自致密气田的气体产出的地球化学监视 |
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| 申请号 | CN200980121556.3 | 申请日 | 2009-03-13 | 公开(公告)号 | CN102057133A | 公开(公告)日 | 2011-05-11 |
| 申请人 | 英国石油勘探运作有限公司; | 发明人 | P·C·斯马利; | ||||
| 摘要 | 一种评估由至少一个穿透致密气储集层或者 煤 层甲烷储集层的产气井排出的体积的采收率的方法，该方法包括：(a)校准由该气井所产出的气体的至少一种成分的同位素组成随着采收率升高的变化；(b)从该产气井中获得所产出的气体的样品，并且分析该样品来获得所产出的气体的该成分的同位素组成；(c)使用步骤(a)中所获得的校准值和步骤(b)中所确定的同位素组成来评估由该气井排出的体积的采收率；(d)使用步骤(c)中所确定的采收率的评估值和由该气井所产出的气体的累积体积来确定由该气井排出的体积；和(e)任选地，定期地重复步骤(b)-(d)来确定由该气井排出的体积的采收率随着时间的任何增加和由该气井排出的体积随着时间的任何增加。 | ||||||
| 权利要求 | 1. 一种评估由至少一个穿透致密气储集层或者煤层甲烷储集层的产气井排出的体积的采收率的方法，该方法包括： |
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| 说明书全文 | 自致密气田的气体产出的地球化学监视[0001] 本发明涉及一种监视技术，其通过分析所采收的气体的同位素组成，并且使该同位素组成与采收率(recovery factor)关联来提供由致密气储集层(tight gas reservoirs)，致密页岩气储集层(tight shale gas reservoirs)或者煤层甲烷储集层(coalbed methane reservoirs)所产出的天然气的分数(称作“采收率”)的评估。本发明还提供了由穿透致密气储集层，致密页岩气储集层或者煤层甲烷储集层的气井排出的体积的评估。 [0002] 在常规的气田中(在这里气体在体积上保持在储集层的孔内，并且在这里气体能够相对容易地流动到产出井中)，可以使用压力-体积关系来监控产出(production)。当产出气体时，压力伴随着剩余气体体积的减少而降低，并且流速伴随着压力的降低而降低。P/Z相对于累积气体产出的典型的图(这里P是储集层压力，Z是气体压缩因子)能够允许根据以下解释产出数据：与产出井接触的气体的量(即，由产出井排出的气体的量)，迄今已经产出多少气体，和(假定压力截止(pressure cut-offs))，评估最终将产出多少气体。 钻探加密气井(infill gas well)的任何决定可能通常是基于由该加密井获得(access)的可能剩余的气体体积的合理预测。 [0003] 在煤层甲烷(CBM)储集层中连带煤可发现天然气。在这样的CBM储集层中，气体不是存储在孔空间中，而是吸附在煤的结构上。产出是通过降低压力来开始的(最初从CBM储集层中用泵抽水)，以使得天然气(主要是甲烷)开始从煤上解吸，并且最初穿过煤中的微孔朝着产气井移动。自CBM储集层的产气井的压力-体积-速率关系因此明显不同于自常规气井的那些。具体地，自CBM储集层的产气井的气体流速会随着压力降低而增加，并且会以稳定的速率或者甚至以逐渐增加的速率持续数年，直到最终下降。 [0004] 类似的情形发生在致密气储集层中，例如致密砂岩气(tight gas sands)和致密页岩气(tight shale gas)储集层中，在其中术语“致密”表示天然气被包含在非常低穿透率的储集层岩石中，从中天然气产出是困难的。典型的，致密气储集层的岩石的有效穿透率小于1毫达西(millidarcy)。该岩石越致密(即，它的穿透率越低)，岩石基质(rock matrix)保持气体的效果越强，气体在它能够产出之前必须流过的细孔网络越曲折。因此，难以使用来自致密气储集层的气体产出数据来评估接触体积(即，通过气井排出的该储集层的体积)和采收率。 [0005] 对致密气储集层(其具有处于不同间隔的产气井)的研究表明更靠近的加密间隔产生了逐渐较小递增的气体采收。这是因为由于自现有的井的产出，加密位置已经部分被耗尽。这样的基于类似数据的研究(该数据获自具有类似的岩石基质、储集层压力等的类似的致密气储集层)能够，平均来说，评估致密气储集层的加密井的价值，但是评估具体加密井位置的可采收体积以及因此加密井位置的价值要困难得多。 [0006] 本发明所解决的问题是在CBM和致密气储集层中，难以按照排出体积和采收率解释气体产出数据。产气井的“排出体积”被定义为通过该井排出的储集层体积(面积和厚度)。当几个井排出相同的致密气储集层或者CBM储集层时，每个井排出它自己的排出体积，该体积是储集层体积的子集。“采收率”定义为由产气井排出体积所产出的气体相对于在该排出体积中初始气体地质储量的量(the amount of gas originally in place within the drainage volume) 的分数。当评价（assess）加密井的价值时，需要评估每个周围的现有产出井的排出体积和该排出体积的采收率，以便确定加密位置上的储集层体积是否已经被现有的产出井中的一个或多个排出。但是，使用致密气储集层时，通常不可能确定是否已经由现有的井产出给定体积的气体，这代表了在大的排出面积上低的采收率，或者在较小的排出面积上更高的采收率。这种区别对于优选(prioritizing)加密井位置是极其重要的。 [0007] 已知的是由致密气储集层或者煤层甲烷储集层所产出的天然气包含了各种同位素形式的甲烷(CH4)和各种同位素形式的天然气的其他烃成分例如乙烷(C2H6)，丙烷12 13 (C3H8)，丁烷(C4H10)和戊烷(C5H12)。因此，碳具有两个主要的稳定的同位素( C和 C)，而氢 1 2 具有两个稳定的同位素(H和 H(也称作氘，D))。因此，甲烷是以各种同位素形式存在的： 12 12 12 12 12 13 13 13 13 13 CH4，CH3D，CH2D2，CHD3，CD4，CH4，CH3D，CH2D2，CHD3和 CD4)。还已知的是天然气积聚物可以包含除了烃气体之外的其他气体例如二氧化碳(CO2)，氮气和稀有气体例如氦、氖和氩气。还已知的是全部这些另外的气体是以不同的同位素形式存在的。因此，这里有两种 15 14 3 4 稳定的同位素形式的氮( N/ N)，两种稳定的同位素形式的氦(He/He)，三种稳定的同位 20 21 22 36 38 40 素形式的氖( Ne/ Ne/ Ne)和三种稳定的同位素形式的氩( Ar/ Ar/ Ar)。 [0008] 12C同 位素 在 自 然界 中 的 自然 变 异(natural variation)通 常 是 在13 0.98853-0.99037(摩尔分数)范围内，而 C同位素在自然界中的自然变异通常是在 1 0.00963-0.01147(摩尔分数)范围内。通常 H(氢)在自然界中的丰度大于99.98%，而 2 13 12 2 1 H(氘，D)占地球上的氢样品的0.0026-0.0184%摩尔分数。 C/ C和 H/H(D/H)的同位 13 2 素比通常表示为δ符号(δ C，δH(或δD))，表示相对于国际标准组成的每千份的份数(‰)变化。该国际标准组成通常是用于碳的Pee Dee Belemnite(PDB)标准组成和用于氢的Standard Mean Ocean Water(SMOW)组成。 [0009] 已知的是不同的同位素形式的甲烷可以在各种自然和诱导过程中分馏。因此，已经报道了不同的同位素形式的甲烷能够在蒸发过程中分馏，或者在由油母岩熟化产生气体的过程中分馏(Whiticar, M.J. (1996) “Stable isotope geochemistry of coals, humic kerogens and related natural gases”, International Journal of Coal13 Geology 32, 191-215)。还已经报道了在San Juan盆地中的煤层中所产出的甲烷的δ C是-42到-48‰，而δD是-200到-250‰(Zhou, Z, Ballentine, C.J., Kipfer, R, Schoell, M & Thibodeaux, S. (2005) “Noble gas tracing of groundwater/coalbed methane interaction in the San Juan Basin, USA”, Geochimica et Cosmochimica 13 Acta 69, 5413-5428)。已经报道了分析精度对于δ C来说处于0.1‰的区域，对于δD来说处以1‰的区域。 [0010] 已经报道了由煤层产出气体可以被认为是一种三级方法：(1)从煤基质上解吸；(2)穿过该煤基质中的微孔迁移；和(3)穿过该煤基质中的大孔和裂缝朝着产出井迁移(Alexeev, A.D., Feldman, E.P. & Vasilenko, T.A. (2007),, “Methane desorption from a coal-bed”, Fuel 86, 2574-2580)。天然气的各种同位素形式的烃成分(例如甲烷的同位素形式)或者同位素形式的二氧化碳或者同位素形式的天然气的其他气态成分(例如氮气或者氦气)容易在前两个步骤中分馏。通常来说，含有较轻同位素的分子将比含有较重同位素的分子(这里分子是不同的同位素形式的相同气体成分)更快的从煤基质上解吸。同样的，含有较重的同位素的分子将比含有较轻的同位素的分子减慢到更大的程度，这归因于在气体穿过煤基质微孔的移动过程中，气相色谱效应。这两种机理的相对重要性是争论的主题(Strapoc, D., Schimmelmann, A. & Mastalerz, M. (2006) “Carbon isotopic fractionation of CH4 and CO2 during canister desorption of coal”, Organic Geochemistry 37, 152-164)。无论确切机理如何，已知的是在例如解吸，蒸发或者气相色谱过程中，由煤基质所产生的初始的气体是同位素较轻的，随着解吸过程的进行逐渐变重。类似的分馏过程将发生在“非煤”致密气储集层中，例如，当气体在穿过相对不能渗透的储集层岩石的细孔的曲折路径上朝着产气井移动时，由于气相色谱效应，会发生同位素形式的甲烷的分馏。因此，由致密气储集层或者煤层甲烷储集层所产出的气体的一种或多种成分的同位素分馏程度可以用作例如气体采收等方法的方法指标。 [0011] 现在已经发现所产出的天然气的一种或多种成分的同位素分馏程度可以按照在通过穿透致密气储集层或者煤层甲烷储集层的气井排出的体积的采收率来校准，以使得所产出的气体的成分的同位素组成能够用于获得产气井目前采收率的评估。 [0012] 因此，本发明的目标是获得一种改进的采收率的评估，其依赖于所产出的气体的一种或多种成分的同位素组成的变化与该产气井所排出的体积的采收率之间校准的关系。在所产出的气体体积和采收率已知的情况下，该井所排出的体积能够更精确地进行评估，由此使得加密井的价值能够更精确地被评估。还预计了储集层模拟技术可以用于历史匹配同位素数据，由此提供对于排出体积的形状和尺寸的评估。本发明另外的目标是通过优化每个加密井的放置，来获得来自致密气储集层或者CBM储集层所用的每个加密井的最大价值。本发明仍然另外的目标是通过避免在已经排出气体的位置上钻井的浪费来使得加密钻探方案的整体价值最大化。 [0013] 因此，本发明涉及一种评估由至少一个穿透致密气储集层或者煤层甲烷储集层的产气井排出的体积的采收率的方法，该方法包括：(a) 校准由该气井所产出的气体的至少一种成分的同位素组成随着采收率升高的变化； (b) 从该产气井中获得所产出的气体的样品，并且分析该样品来获得所产出的气体的该成分的同位素组成； (c) 使用步骤(a)中所获得的校准值和步骤(b)中所确定的同位素组成来评估由该气井排出的体积的采收率； (d) 使用步骤(c)中所确定的采收率的评估值和由该气井所产出的气体的累积体积来确定由该气井排出的体积；和 (e) 任选地，定期地重复步骤(b)-(d)来确定由该气井排出的体积的采收率随着时间的任何增加和由该气井排出的体积随着时间的任何增加。 [0014] 本发明可适用于致密气储集层或者煤层甲烷储集层。优选该致密气储集层的有效穿透率小于0.001达西(darcies)。合适的，该致密气储集层是 砂岩气或页岩气储集层(gas sand or shale gas reservoir)。 [0015] 优选地，将本发明的方法用于评估穿透致密气储集层或者煤层甲烷储集层的多个产气井的每一个所排出的体积的采收率。本发明的方法还能够评估多个产气井中每一个的排出体积。通过评估每个现有的气井的排出体积(和任选地，通过将该数据与该储集层的地质数据相结合)，本领域技术人员能够评价(assess)是否在现有的气井之间的位置上存在着任何未排出的体积以及这样的未排出体积的尺寸。本领域技术人员还能够确定这里是否存在着任何未完全排出的(poorly drained)体积(具有低采收率的体积)。因此，获得(accessing)这样的未排出的体积和/或未完全排出的体积所用的加密井的最佳位置能够被确定。本领域技术人员还能够决定不在其中确定了位于现有的气井之间的体积已经被现有的气井排出的地方钻探加密井。本发明方法另外的优点是由致密气储集层或者煤层甲烷储集层产出气体可以通过这样的知识来优化，即，每个气井所排出的体积的变化和每个气井的排出体积的采收率变化。例如，可以评价(assess)靠近未排出的体积(或者未完全排出的体积)的现有气井的效力。如果发现至少一个现有的气井正在非常有效地产出气体(高采收率和高累积气体产出)，并且推断出这个有效的气井能够排出所述的未排出的体积，则可以提高该有效气井的气体产出，同时可以降低一个或多个效率较低的气井的气体产出。 [0016] 如上所述，由致密气储集层或者煤层甲烷储集层所产出的天然气是烃气体的天然存在的混合物，通常包含作为主要成分的甲烷(CH4)，以及较少量的乙烷(C2H6)，丙烷(C3H8)，丁烷(C4H10)，戊烷(C5H12)和其他烃。该天然气可以包含除了烃气体之外的其他气体，包括二氧化碳，氮气，硫化氢和稀有气体例如氦、氖和氩气。全部这些气体可以以不同的同位素形式存在。 [0017] 不希望受限于任何理论，据信天然气的不同的同位素形式的气态成分在由致密气储集层或者煤层甲烷储集层的气体生产过程中分馏，以使得随着采收率的提高产出数量增13 加的更重的同位素形式。因此，已经发现所产出的气体的烃成分的同位素组成(δ C和/或δD)随着采收率的提高而系统地变化。类似地，所产出的气体的非烃成分的同位素组成 13 15 3 (例如，二氧化碳δ C，氮气δ N或者氦δHe)将随着采收率的提高而系统地变化。 [0018] 已知的是由穿透致密气储集层或者煤层甲烷储集层的气井所产出的气体的分子成分的浓度也随着采收率的提高而系统的变化。因此，随着采收率的升高产出增加数量的更高分子量成分。本发明因此预计了确定所产出的气体的各种分子成分的浓度随着时间的变化以及这样的分子成分的浓度比随着时间的变化(例如，CO2:CH4的比例随着时间的增加)。因此，可以将与所产出的气体的一种或多种成分的分子组成的变化有关的数据和与所产出的气体的一种或多种成分的不同的同位素形式的变化有关的数据相结合，来提供当预测采收率时另外的信息或者提高的精度。 [0019] 步骤(a)的校准可以根据经验来确定，例如，将曲线或者直线拟合到所产出的气体的至少一种成分的同位素组成相抵于采收率升高的变化的图。具体地，曲线或者直线可以拟合到所产出的气体的烃成分(例如甲烷)的δ13或者δD的图。但是，还预计了一种或多种建模方法可以用于校准所产出的气体的成分的同位素组成随着采收率升高的变化。建模方法的优点是其使得本领域技术人员能够确定待拟合到实验数据的曲线(或者直线)的理论形状。这在这样的情况中是重要的，即，在实验数据中存在着散布(scatter)，以使得大于一个曲线(和/或直线)能够拟合到该实验数据。 [0020] 现在已经发现气体同位素组成的分馏能够建模成Rayleigh蒸馏过程(参见Rayleigh J.W.S. (1896), “Theoretical considerations respecting the separation of gases by diffusion and similar processes”, Philos. Mag. 42, 493-593; Ray, 和J.S. & Ramesh, R (2000), “Rayleigh fractionation of stable isotopes from a multicomponent source”, Geochimica et Cosmochimica Acta 64, 299-306)。因此，气体同位素组成的分馏可以使用下面的等式建模成Rayleigh蒸馏过程：δi - δr =1000(α -1)ln ƒ (等式1)这里δi是气体成分的初始同位素组成，δr是当剩余初始量的ƒ比例时(即，当已经除去了1-ƒ时)，剩余气体的气体成分的同位素组成，和α是气体成分的同位素分馏系数。 这个等式建立了采收率(1-ƒ)和剩余气体组成(δr)之间的关系。使用材料平衡等式(公认的是剩余气体加上所产出的气体=初始气体)，可以获得采收率(1-ƒ)和所产出的气体组成(δp)之间的关系： δp =(δi - ƒ δr)/(1-ƒ) (等式2)但是，本领域技术人员将理解当建模气体同位素组成分馏时，可以使用其他方法，本发明不应当被解释为局限于使用上面的Rayleigh蒸馏模型。 [0021] Rayleigh蒸馏模型可以使用下面的分馏数据来导出：为具有不同的碳同位素(12C13 1 2 和 C)的分子所获得的分馏数据和/或为具有不同的氢同位素(H和 H(D))的分子所获得的分馏数据和/或为不同的同位素形式的氮气，氦气，氖气或者氩气所获得的分馏数据。例如，随着逐渐增加的气体产出，将在以下方面看出变化：甲烷的碳和氢同位素组成，天然气的其他烃成分(例如乙烷，丙烷，丁烷和戊烷)的碳和氢同位素组成，和二氧化碳的碳同位素组成。所观察到的甲烷的氢同位素组成的变化会大于或者小于所观察到的甲烷的碳同位素组成的变化，这取决于碳和氢同位素分馏因子(α)的值。如果将含有不同的氢同位素的甲烷分子与含有不同的碳同位素的甲烷分子不同地分馏，则所产出的甲烷的碳同位素分析和氢同位素分析的结合能够给出另外的信息或者提供更大的精度来评估采收率。 [0022] 对于Rayleigh蒸馏模型来说主要未知的是分馏因子α，其可以使用上述的等式1来经验导出。但是，如果α值对于类似类型的致密气储集层或者煤层甲烷储集层来说已经是已知的，则这里可不需要确定所考虑的储集层的α值。备选地，同位素分馏因子α(其已经为类似的系统实验确定)可以用于所考虑的储集层。一个合适的类似物是在煤的热熟化产生气体的过程中，甲烷的碳同位素的分馏(Whiticar, M.J. (1996), “Stable isotope geochemistry of coals, humic kerogens and related natural gases”, International Journal of Coal Geology 32, 191-215；和Berner, U., Faber, E. & Stahl, W (1992), “Mathematical simulation of the carbon isotopic fractionation between huminitic coals and related methane Chemical Geology”, Isotope Geoscience, Section 94,315-319)。在这种类似物中，甲烷的碳同位素的同位素分馏因子α实验确定为1.003。 [0023] 校准步骤(a)可以如下来实现：使用在储集层岩石样品(或者来自于煤层甲烷储集层的煤样品)上进行的罐解吸(canister desorption)实验来确定逐步从该储集层岩13 石(或者煤)样品上解吸的气体的一种或多种烃成分的同位素组成(δ C和/或δD)的变化。典型地，储集层岩石的样品是在储集层压力和在任何的气体已经从该井中产出之前，通过对中心样品(core sample)进行取样来获得的(所述井处于中心或者侧壁中心)。该中心样品然后放入罐中，并且立即运送到实验室来对该中心样品中所含气体进行同位素分析。但是，还预计了该罐解吸实验可以在生产场所的实验室中进行。气体的一种或多种成分的同位素组成随着气体从样品中解吸增加的变化可以使用在线分析来确定。气体的一种或多种成分的分子组成变化还可以使用在线分析来确定。典型地，进行在线气体分析来确 13 13 定甲烷含量，甲烷δ C，甲烷δD，CO2含量和CO2 δ C。该同位素组成数据然后可以使用上述简单的理论模型，用气体采收率来建立相互关系或者校准。任选地，分子组成数据(例如CO2:CH4比例)也可以用气体采收率来建立相互关系或者校准。 [0024] 备选地，校准步骤(a)可以如下来实现：确定在获自产出井的气体的至少一种成分的气体同位素组成在一定时间内的变化。因此，监控该产气井的累积产出体积，并且在规13 律的时间间隔对气体样品进行取样。例如，甲烷δ C和/或甲烷δD的变化可以在一定 13 时间内确定，然后可以如下来获得初始的甲烷δ C和/或甲烷δD：将所产出的气体甲烷 13 13 δ C或者甲烷δD相对于采收率的图外推到零采收率，由此提供甲烷δ C和/或甲烷δD在零采收率时的评估值(即，在任何气体从该储集层中产出之前，δi的评估值)。因此，使用罐解吸实验的校准可能是不需要的。 [0025] 在校准步骤(a)之后，气体样品可以取样自一个或多个产气井，并且可以分析该13 样品来确定气体样品的至少一种成分的同位素组成，例如甲烷的δ C和/或δD。典型地，低压气体样品是在井口或者接近井口之处，使用合适的收集容器来取样的，其然后运送到实验室进行气体同位素分析。备选地，气体样品的同位素分析可以在产出位置进行。气体样品的至少一种成分例如甲烷的同位素组成然后用于使用步骤(a)中所获得的校准值来评估产气井的采收率。当采收率与累积产出的气体体积相组合时，这将允许评估产气井的排出体积。对一个或多个的，优选全部的现有的产气井的排出体积的评估将允许评估在产气井之间已经排出的体积的程度，例如，这里可以有未排出的体积或者未完全排出的体积。 这又允许评价(assess)潜在的加密井位置的价值，特别是这里所提出的加密井位置接近于现有的气井的情况。当将该排出体积和与储集层厚度有关的地质信息相结合时，这能够评估排出面积。排出面积的形状可以如下来预测：将排出面积的评估与另外的地质储集层信息例如储集层岩石不同方向上的穿透率相结合。因此，将排出体积的评估与地质信息相结合来预测一个或多个现有的气井的排出面积，和任选地，排出面积形状能够更精确的评价潜在的加密井的价值。 [0026] 本发明的一个优点是它能够提高致密气储集层或者煤层甲烷储集层的储集层管理，具体地，能够提高确定加密产气井的最佳位置和间隔，由此提高从致密气储集层或者煤层甲烷储集层的气体的采收的能力。本领域技术人员将理解对于致密气储集层和煤层甲烷储集层来说，通常随着时间的推移，在逐渐更接近的井间隔下，存在着与钻探加密井相关的高成本。通过优化这样的加密井的位置和间隔或者通过采取不钻探加密井这样的决定，这样的井的数目会降低。这会导致在否则浪费的钻井成本方面相当大的节约。 [0027] 已知的是气体同位素组成会在致密气田(tight gas fields)或者煤层气田(coalbed methane fields)中随着空间而变化。如果在致密气田或者煤层气田中气体同位素组成的变化极小(minimal)，则本发明的方法将仅仅需要单个的校准。因此，可以在单个位置上从该致密气田或者煤层气田的中心取样(通过钻探探测井或者通过从现有的井的侧壁中心取样，然后进行罐解吸实验，并且在线同位素分析随时间解吸的气体)。但是，如果气体同位素组成是随空间变化的，则该气田(field)可以绘制成图（mapped）来确定各组产出井的气体同位素组成。因此，需要校准每组产出井。在气体同位素组成随着井与井的不同而变化的情况下，需要对每个单独的井进行校准。但是，如上所述，通过从产气井获得时间顺序的气体分析，完全能够避免对于实验室校准的需要。这将产生数据组，这里所产出的气体成分(特别是甲烷)的初始的同位素组成可以通过曲线拟合而非直接测量来确定。 [0028] 还已知的是从致密气储集层或者CBM储集层的气井的排出体积(或者面积)所采收的气体的比例将随着相对于所述井的距离而变化。靠近所述井的体积(或者面积)将产生比那些距离较远的体积(或者面积)(其接近于压力瞬变峰(pressure transient front))大得多比例的其初始气体地质储量(initial gas-in-place)。因此，储集层压力随着相对于所述的产气井的距离的增加而增大，直到该压力达到初始的储集层压力。还已知的是在两个产气井具有类似的排出体积和类似的采收率的情况下，压力随着相对于产出井的距离的变化(经常称作“波及效率(sweep efficiency)”)可以是非常不同的。例如，气体可以已经从所述排出体积相对均匀地采收，或者这里从排出体积的边缘可以具有明显较少的气体采收。典型地，可以绘制产气井的排出体积(或者面积)的等压线(相等压力的轮廓线)图，由此提供储集层压力相对于排出体积(或者面积)可见的变化。还已知的是在气井从大于一个的致密气储集层或者大于一个的煤层(位于不同的深度)产出的情况中，在每个储集层或者煤层中采收可以是不同的。所产出的气体的同位素组成提供了来自于气井的总获得体积(排出的体积)的总体积平均采收率。但是，预计了本发明可以与先进的储集层描述和建模技术结合使用，来推断出在产气井(包括来自不同的储集层或者煤层的产气井)周围气体采收的空间分布。这可以如下来实现：将不同的测量结果(例如，甲13 13 烷的δ C或者δD，二氧化碳的δ C，或者气体分子组成方面)相结合或者随着时间重复测量这样的参数，由此产生总响应曲线，该曲线能够模拟和匹配于各种可能的情形。例如， 13 据信所产出的气体的至少一种成分的气体同位素组成(例如甲烷δ C或者甲烷δD)随时间(即，随着采收提高)的曲线形状可以用来预测产气井的排出体积(或者面积)的波及效率的变化。 [0029] 使用本发明的方法所获得的性能信息包括但不限于每个气井的采收率，排出和波及效率，排出体积，排出面积和排出面积的形状，和该排出的储集层体积的空间分布。 [0031] 图1表示了所产出的气体(δp)的甲烷δ13C相对于使用本发明的Rayleigh蒸馏13 13 模型的等式1和2所获得的采收率的图，α值为1.003，初始δ C为-54.8‰。给定δ C可以例行测量到大约0.1‰的精度，这个图表明同位素气体组成是采收率的敏感指标。 [0032] 实施例1事先已经使用下面文献中所述的气体解吸实验来研究了产自伊利诺斯州盆地(Illinois Basin)煤的气体：Strapoc, D., Schimmelmann, A. & Mastalerz, M. (2006) “Carbon isotopic fractionation of CH4 and CO2 during canister desorption of coal”, Organic Geochemistry 37, 152-164。 [0033] Strapoc等人改进了罐解吸装置(通常用于测量包含在煤中的气体的量的设备，其中将煤样品放在密封的罐中，并且使其在数周到数月的时间内释放出气体)来取样进行13 气体同位素组成分析。分析该气体样品的甲烷δ C，并且发现随着逐渐的气体产出，甲烷变成同位素更重的。下表1表示了Strapoc等人所报告的从煤核V-3/1上解吸的气体的离线同位素分析的数据。 [0034]该数据也表示在图2中，将其叠加到图1的曲线上(其是使用本发明的Rayleigh蒸馏 13 模型来建模的)。当使用适当的伊利诺斯州盆地初始甲烷δ C值-54.8‰和所公布的α值 1.003时，Strapoc等人的实验数据非常好地拟合到该建模曲线。这个实施例表明Strapoc等人的数据可以建模为Rayleigh蒸馏过程，由此能够定量的预测气井所排出的体积的采收率。 [0035] 实施例2下表2表示了Strapoc等人所报告的从煤核V-3/1上解吸的气体的在线同位素分析和从煤核II-3/2上解吸的气体的离线同位素分析的另外的数据。 [0036]13 该数据还表示在图3中，其拟合到在本发明的Rayleigh蒸馏模型中使用初始δ C值-55.4‰和α值1.0025所获得的建模曲线。 [0037] 已经发现Strapoc等人公布的实验数据支持了本发明的Rayleigh蒸馏模型和大约1.003的经验α值。还发现由本发明的Rayleigh蒸馏模型导出的模型曲线能够用来预13 测所产出的气体的甲烷δ C的采收率。 |
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