基于已开发区煤层气含气组分预测未开发区煤层气产能的方法

本发明属于煤层气开采，具体涉及煤层气井产能的高效、低成本预测，尤其涉及一种基于已开发区煤层气的含气组分预测未开发区的煤层气井产能的方法。

背景技术：

1、煤层气是优质清洁能源，并且开发利用煤层气可有效避免瓦斯突出，保障煤矿安全生产。煤层气储层具有较强的非均质性，导致煤层气井产气量差异较大，同一区块内不同气井的产气量差异可达10倍以上，如何基于已有生产资料预测未开发区煤层气井产能是当前重点需要解决的问题。

2、含气量是煤层气开发评价的关键参数，通常高含气量区煤层气井产气量也明显更高。当前测试煤层含气量多采用现场解吸法，该方法具有两方面的明显不足：1)煤层气以吸附态为主，导致煤层气充分解吸(尤其是高含气量、吸附饱和度高的煤层)需要较长的时间，当前行业标准更是规定解吸气终止测试条件为：一周内解吸气量小于10ml，无疑需要很长的时间去完成解吸过程；2)解吸法测试得到的含气量由损失气、解吸气及残余气三部分组成，其中损失气由解吸初期的气体体积与时间拟合得到，拟合段选取差异易导致计算结果差异较大。另外，由于解吸现场易受岩心装罐不及时等人为因素影响，同样会导致损失气计算结果产生误差。虽然当前提出保压取芯技术可提高损失气计算精度，但保压取芯成本显著增大。因此，建立一种高效、低成本的煤层气井产能预测方法具有现实意义。

3、煤层气勘探阶段往往需进行多次含气组分测试，如国家标准《煤层气含量测定方法》(gb/t 19559-2021)规定含气量测试过程中需在1d、3d及5d采集气样测试含气组分；行业标准《低煤阶煤层含气量测定方法》(nb/t 10018-2015)中规定的气样采集时间虽然不同，但也需采集三次气样进行含气组分测试；因而在此过程中会得到大量含气组分测试数据，与直接测试含气量相比，测试含气组分速度快、精度高且成本低。并且气组分差异是煤层气生成-运移-保存演化的结果，对煤层气富集具有较强的指示意义。因此，含气组分被认为是预测煤层气井产能的潜在参数。

4、然而，当前关于煤层气井产能预测的方法多是基于渗透率、孔隙度等参数变化来预测单井产气量随时间的变化规律，如中国专利cn 101806224 b公开一种井下煤层气抽采产能预测方法，其先测取待测煤层原始参数，并以达西渗流定律为基础，建立了基于抽采过程中渗透率变化的井下煤层气产能预测的数学模型，再通过求解模型获得抽采后的平均渗透率、抽采后的煤层气压力、抽采后的煤层气平均含量以及煤层气抽采量。也有技术人员提出煤层气开发区优选的方法，如中国专利cn112529443a提出一种基于模糊模式识别的煤层气开发靶区优选方法，其综合利用煤层镜质组含量、含气饱和度及含气量等参数评价不同区域煤层气开发潜力，但该方案不仅没能直接预测产能特征，并且优选过程中需利用大量煤层参数，测试获取难度和工作量明显增大。

5、综上所述，现有技术中未曾公开过利用含气组分直接预测未开发区煤层气井产能的高效、低成本方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种基于已开发区煤层气含气组分预测未开发区煤层气产能的方法，利用该方法可高效进行产能预测，避免进行大量长时间、高成本的煤层含气量测试。

2、为了实现上述技术目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：基于已开发区煤层气含气组分预测未开发区煤层气产能的方法，包括如下步骤：

3、1)判断前期煤层气组分及同位素测试结果数据是否充足，充足则直接跳至步骤4)，不足则进入步骤2)；

4、2)采集已开发煤层气井产出气样；

5、3)测定煤层气组分及同位素；

6、4)煤层气成因划分：基于地球化学测试成果及现有的成熟煤层气成因判识图版(如whiticar图版等)，分析煤层气中不同组分的成因，进而将煤层气分为热成因气和混合成因气两类；之所以分为这两类是因为煤层气(ch4)多为生物成因气及热成因气，生物成因气的形成时间较晚，通常生成后与早期的热成因气混合并形成混合成因气，虽然煤层气中n2等次要组分还具有大气等成因，但煤层气主要关注ch4，所以基于ch4成因将煤层气分为热成因气和混合成因气两类即可覆盖煤层气开发的多数区域；

7、5)预测参数选取：对于热成因气区，选取来源于大气的组分作为煤层气井产能的预测参数，如氩气、氮气等；对于混合成因气区，结合地质信息分析煤层气富集规律，选取单一成因且在煤层气富集过程中浓度单调变化的组分作为预测参数。

8、对于热成因区，煤层气井产气量多受控于地层封闭性，地层封闭性较差的区域含气量及煤层气井产气量通常较低。来源于大气中的组分浓度越高，指示大气入渗强度越高，地层封闭性越差。所以对于热成因气区，可选取来源于大气的组分作为煤层气井产能的预测参数。煤层气中氩气为浓度最高的稀有气体，并且来源于大气，加之氩气为稳定组分，不易与地下水、岩石等发生反应，浓度变化主要受控于大气入渗强度。因此，氩气浓度高的区域指示与大气连通性更强，相应地层封闭性较弱。煤层气中虽然氮气也多来源于大气，但氮气仍具有热成因及生物成因等其他来源，部分地区氮气对地层封闭性的指示意义可能较差。

9、6)产能预测图版建立：利用步骤5)中优选的参数建立与煤层气井产气量的关系，优选相关性更强的组分建立产气量预测图版；

10、7)预测检验：以少量含气量测试结果检验其与选取的气组分浓度及产气量的相关性，若含气量与二者的相关性不匹配，则需回到步骤5)重新选取气组分预测参数。

11、进一步地，步骤2)中，采集的是气组分稳定的排采时间1年以上的煤层气井产出气样。

12、进一步地，步骤2)中，采样过程若使用排水集气法需防止co2等易溶组分溶解。

13、进一步地，步骤3)中，采用质谱法测定煤层气组分及同位素，测定的同位素是c、h及n，同位素主要用于辅助分析煤层气成因，所以仅需测试少量样品。当前煤层气组分多采用气相色谱法测试，部分气组分难以被色谱柱有效分离导致煤层气中浓度较低的组分难以被检测(如氩气等)，但这些微量组分对煤层气富集通常具有更强的指示意义。

14、进一步地，步骤5)中，对于混合成因气区，选取单一成因且在煤层气富集过程中浓度单调变化的组分作为预测参数，此处可以是仅选择单一组分作为预测参数，也可以是选择多个符合条件的组分并进行组合后作为预测参数。

15、进一步地，步骤6)中，利用排采时间1年以上的煤层气井的产气量结果。

16、本发明的有益效果为：

17、1.本技术以含气量通常与产气量呈正相关为基础理论，采用含气组分预测未开发区煤层气井产能，避免了后续通过对未开发区开展大量长时间、高成本的煤层含气量测试来预测煤层气井产能，极大提升了煤层气开发效率；

18、2.本技术分别建立热成因气及混合成因气区产能预测参数选取流程，使得提出的方法更具普遍适用性；

19、3.测试煤层气中稀有气体等微量组分，以少量含气量测试成果作为预测参数的检验依据，提高预测精度；且引入煤层气中性质稳定且来源于大气的氩气(当前煤层气开发较少关注此组分)作为预测参数，更能反映不同区域与大气的连通程度(即地层封闭性)；

20、4.采用长时间产气量作为预测指标，使得产气量预测结果主要受含气量差异影响，减弱了排采制度等工程因素对预测结果的影响；

21、5.增强了对勘探阶段煤层气组分测试结果的利用，降低了后续开发评价过程的测试成本。

22、6.以质谱法代替色谱法检测煤层气组分，提高测试精度。