤層的至少一種下面的儲層特性，該儲層特性選自儲層壓力、煤層的堆積密度、煤層對甲烷的最大的吸附能力、煤層對氮?dú)獾淖畲蟮奈侥芰Α⒚簩訉ρ鯕獾淖畲蟮奈侥芰?、儲層的連續(xù)性、儲層的不均勻性、儲層的各向異性、地層破裂壓力、煤層吸附的甲烷的量和它們的結(jié)合。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其中步驟e)包括數(shù)字儲層模擬器與步驟a)和c)得到的數(shù)據(jù)的歷史匹配。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中足夠體積的空氣注入到煤層，使得試驗(yàn)半徑大于約該井的有效井半徑的5-100倍。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中足夠體積的空氣注入到煤層，使得試驗(yàn)半徑為至少0.5％的該井與最鄰近的鄰井的井距。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中足夠體積的空氣注入到煤層，使得試驗(yàn)半徑為至少1％的該井與最鄰近的鄰井的井距。
31.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中足夠體積的空氣注入到煤層，使得試驗(yàn)半徑為至少1％-10％的該井與最鄰近的鄰井的井距。
32.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，還包括f)得到從鉆入煤層的附近的鄰井生產(chǎn)的流體的生產(chǎn)速率數(shù)據(jù)和化學(xué)組成數(shù)據(jù)；和其中步驟e)包括數(shù)字儲層模擬器與步驟a)、c)、和f)得到的數(shù)據(jù)的歷史匹配。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，還包括g)通過該井把示蹤氣體注入煤層；h)測定從附近的鄰井得到該示蹤氣體所要的時間；和i)使用步驟h)測定的時間，確定該井和附近的鄰井之間的煤層區(qū)域的特征停留流動時間。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，還包括j)使用步驟i)得到的特征停留流動時間和步驟f)得到的化學(xué)組成數(shù)據(jù)確定特征擴(kuò)散時間。
全文摘要
公開了一種確定固體碳質(zhì)地下層的儲層特性的方法。該方法使用從注入/回流試驗(yàn)得到的氣田數(shù)據(jù)，其使用氣態(tài)解吸流體與儲層模擬技術(shù)一起來確定地層的儲層質(zhì)量和提高甲烷回收特性。
文檔編號E21B49/00GK1136338SQ9519099
公開日1996年11月20日 申請日期1995年10月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月4日
發(fā)明者瑞杰恩·普瑞 申請人:阿莫科公司