(Escuela de Energía, Universidad de Geociencias de China (Beijing), Beijing 100083)
Resumen: Estudio del flujo monofásico único etapa en el proceso de desarrollo de yacimientos de metano de capas de carbón subsaturados, lo que ayuda a profundizar la comprensión de las características de drenaje temprano de este tipo de yacimientos de metano de capas de carbón y su efecto indicativo sobre la productividad potencial de los pozos de gas. Tomando como ejemplo el yacimiento de metano de lecho de carbón insaturado en el campo de metano de lecho de carbón de Qinnan, este artículo se centra en las características de producción de gas de drenaje monofásico en la etapa inicial de desarrollo de este tipo de yacimiento de gas y revela su relación con la productividad posterior del pozo de gas. y analiza su predicción de la importancia potencial de la productividad del pozo de gas. Los resultados muestran que las características de drenaje monofásico de los pozos de gas en el área de Qinnan se ven muy afectadas por las fallas y existe una relación exponencial entre el tiempo de drenaje y la producción acumulada. Los pozos de gas con un tiempo de drenaje de 50 a 140 días y una producción acumulada de agua de menos de 500 m3 muestran buenas capacidades de producción de gas.
Palabras clave: Importancia indicativa de las características de producción de drenaje monofásico de yacimientos de metano de capas de carbón no saturados
Proyecto de financiación: importante proyecto nacional de ciencia y tecnología para grandes yacimientos de petróleo y gas y desarrollo de metano de capas de carbón ( 2011zx 05034-001); Proyecto Nacional Clave de Planificación del Desarrollo de la Investigación Básica (973) (2009 CB 219600); Fondos de Investigación Fundamental para Universidades Centrales (2011py 0211)
Acerca del autor: Lu Yumin, hombre, de Ji 'an, Jiangxi, 1985, estudiante de doctorado, actualmente dedicado a la investigación sobre desarrollo y geología del metano en capas de carbón. Dirección: Escuela de Energía, Universidad de Geociencias de China (Beijing), No. 29 Xueyuan Road, distrito de Haidian, Beijing. Número de contacto: 010 82322011. Correo electrónico: yale1210@163. com
Características del flujo monofásico e indicaciones del desarrollo temprano de metano en yacimientos de carbón: tomando como ejemplo la cuenca sur de Qinshui
Lv Yumin, Tang Dazhen, Xu Hao, Tao Shu, Zhang Biao
p>(Escuela de Energía, Universidad de Geociencias de China, Beijing, 100083)
Resumen: Estudiar las características únicas del flujo de agua monofásico en el desarrollo de yacimientos de petróleo subsaturados es beneficioso para obtener características tempranas de bombeo y predecir la capacidad de producción de los pozos de gas. Tomando como ejemplo el depósito de metano de lecho de carbón subsaturado en la cuenca sur de Qinshui, este artículo se centra en las características del bombeo monofásico en la etapa inicial de desarrollo del depósito de metano de lecho de carbón subsaturado y revela la relación entre la dinámica de bombeo monofásico y el gas. productividad del pozo y analiza su impacto en la productividad potencial de la función de indicación de los pozos de gas. Los resultados muestran que las características del flujo de agua monofásico en la cuenca sur de Qinshui están controladas principalmente por fallas, y existe una relación exponencial entre el tiempo de bombeo de agua monofásico y la producción acumulada de agua. Además, los pozos con tiempos de bombeo entre 50 y 140 días y una producción acumulada de agua inferior a 500 m3 muestran una buena dinámica de producción de gas.
Palabras clave: depósito de metano de capas de carbón subsaturado; agua monofásica; características de bombeo; indicación
Como importante depósito de gas natural no convencional, los depósitos de metano de capas de carbón están recibiendo cada vez más atención de los académicos nacionales. En los últimos años, un gran número de académicos nacionales han realizado investigaciones sobre las propiedades físicas de los yacimientos (Chen et al., 2007), las condiciones hidrogeológicas (Zhang et al., 2001; Wang Bo et al., 2007), los mecanismos de límites y sellado ( Su Xianbo et al., 2005; Yan Song et al., 2009) y Se han realizado una gran cantidad de trabajos de investigación y se han logrado ciertos resultados en aspectos como la evolución de la formación de yacimientos (Yan Song et al., 2009; Zhao Qun et al., 2007; Zhao et al., 2005). Sin embargo, en comparación con países extranjeros, la investigación básica sobre los yacimientos de metano de las capas de carbón en mi país comenzó relativamente tarde. Todavía queda mucho por hacer en términos del entorno geológico y el mecanismo de formación de los yacimientos de carbón, las características de adsorción y los modelos de descripción del carbón en condiciones altas. la temperatura y la alta presión, y los factores de control geológico del rendimiento de la adsorción del carbón se fortalecen y profundizan (Yansong et al., 2005). En la actualidad, mi país carece de una comprensión sistemática del desarrollo de yacimientos de metano en capas de carbón, especialmente la falta de comprensión de las características del drenaje monofásico en las primeras etapas del desarrollo de yacimientos de metano en capas de carbón no saturados y su relación con la productividad de los pozos de gas, lo que restringe la desarrollo racional y despliegue de yacimientos de gas. Dado que los yacimientos de carbón tienen una evidente sensibilidad al estrés, las medidas irrazonables de drenaje monofásico en la etapa inicial de desarrollo de yacimientos de metano de lechos de carbón insaturados dañarán en gran medida la permeabilidad absoluta del yacimiento, reducirán la capacidad potencial de producción de gas del pozo de gas e incluso afectarán la Todo el campo de metano de capas de carbón. Implementación posterior del desarrollo y efectos del desarrollo.
1 Características de producción de agua de los yacimientos de metano subsaturados en yacimientos de carbón
La fuerte capacidad de adsorción es una de las características importantes de los yacimientos de carbón. La cantidad de gas adsorbido en las vetas de carbón generalmente puede alcanzar más de 80. % (Su Xianbo et al., 1999).
Este mecanismo de ocurrencia especial, que es diferente de los yacimientos de gas natural convencionales, determina la singularidad del mecanismo de producción de metano en capas de carbón. La extracción de metano en lechos de carbón es un proceso de drenaje → reducción de presión → desorción → difusión → filtración → minería (Feng, 2009). En este proceso, el mecanismo de producción de gas y agua del yacimiento de metano del lecho de carbón se ve afectado por su saturación de gas. En otras palabras, la curva de producción de gas y agua del pozo de metano del lecho de carbón varía con la saturación de gas del yacimiento de metano del lecho de carbón (Su Xianbo). et al., 2001).
1.1 Características de producción de gas de yacimientos de metano de lechos de carbón sobresaturados/saturados
Los yacimientos de metano de lechos de carbón sobresaturados se refieren a yacimientos de metano de lechos de carbón con una saturación de gas superior a 100, que se caracterizan por el hecho de que algunos El metano de las capas de carbón es El estado libre existe en el sistema de poros y fisuras de los yacimientos de carbón. Cuando el pozo de gas se drena y se despresuriza, el metano de las capas de carbón se desorbe y difunde rápidamente y se produce junto con el metano libre de las capas de carbón (Fig. 1a). Por lo tanto, cuando se desarrolla este tipo de yacimiento de gas, el metano de las capas de carbón se produce inmediatamente después de abrir y descargar el pozo de gas. Básicamente no pasa por la etapa de flujo de agua monofásica no saturada y ingresa directamente a la etapa de flujo de dos fases gas-agua. (Figura 1, Fase 3).
Figura 1 Curvas características de producción de agua de yacimientos de metano de yacimientos de carbón con diferentes saturaciones de gas
Los yacimientos de metano de yacimientos de carbón saturados se refieren a yacimientos de metano de yacimientos de carbón con una saturación de gas igual a 100. Cuando el pozo de gas comienza a descargar líquido y a reducir la presión, el metano del lecho de carbón se desorberá y difundirá inmediatamente. A medida que avanzan la desorción y la difusión, la saturación de gas libre en los poros y fisuras de la veta de carbón aumenta gradualmente hasta que es mayor que la saturación de gas residual, y el pozo de gas comienza a producir metano del lecho de carbón (Fig. 1b). Por lo tanto, para desarrollar este tipo de yacimiento de metano en capas de carbón, el pozo de gas debe pasar por una breve etapa de flujo monofásico insaturado antes de producir metano en capas de carbón (como se muestra en la Fase 2 de 1).
1.2 Características de producción de gas de yacimientos de metano de capas de carbón insaturados
Los yacimientos de metano de capas de carbón insaturados se refieren a yacimientos de metano de capas de carbón con una saturación de gas inferior a 100. Cuando se drena el pozo de gas para reducir la presión, el metano del lecho de carbón básicamente no se ha desorbido todavía, y la desorción no comienza hasta que la presión del yacimiento es inferior a la presión de desorción crítica. En este momento, el pozo de gas aún no ha producido metano de carbón. Solo cuando la saturación de gas libre en los poros y fracturas de las vetas de carbón es mayor que la saturación de gas residual, el pozo de gas comienza a producir metano en el lecho de carbón (Fig. 1c). Por lo tanto, para desarrollar este tipo de yacimiento de metano en capas de carbón, el pozo de gas experimentó un flujo de agua monofásico saturado y un flujo de agua monofásico insaturado (etapa I y etapa II en la Figura 1), y luego comenzó a producir metano en capas de carbón.
En la etapa inicial de desarrollo de yacimientos de metano no saturados en capas de carbón, la producción de gas de drenaje monofásico lleva mucho tiempo, desde 1 a 2 meses hasta varios años. Las características de drenaje de gas y agua formadas durante el período de drenaje monofásico a largo plazo son una base importante para comprender las características de los yacimientos de gas y estudiar la productividad potencial de los pozos de gas.
2 Características de producción de drenaje monofásico de yacimientos de metano de capas de carbón insaturados en la etapa inicial de desarrollo
Hay dos parámetros cuantitativos principales que caracterizan las características de drenaje monofásico de metano de capas de carbón insaturado Embalses en fase inicial de desarrollo: tiempo de drenaje monofásico y rendimiento acumulado de agua monofásico.
2.1 Tiempo de drenaje monofásico
El tiempo de drenaje monofásico se refiere al momento en que el pozo de metano de lecho de carbón solo produce agua pero no gas en la etapa inicial cuando se desarrollan yacimientos de metano de lecho de carbón insaturados. . El tiempo de drenaje monofásico a largo plazo inevitablemente aumentará el costo del desarrollo de pozos de metano en capas de carbón. Por lo tanto, el tiempo de drenaje monofásico afecta directamente el costo de desarrollo del campo de gas y es un parámetro importante para evaluar la economía del desarrollo del campo de metano en capas de carbón.
2.2 Producción acumulada de agua monofásica
La producción acumulada de agua monofásica se refiere a la producción total acumulada de agua subterránea en la etapa inicial de los pozos de metano de capas de carbón cuando se desarrolla metano de capas de carbón insaturado embalses. Dado que la mayor parte del agua producida tiene las características de alto contenido de sal y alta salinidad, no cumple con los estándares nacionales de descarga y debe ser tratada antes de ser descargada para evitar contaminar el sistema de aguas superficiales y las aguas subterráneas (Pan et al., 1998; Wang Zhichao et al., 2009). El tratamiento del agua producida sin duda aumenta el costo de desarrollo del metano de capas de carbón. Por lo tanto, la producción acumulada de agua monofásica afecta el costo de desarrollo de los campos de gas y es un parámetro importante para evaluar la economía del desarrollo de campos de metano de capas de carbón.
2.3 Relación entre el tiempo de drenaje de agua monofásico y la producción acumulada de agua monofásica
El tiempo de drenaje de agua monofásico y la producción acumulada de agua monofásica en la etapa inicial de desarrollo de Los yacimientos de metano no saturados de las capas de carbón se ven afectados por la geología y la ingeniería. Debe haber una cierta relación entre los dos y la influencia de muchos factores similares, como los factores humanos.
De la relación entre el tiempo de drenaje monofásico y la producción acumulada de agua monofásica de los pozos de metano de lechos de carbón en el campo de metano de carbón de Qinnan (Figura 2), se puede ver que cuando el tiempo de drenaje monofásico es inferior a 250 días, hay hay una fuerte relación lineal entre ésta y la relación de producción acumulada de agua monofásica cuando el tiempo de drenaje de agua monofásica es mayor a 250 días, su correlación con la producción acumulada de agua monofásica es pobre y tiene una relación exponencial. . En general, existe una relación exponencial entre ellos:
y=144.37exp(0.0069x)
Donde: x es el tiempo de drenaje monofásico, y es el tiempo de drenaje monofásico; -fase Producción acumulada de agua, m3. El valor R2 de la función de ajuste alcanza 0,8323, lo que indica que esta función puede describir bien la relación entre el tiempo de drenaje del agua monofásica y la producción acumulada de agua monofásica en el área.
2.4 Factores que influyen y características de producción del drenaje de agua monofásico
Hay muchos factores que afectan las características de drenaje del agua monofásica, incluida la proporción del depósito de gas, la tasa de drenaje y las características estructurales. condiciones geológicas y condiciones hidrogeológicas.
Bajo la misma tasa de drenaje, cuanto mayor sea la saturación de gas del yacimiento de metano de la capa de carbón, mayor será la presión crítica de desorción, lo que significa que menor será la caída de presión requerida para que los pozos de gas logren la producción de gas, por lo que fase de drenaje de agua Cuanto más corto sea el tiempo, menor será la producción acumulada de agua.
Figura 2 Relación entre el tiempo de drenaje monofásico y la producción acumulada de agua monofásica.
En condiciones de una relación de almacenamiento temporal similar, cuanto más rápida sea la tasa de drenaje del pozo de metano de las capas de carbón, más rápida será la despresurización del yacimiento y más corto será el tiempo para lograr la producción de gas (es decir, más corto será el tiempo de suministro de agua monofásico). tiempo de drenaje), la producción acumulada Cuanto menor sea el volumen de agua, como J7 y J10 con una saturación de gas de aproximadamente 82,8 en la Tabla 1.
Tabla 1 Relación entre las características de drenaje monofásico y fallas
Las condiciones geológicas tectónicas y las condiciones hidrogeológicas tienen una gran influencia en las características de drenaje y producción de una sola fase. La permeabilidad del yacimiento, el contenido de agua y la actividad del agua subterránea son diferentes en diferentes partes estructurales y áreas con diferentes condiciones hidrogeológicas, lo que resulta en diferentes características de producción y drenaje monofásico de los pozos de gas. Hay muchas fallas normales desarrolladas en los campos de metano de capas de carbón en el sur de la dinastía Qin (, 2005). Las condiciones hidrogeológicas cerca de estas fallas son complejas, lo que no favorece el drenaje y la reducción de presión. El drenaje monofásico lleva mucho tiempo y tiene un gran rendimiento acumulativo (Tabla 1).
3 La relación entre el drenaje monofásico, las características de producción y la productividad de los pozos de gas
Para yacimientos de carbón sensibles al estrés, las medidas irrazonables de drenaje monofásico (drenaje) en la etapa inicial de desarrollo de yacimientos de metano insaturados en capas de carbón (demasiado rápido o demasiado lento) inevitablemente causará daños a la permeabilidad del yacimiento y reducirá la capacidad de drenaje y escape del pozo de gas en la etapa posterior. Estudiar y discutir la relación entre los parámetros característicos del drenaje monofásico y la productividad de los pozos de gas puede proporcionar orientación para formular un plan de drenaje monofásico razonable en la etapa inicial de desarrollo, predecir con anticipación la productividad de los pozos de metano en lechos de carbón y tomar las medidas necesarias para aumentar el yacimiento. producción.
Actualmente, el campo de metano de capas de carbón de Qinnan se encuentra en las primeras etapas de desarrollo y la mayoría de los pozos de metano de capas de carbón tienen un tiempo de drenaje corto. La saturación de gas de los yacimientos de carbón Fanzhuang, Panzhuang y en bloque en esta área es generalmente de 80 a 90, lo que es un depósito de metano de lecho de carbón subsaturado (Yao et al., 2009). Para evaluar científicamente la relación entre las características del drenaje monofásico y la productividad de los pozos de gas, se seleccionan como indicadores de productividad de los pozos de gas la producción promedio de gas y la producción máxima de gas formada después de un año de drenaje continuo.
3.1 La relación entre el tiempo de drenaje monofásico y la productividad del pozo de gas
Si el pozo de gas drena el agua demasiado rápido y el tiempo de drenaje del agua monofásico es demasiado corto, a menudo causar daños por estrés irreversibles al embalse y reducir la tasa de permeabilidad, afectando la productividad al mismo tiempo, el tiempo de drenaje monofásico es demasiado largo y el volumen de agua del embalse es grande (o está conectado al acuífero), lo que no es propicio; la formación de una buena productividad del pozo de gas.
La Figura 3 muestra la relación entre el tiempo de drenaje monofásico y la producción de gas en el área de Qinnan. En la figura se puede ver claramente que existen cuatro características obvias entre el tiempo de drenaje monofásico de los pozos de gas y la producción de gas de un año: 1) La producción promedio de gas de los pozos de metano en capas de carbón con un tiempo de drenaje monofásico superior a 140 días es básicamente inferior a 3000 m3/d, y la producción máxima El volumen de gas es inferior a 6000 m3/d 2) La producción media de gas de pozos de metano en capas de carbón con un tiempo de drenaje monofásico inferior a 50 días es básicamente inferior a 3000 m3/d; d, y la producción máxima de gas es inferior a 6000 m3/d; 3) Pozos de metano en capas de carbón de alta productividad (la producción promedio de gas es superior a 3000 m3/d d, la producción máxima de gas es superior a 6000 m3/d), y la el tiempo de drenaje monofásico está entre 50 y 140 d. 4) Algunos pozos de metano en capas de carbón con un tiempo de drenaje monofásico de 50 y 140 d tienen baja productividad.
Esto muestra que un tiempo de drenaje monofásico demasiado largo o demasiado corto no favorece la formación de una alta productividad en los pozos de metano en lechos de carbón.
Figura 3 La relación entre el tiempo de drenaje monofásico y la productividad del pozo de gas
En el área de Qinnan, donde los yacimientos de carbón tienen saturaciones de gas similares y el agua subterránea generalmente está inactiva, el drenaje monofásico El tiempo de algunos pozos es Largo significa que el pozo está conectado a una capa de agua activa, lo que dificulta la despresurización del pozo de gas y limita la producción de gas. El corto tiempo de drenaje monofásico indica que la tasa de drenaje del pozo de gas es demasiado rápida y la permeabilidad del yacimiento está dañada irreversiblemente en diversos grados, lo que no favorece la producción de gas. Por lo tanto, los pozos de metano en capas de carbón con un tiempo de drenaje monofásico superior a 140 días o menos de 50 días en el área de Qinnan indican que su productividad es generalmente baja, mientras que los pozos de metano en capas de carbón entre 50 y 140 días son más propicios para una mayor productividad;
3.2 La relación entre la producción acumulada de agua monofásica y la productividad de los pozos de gas
La producción acumulada de agua monofásica a menudo refleja características hidrogeológicas regionales. En el mismo contexto hidrogeológico, algunos pozos de gas descargan una gran cantidad de agua monofásica durante mucho tiempo, lo que puede indicar que el depósito está conectado con el acuífero, lo que no favorece el drenaje y la producción, y es difícil de formar. buena productividad.
La Figura 4 muestra la relación entre la producción acumulada de agua monofásica y la producción de gas natural en el área de Qinnan. Se puede ver claramente en la figura que hay tres características obvias entre el tiempo de drenaje monofásico de los pozos de gas y la producción de gas dentro de un año: 1) La producción promedio de gas de los pozos de metano en capas de carbón con una producción acumulada de agua monofásica mayor que 500 m3 es básicamente menos de 2000 m3/d. La producción máxima de gas es inferior a 4000 m3/d. 2) Pozos de metano en capas de carbón de alta productividad (la producción promedio de gas es superior a 2000 m3/d, la producción máxima de gas es superior a 2000 m3/d). 4000 m3/d), la producción acumulada de agua monofásica es inferior a 500 m33) y parte de la producción acumulada de agua monofásica es inferior a La productividad de un pozo de metano de lecho de carbón de 500 m3 es baja.
Figura 4 La relación entre la producción acumulada de agua monofásica y la productividad de los pozos de gas
Como se puede ver en la Tabla 1, la mayoría de los pozos acumulativos de metano monofásicos de alto rendimiento en lechos de carbón en el distrito de Qinnan se encuentran cerca de fallas normales. Durante el proceso de acumulación de metano en yacimientos de carbón, las fallas normales sirven como canales de escape para el metano en yacimientos de carbón la mayor parte del tiempo, lo que resulta en malas condiciones de conservación del metano en yacimientos de carbón cerca de las fallas normales y una baja saturación de gas en los yacimientos de carbón, lo que aumenta el tiempo de drenaje y la duración de los depósitos de carbón. Etapa de drenaje de fase. Producción acumulada de agua. Al mismo tiempo, las fallas normales están conectadas con acuíferos cercanos, lo que dificulta la despresurización del agua monofásica durante mucho tiempo, prolonga el tiempo de drenaje y aumenta la producción de agua de los pozos de gas. Por lo tanto, la producción acumulada de agua monofásica de los pozos de metano de capas de carbón en Qinnan es de más de 500 m3, lo que indica que su productividad es generalmente baja, mientras que los pozos de metano de capas de carbón de menos de 500 m3 son más propicios para aumentar la productividad;
4 Conclusiones
(1) Las características de producción de gas y agua de los yacimientos de metano de capas de carbón sobresaturados, saturados y subsaturados son diferentes, entre las cuales las características de producción de gas y agua de los yacimientos de metano de capas de carbón subsaturados son los más típicos. La característica más importante de la producción de gas y agua en yacimientos de metano no saturados en capas de carbón es una etapa de drenaje monofásico a largo plazo en las primeras etapas de desarrollo.
(2) El tiempo de drenaje monofásico y la producción acumulada de agua monofásica son dos parámetros importantes para describir las características del drenaje monofásico en la etapa inicial de desarrollo de yacimientos de metano de capas de carbón insaturados. Las características del drenaje monofásico se ven muy afectadas por las fallas. Existe una relación exponencial entre el tiempo de drenaje monofásico de los pozos de gas en el campo de metano de capas de carbón de Qinnan y la producción acumulada de agua monofásica.
(3) Para los pozos de metano de capas de carbón con buena productividad en el campo de metano de capas de carbón de Qinnan, el tiempo de drenaje monofásico es de 50 a 140 días, la producción acumulada de agua monofásica es inferior a 500 m3, la única El tiempo de drenaje de una fase es superior a 140 días y menos de 50 días, o la producción acumulada de agua monofásica es inferior a 500 días. Los pozos de metano de lechos de carbón con una producción de agua superior a 500 m3 generalmente tienen baja productividad.
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