柳林地區(qū)煤層氣儲層特征與產(chǎn)能動態(tài)預測

菅笑飛，唐書恒，劉人和，趙 剛，孫鵬杰，吝 文，賈凌霄（.中國地質(zhì)大學能源學院，北京0008；.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊065007；.中聯(lián)煤層氣有限責任公司，北京000；.北京大地高科煤層氣工程技術(shù)研究院，北京0007）

柳林地區(qū)煤層氣儲層特征與產(chǎn)能動態(tài)預測

菅笑飛1，唐書恒1，劉人和2，趙 剛3，孫鵬杰4，吝 文2，賈凌霄1
（1.中國地質(zhì)大學能源學院，北京100083；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊065007；3.中聯(lián)煤層氣有限責任公司，北京100011；4.北京大地高科煤層氣工程技術(shù)研究院，北京100073）

分析了柳林地區(qū)的煤層分布、裂隙發(fā)育、滲透性、儲層壓力、儲層溫度、含氣飽和度、吸附、頂?shù)装鍘r性等特征，根據(jù)儲層特征參數(shù)建立研究區(qū)儲層模型。利用數(shù)值模擬軟件COMET 3對已有生產(chǎn)井最新排采動態(tài)進行歷史擬合，調(diào)整模擬參數(shù)使校正后的儲層模型具有較高的可信度。利用建立的儲層模型，對研究區(qū)L8煤層氣井未來15年的產(chǎn)能進行了預測，單井排采15年累計產(chǎn)氣可達459.05×104m3，采收率達到56.12%，柳林地區(qū)煤層氣儲層條件較好，煤層氣資源具有商業(yè)開采價值。

鄂爾多斯盆地；柳林地區(qū)；煤層氣；儲層特征；產(chǎn)能預測

1 研究區(qū)儲層特征

柳林煤層氣試驗區(qū)位于鄂爾多斯盆地東緣晉西撓褶帶離石鼻狀構(gòu)造上（圖1a），地理位置位于山西省柳林縣境內(nèi)，面積16 km2.

區(qū)塊內(nèi)主采煤層為下二疊統(tǒng)山西組的3號、4號和5號煤層，以及上石炭統(tǒng)太原組的6號、8號、9號和10號煤層（圖2）。8號煤層頂板主要為灰?guī)r和泥灰?guī)r，灰?guī)r中的構(gòu)造裂縫、溶蝕孔和溶洞造成8號煤層排采過程中水量太大，煤層氣井降壓困難。目前柳林地區(qū)對8號、9號和10號煤層的排采較少，已排采井的排采效果普遍不好，排采初期產(chǎn)氣量的波動很大。因此本次數(shù)值模擬考慮的主采煤層為3號、4號和5號煤層。

（1）煤層分布研究區(qū)3號煤層賦存于下二疊統(tǒng)山西組中下部，距2號煤層1.01~16.55 m，平均間距6.74 m，煤層平均厚1.01 m；4號煤層距3號煤層0.75~ 20.30 m，平均間距9.35 m，煤層平均厚2.81 m；5號煤層賦存于山西組底部，距4號煤層1.78~9.72 m，平均間距5.50 m，煤層平均厚2.70 m，埋深200~1 050 m.

（2）頂?shù)装鍘r性前人研究表明，煤層頂?shù)装搴畬γ簩託鈮毫言霎a(chǎn)不利[1-2]。研究區(qū)3號煤層、4號煤層頂?shù)装寰鶠槟鄮r或砂質(zhì)泥巖；5號煤層底板多為砂質(zhì)泥巖、泥巖或細—粗粒砂巖。各煤層的頂?shù)装宥际侵旅艿哪鄮r、砂質(zhì)泥巖、砂巖類，封閉性能好，有利于煤層氣的保存。

（3）煤體結(jié)構(gòu)與裂隙研究區(qū)煤多為焦煤、瘦煤等中等變質(zhì)程度的煤，根據(jù)部分煤層氣井取心數(shù)據(jù)分析，區(qū)內(nèi)3+4號和5號煤層煤體結(jié)構(gòu)主要為碎裂結(jié)構(gòu)，其次為原生結(jié)構(gòu)和碎粒結(jié)構(gòu)，對煤層氣開發(fā)比較有利。研究區(qū)鼻狀構(gòu)造發(fā)育2組正交裂隙，分別平行于地層的走向和傾向，為煤層氣儲存提供了部分空間，并為其產(chǎn)出、運移提供了有效通道[3]。根據(jù)對部分煤層氣井的煤心觀測發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)煤中割理及裂隙較發(fā)育，連通性較好，裂隙大多未被礦物充填。面割理走向近東西向，端割理與之斜交。平面上兩組割理的展布以菱形網(wǎng)格狀為主，不規(guī)則網(wǎng)狀次之，孤立狀少見。

圖1 柳林地區(qū)地理位置（a）和井位分布（b）

圖2 柳林地區(qū)地層綜合柱狀圖（引自文獻［2］，有改動）

（4）儲層壓力前人研究表明，合理的儲層壓力對滲透率有著明顯的影響[4-6]；煤層氣藏為典型的應(yīng)力敏感性氣藏，隨著煤層氣的開采，儲層孔隙壓力降低，滲透率大幅度降低，引起產(chǎn)量下降[7]。因此，產(chǎn)能數(shù)值模擬時必須結(jié)合儲層壓力動態(tài)變化，制定合理的生產(chǎn)制度，調(diào)整產(chǎn)能預測參數(shù)。研究區(qū)3+4號煤層儲層壓力梯度為4.57×10-3~11.20×10-3MPa/m，平均8.34×10-3MPa/m；5號煤層儲層壓力梯度為6.04×10-3~11.10×10-3MPa/m，平均8.52×10-3MPa/m.各煤層儲層壓力梯度平均8.35× 10-3MPa/m；屬于欠壓-正常地層（表1）。

（5）儲層溫度經(jīng)測試，研究區(qū)煤層儲層溫度主要為20~35℃，地溫梯度3~6℃/hm，略高于正常地溫梯度。

（6）孔滲性通過煤層氣參數(shù)井、生產(chǎn)實驗井測定煤的真密度與視密度，得到煤的孔隙度為2.0%.區(qū)塊內(nèi)多口煤層氣井對3+4號和5號煤層進行了注入/壓降試井。測試結(jié)果顯示，3+4號煤層滲透率為0.02~ 3.44 mD，5號煤層滲透率為0.02~16.4 mD.研究區(qū)煤層的滲透率相對較高，西部煤層滲透率相對較低，北部與南部的東中地區(qū)滲透率較高（表1，圖1b）。

（7）吸附與解吸等溫吸附測試結(jié)果顯示，煤的Langmuir體積為17.08~22.45 m3/t；Langmuir壓力為1.41~3.52 MPa，平均2.11 MPa；研究區(qū)內(nèi)煤層吸附能力中等。3+4號煤層的臨界解吸壓力1.01~2.57 MPa，平均1.67 MPa；5號煤層臨界解吸壓力1.76~1.97 MPa，平均1.87MPa.3+4號煤層的臨儲比（臨界解吸壓力與儲層壓力之比）為0.20~0.88，平均0.48；5號煤層的臨儲比平均0.43；臨儲比以3+4號煤層最高，其次是5號煤層。因此，煤層有較高的臨儲比，解吸率高，吸附時間較短，具有比較好的產(chǎn)氣能力和氣體可采性。

圖3 柳林地區(qū)L8井實際產(chǎn)量與擬合產(chǎn)量曲線

表1 煤層注入/壓降試井測定結(jié)果

（8）含氣量與含氣飽和度根據(jù)實測的儲層壓力、含氣量和等溫吸附數(shù)據(jù)計算,柳林地區(qū)3+4號煤層含氣飽和度為47.94%~94.47%，平均67.41%（表2）；5號煤層含氣飽和度為72.72%~90.62%，平均81.67%.柳林地區(qū)含氣量中等，具有獲得煤層氣高產(chǎn)的潛力。

2 歷史擬合

本次數(shù)值模擬使用COMET 3軟件，選擇雙孔單滲單組分模型。在調(diào)整參數(shù)過程中，煤層厚度、煤層標高和煤層埋深為確定性參數(shù)；歷史擬合時，各目標煤層均采用實際數(shù)據(jù)。而含氣量、Langmuir體積、Langmuir壓力等參數(shù)通?？勺鲞m當調(diào)整，但幅度通常不大；煤層滲透率、裂隙孔隙度、相對滲透率等參數(shù)是可調(diào)整的，允許調(diào)整的幅度較大[8]。本次歷史擬合初始參數(shù)取值基于研究區(qū)前期的煤田勘探資料和煤層氣勘探測試資料，根據(jù)已有的排采數(shù)據(jù)，并通過不斷地調(diào)整相關(guān)參數(shù)，對煤層氣井的產(chǎn)氣量和產(chǎn)水量進行歷史擬合，使模擬預測結(jié)果盡可能與實際產(chǎn)量相一致。

表2 柳林區(qū)塊煤層含氣飽和度計算結(jié)果

對排采3號、4號、5號煤層的L8井進行歷史擬合（圖3，表3），校正由于測試帶來的儲層參數(shù)誤差。從圖3可以看出，擬合產(chǎn)水量與實際產(chǎn)水量基本一致，擬合產(chǎn)氣量與實際產(chǎn)氣量也基本一致。說明擬合參數(shù)與實際儲層一致，建立的儲層模型具有較高的可信度，可以用來進行產(chǎn)能預測。

表3 柳林地區(qū)L8井歷史擬合參數(shù)

3 產(chǎn)能預測

根據(jù)裂隙發(fā)育方向，柳林地區(qū)采用東北向350 m，北西向300 m的井網(wǎng)[2-3]。煤層氣儲層經(jīng)過壓裂后，排水降壓效果明顯[9]。根據(jù)柳林煤層氣儲層敏感性評價實驗的研究，初期采取2 m3/d的排采速度，在儲層改造和保護方面效果最好[10]。

用歷史擬合參數(shù)（表3）進行數(shù)值模擬，得到日產(chǎn)氣量和累計產(chǎn)氣量曲線（圖4）和15年產(chǎn)氣量預測（表4）。

圖4 日產(chǎn)氣量與累計產(chǎn)氣量模擬

表4 3+4+5號煤層15年產(chǎn)氣量預測

柳林地區(qū)3號、4號和5號煤層直井單井排采15年累計產(chǎn)氣量預測可達459.05×104m3，采收率可達56.12%.可見，柳林地區(qū)煤層氣資源具有商業(yè)開采價值。

4 結(jié)論

（1）柳林地區(qū)山西組的主要煤儲層3號、4號和5號煤層多為焦煤、瘦煤等中等變質(zhì)程度的煤，煤體結(jié)構(gòu)大多為原生結(jié)構(gòu)。煤層的滲透率相對較高。煤層屬于欠壓-正常地層。煤儲層溫度介于20~35℃，地溫梯度3~6℃/hm，比正常地溫梯度略微偏高。柳林地區(qū)煤層含氣飽和度為47.94%~94.47%，平均61.20%，屬于欠飽和狀態(tài)。煤層吸附能力中等。

（2）采用300 m×350 m的矩形井網(wǎng)，利用COM?ET3數(shù)值模擬軟件對柳林地區(qū)煤層氣產(chǎn)能進行了預測。3號、4號和5號煤層直井單井排采15年累計產(chǎn)氣量預測可達459.05×104m3，采收率可達56.12%.柳林地區(qū)煤層氣資源具有良好的商業(yè)開發(fā)價值。

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CBM Reservoir Characteristics and Productivity Prediction in Liulin Area，Ordos Basin

JIAN Xiaofei1，TANG Shuheng1，LIU Renhe2，ZHAO Gang3，SUN Pengjie4，LIN Wen2，JIA Lingxiao1
(1.ChinaUniversity of Geosciences，Beijing100083，China；2.LangfangBranch，Research Institute of Petroleum Exploration and Development，PetroChina，Langfang，Hebei 065007，China;3.ChinaUnited Coalbed Methane Corporation，Ltd.，Beijing100011，China; 4.BeijingDadi Gaoke CBM Engineeringand Technological Research Institute，Beijing100073，China)

This paper analyzes the coal seam distribution，fracture development characteristics，roof?floor lithology，permeability，reservoir pressure，reservoir temperature，gas saturation，adsorption characteristics in Liulin area of Ordos basin.According to these parameters，this paper establishes the reservoir model.Integrated with the production performance，the reservoir model is adjusted after history matching by COMET?3.Finally，production prediction of Well L8 indicates that the CBM cumulative production will be 459.05×104m3and the recovery factor will be 56.12%in 15 years.The paper comes to a conclusion that the reservoir is favorable for CBM development，and CBM in Liulin areahas high value for commercial development.

Ordos basin;Liulin area;coalbed methane(CBM);reservoir characteristic;productivity prediction

TE122.2

A

1001-3873（2015）03-0326-04

10.7657/XJPG20150315

2014-12-08

2015-02-03

國家科技重大專項（2011ZX05018-002；2011ZX05034-003）

菅笑飛（1991-），男，河南安陽人，碩士研究生，非常規(guī)天然氣地質(zhì)，（Tel）15210962528（E-mail）872411052@qq.com.