沁端區(qū)塊煤層氣井網(wǎng)密度的確定

劉國良　胡洪濤　肖亞昆　莫勇

摘 要：煤層氣井網(wǎng)部署是煤層氣開發(fā)重要的部分之一，而煤層氣部署最重要的部分就是要確定井網(wǎng)密度和布井方式。通過煤層氣井網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的原則和理論公式，計算出沁水盆地南部沁端區(qū)塊煤層開發(fā)的井網(wǎng)密度方案。在此基礎(chǔ)上，利用地質(zhì)建模和數(shù)值模擬技術(shù)，對研究區(qū)進(jìn)行煤層氣開發(fā)方案的優(yōu)化設(shè)計，得到研究區(qū)井網(wǎng)密度的部署方案。通過兩種方案的對比，確定沁端區(qū)塊合理的井網(wǎng)部署方案，為該區(qū)的煤層氣3#和15#煤層氣的開發(fā)方案設(shè)計提供了合理依據(jù)。

關(guān)鍵詞：井網(wǎng)部署 井網(wǎng)密度 地質(zhì)建模 數(shù)值模擬

中圖分類號：P618.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0099-03

煤層氣藏指具有相對獨立流體流動系統(tǒng)的含一定量煤層氣的煤體，即同一煤層氣藏具有統(tǒng)一的壓力系統(tǒng)[1]。合理的煤層氣井網(wǎng)部署對煤層氣的開采至關(guān)重要，井網(wǎng)部署方案的設(shè)計要基于實際的地質(zhì)情況、經(jīng)濟效益及開發(fā)因素[2]。早期的煤層氣開發(fā)井網(wǎng)設(shè)計是在煤層氣地質(zhì)條件綜合研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)驗或通過與其他已開發(fā)地區(qū)類比進(jìn)行[3]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對煤層氣的研究越來越多，確定煤層氣井網(wǎng)密度的方法也逐漸增加。以沁水盆地南部的沁端區(qū)塊為例，通過經(jīng)驗公式和數(shù)值模擬等方法進(jìn)行對比，最后確定沁端區(qū)塊的井網(wǎng)密度，為對于煤層氣的進(jìn)一步生產(chǎn)開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

沁端區(qū)塊位于沁水盆地南部，隸屬于山西省沁水縣，區(qū)內(nèi)由老到新依次發(fā)育奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系和第四系地層。該區(qū)屬山區(qū)丘陵地貌，以低山丘陵為主。據(jù)勘探資料顯示，3#煤層底部分布有1 m左右的軟煤。15#煤層煤體結(jié)構(gòu)以原生結(jié)構(gòu)和碎裂結(jié)構(gòu)為主，分布有碎粒結(jié)構(gòu)。

構(gòu)造形態(tài)總體為—— 走向北東、傾向北西的單斜構(gòu)造。在此基礎(chǔ)上發(fā)育了一系列近南北-北東向?qū)捑忨耷?，形成區(qū)內(nèi)地層的波狀起伏，巖層傾角一般不超過15°，個別地段受構(gòu)造影響巖層傾角變化大。

2 井網(wǎng)布置

2.1 井網(wǎng)密度的原則

開發(fā)井網(wǎng)部署需要考慮以下原則。

①地質(zhì)因素：底層、構(gòu)造和煤儲層特征及資源豐度等。

②開發(fā)因素：先導(dǎo)性試驗階段井組的井距小于規(guī)模生產(chǎn)井為宜；全面開發(fā)階段的生產(chǎn)井網(wǎng)的井距應(yīng)大于先導(dǎo)性試驗階段；煤層氣開發(fā)設(shè)計一般要求在15年左右開采出可采儲量的50%～60%，井網(wǎng)密度必須滿足這一基本要求。

③經(jīng)濟效益包括要求單井儲量不能低于單井經(jīng)濟極限控制儲量，井網(wǎng)密度應(yīng)小于經(jīng)濟極限井網(wǎng)密度。

2.2 經(jīng)驗公式法確定井網(wǎng)密度

井網(wǎng)密度的大小取決于儲層的性質(zhì)和生產(chǎn)規(guī)模對經(jīng)濟性的影響以及對采收率的要求，當(dāng)它與資源條件、裂縫長度等相匹配時，才能獲得較高的效益，因此產(chǎn)生了極限井網(wǎng)密度、合理井網(wǎng)密度以及最優(yōu)井網(wǎng)密度。

2.2.1單井合理控制儲量法

3 氣藏數(shù)值模擬確定井網(wǎng)密度

3.1 三維地質(zhì)建模

3.1.1 建模方法

儲層建模的核心問題是井間儲層預(yù)測，利用各種數(shù)學(xué)理論和方法對井間未知區(qū)域進(jìn)行預(yù)測，因而儲層建模的原理就是井間數(shù)學(xué)插值方法的原理，儲層建模分為確定性建模和不確定性建模[6]。該次采用確定性建模的方法，分別做出相關(guān)構(gòu)造模型和屬性模型，并輸入工區(qū)邊界等數(shù)據(jù)，作出的等值線及構(gòu)造等。

3.1.2 構(gòu)造模型和屬性模型

構(gòu)造模型包括地層層面模型和斷層模型，將該區(qū)數(shù)字化的斷層數(shù)據(jù)導(dǎo)入Petrel，利用所給出的3號底板標(biāo)高等值線圖作為控制面，建立了此區(qū)塊的構(gòu)造模型。

儲層屬性建模主要是指儲層屬性參數(shù)建模，包括孔隙度建模、滲透率建模和流體飽和度建模。儲層屬性參數(shù)模型的建立分三步完成，即測井?dāng)?shù)據(jù)離散化、離散化數(shù)據(jù)分析和模型的實現(xiàn)。

通過該區(qū)6口井的滲透率和飽和度，通過數(shù)據(jù)正態(tài)變換和變差函數(shù)分析的基礎(chǔ)上，運用序貫高斯隨機模擬方法建立孔隙度分布模型和滲透率分布模型模型（圖1）。

3.1.3 三維網(wǎng)格設(shè)計

考慮到煤層氣數(shù)值模擬模型范圍需要、油藏斷層走向及構(gòu)造形態(tài)等因素，確定了建模平面區(qū)域范圍，并設(shè)計了合適的模擬網(wǎng)格系統(tǒng)，建模范圍內(nèi)面積約31.33 km2，設(shè)計平面網(wǎng)格間距為20 m×20 m，根據(jù)需要煤層氣藏的特征，縱向劃分成3個網(wǎng)格層。

3.2 氣藏數(shù)值模擬

3.2.1模型建立

在平面上采用與該研究地區(qū)相適應(yīng)的網(wǎng)格，通過Flogrid添加裂縫的網(wǎng)格層，縱向上劃分為6個模擬層，其中上面3層為基質(zhì)網(wǎng)格層，下面3層為裂縫網(wǎng)格層，其中1～3，4～14，15為單獨網(wǎng)隔層。

3.2.2歷史擬合

根據(jù)氣藏的生產(chǎn)特點，確定歷史擬合工作制度為生產(chǎn)井的產(chǎn)氣量進(jìn)行控制，擬合單井井底流壓、日產(chǎn)氣量、累積產(chǎn)氣量、累積產(chǎn)水量，時間步長以月為單位，擬合時間段為2010.11-2011.11。

由于氣藏流體性質(zhì)的不確定性，在歷史擬合過程中，對滲透率等因素做過多次調(diào)整。最后，各個參數(shù)都得到了較好的擬合。

3.2.3開發(fā)方案設(shè)計及推薦

根據(jù)對煤層氣氣藏數(shù)值模擬的認(rèn)識，利用Eclipse油藏數(shù)值模擬軟件設(shè)計了5套方案進(jìn)行模擬預(yù)測15年，如表1。分別模擬了井距300 m，400 m，450 m，500 m的直井及井距為350 m的水平井這5套方案。

根據(jù)表2的對比以及氣藏工程的分析可以得出方案3為推薦方案，其剩余含氣量如圖2所示，共投產(chǎn)63口水平井，井距為350 m，日均產(chǎn)氣量為22×104m3，累計產(chǎn)氣量為18×108 m3，采出程度為25%。

4 結(jié)語

（1）根據(jù)地質(zhì)資料，區(qū)域儲層上只有3#和15#煤層，為之后的合理井距計算及合理配產(chǎn)方案的制定提供依據(jù)。

（2）通過單井合理控制儲量法、經(jīng)濟極限井距法、規(guī)定單井產(chǎn)能法、經(jīng)濟極限以及合理井網(wǎng)密度法計算得區(qū)域煤層氣氣藏合理井距為406m。

（3）通過地質(zhì)建模和數(shù)值模擬研究，確定最佳布井方案為投產(chǎn)63口水平井，排距為400 m，水平段長度為1 200 m，日均產(chǎn)氣量為22×104m3，累計產(chǎn)氣量為18×108m3，采出程度為25%。

參考文獻(xiàn)

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[3] 張培河，張群，王曉梅，等. 煤層氣開發(fā)井網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計——以新集礦區(qū)為例[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2006，34（3）：31-35.

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[6] 張群. 煤層氣儲層數(shù)值模擬模型及應(yīng)用的研究[D].北京：煤炭科學(xué)研究總院，2002.