煤層氣多層合采開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐旨坝欣麉^(qū)評(píng)價(jià)

楊兆彪，李洋陽(yáng)，秦勇，孫晗森，張平，張爭(zhēng)光，吳叢叢，李存磊，陳長(zhǎng)驍

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤層氣資源與成藏過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇徐州 221008；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇徐州 221116；3.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100016；4.中石油煤層氣有限責(zé)任公司忻州分公司，山西保德 041000）

0 引言

滇東黔西是中國(guó)南方重要的煤炭與煤層氣資源賦存區(qū)，上二疊統(tǒng)煤層氣地質(zhì)資源量約占全國(guó)的10%[1]，具有“煤層層數(shù)多而薄、應(yīng)力高、弱富水、煤體結(jié)構(gòu)復(fù)雜”的地質(zhì)特征[2]。該地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，要經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)煤層氣資源，開(kāi)發(fā)初期必須做好基礎(chǔ)地質(zhì)研究工作，同時(shí)更要做好開(kāi)發(fā)有利區(qū)、有利層段的優(yōu)選工作。近幾年主要從資源、地質(zhì)角度進(jìn)行了開(kāi)發(fā)早期評(píng)價(jià)，重點(diǎn)考慮了含氣量、滲透性、儲(chǔ)集層壓力及構(gòu)造復(fù)雜程度對(duì)開(kāi)發(fā)效果的影響，在此基礎(chǔ)上優(yōu)選出開(kāi)發(fā)有利區(qū)[3]，盡管取得了許多卓有成效的成果，但重點(diǎn)工作一直局限于對(duì)某一主力煤層進(jìn)行開(kāi)發(fā)有利區(qū)優(yōu)選，未能對(duì)該區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件進(jìn)行綜合、精細(xì)研究，主要表現(xiàn)為：①未能充分考慮煤層薄、多、煤體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地質(zhì)特點(diǎn)；②低滲透儲(chǔ)集層需要進(jìn)行壓裂改造，可改造性對(duì)氣井產(chǎn)能有重大影響，儲(chǔ)集層的可改造性定量評(píng)價(jià)研究相對(duì)缺失；③主要采用了較為簡(jiǎn)單的常規(guī)研究方法刻畫多煤層全層位儲(chǔ)集層物性的分布，不夠精細(xì)；④多層合采條件下的“靶區(qū)優(yōu)選”研究工作尚未開(kāi)展。

三維地質(zhì)建模是油藏描述的有效手段，技術(shù)成熟，多用于描述常規(guī)油氣儲(chǔ)集層物性、沉積相、構(gòu)造演化等[4-6]。近年來(lái)，煤層氣田大量實(shí)施地震數(shù)據(jù)采集與處理、測(cè)井解釋、試井等，資料豐富，具備了開(kāi)展煤層氣儲(chǔ)集層物性三維建模，特別是精細(xì)刻畫多煤層全層位儲(chǔ)集層物性分布的條件。本文基于煤層氣井產(chǎn)能方程，重點(diǎn)考慮影響煤儲(chǔ)集層產(chǎn)氣潛力的關(guān)鍵物性參數(shù)，提出多煤層條件下開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐址椒ǎ⒋_定出開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐值亩恐笜?biāo)；同時(shí)采用三維地質(zhì)建模技術(shù)，構(gòu)建多煤層地質(zhì)體，實(shí)現(xiàn)多煤層全層位儲(chǔ)集層物性的精細(xì)分析與刻畫；以地質(zhì)模型為基礎(chǔ)，依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，劃分單煤層、合采煤層的煤層氣開(kāi)發(fā)單元，評(píng)價(jià)煤儲(chǔ)集層產(chǎn)層潛能，優(yōu)選開(kāi)發(fā)有利區(qū)。

1 開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐?/h2>

合理劃分煤層氣田的開(kāi)發(fā)單元是煤層氣經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。劃分開(kāi)發(fā)單元，需要綜合考慮煤層氣儲(chǔ)集層的厚度、含氣量、滲透率、煤體結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)集層壓力及儲(chǔ)集層的可改造性等多項(xiàng)因素，制定可行的劃分開(kāi)發(fā)單元的定量指標(biāo)，合理評(píng)價(jià)煤層氣儲(chǔ)集層生產(chǎn)潛能。

1.1 開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐址椒?/h3>

楊兆彪等[7]基于煤層氣井產(chǎn)能公式提出了多煤層產(chǎn)層優(yōu)化組合“三步法”，其中定義的主力產(chǎn)層優(yōu)選指數(shù)可用于評(píng)價(jià)垂向多煤層中的主力產(chǎn)層。

煤層氣井產(chǎn)能公式為：

主力產(chǎn)層優(yōu)選指數(shù)為：

在煤層氣多產(chǎn)層條件下，可將基于產(chǎn)能公式定義的主力產(chǎn)層優(yōu)選指數(shù)引申為單層煤層氣產(chǎn)層潛能指數(shù)，其科學(xué)意義在于計(jì)算公式類似于產(chǎn)能公式，計(jì)算結(jié)果值可近似表征煤層氣單層產(chǎn)能。主力產(chǎn)層優(yōu)選指數(shù)公式中忽略了氣井工程綜合影響系數(shù)B（主要受人為或技術(shù)因素影響，確定相對(duì)困難）和井底壓力p0（在穩(wěn)產(chǎn)階段井底壓力基本為一定值，變化較?。⒃黾恿嗣后w結(jié)構(gòu)因子S，在計(jì)算中具有一票否決的作用。采用（2）式可進(jìn)行單層煤層氣平面開(kāi)發(fā)單元的劃分。

（2）式中滲透率（K）為原位滲透率（未經(jīng)儲(chǔ)集層改造的滲透率）。低滲透煤層煤層氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，多數(shù)情況下需要進(jìn)行儲(chǔ)集層改造[8]，為反映煤層氣儲(chǔ)集層經(jīng)壓裂改造后的真實(shí)生產(chǎn)能力，這里采用改造后的滲透率（K0）替代K，則（2）式可修正為：

影響改造滲透率的主要地質(zhì)因素是地應(yīng)力[9-11]與煤儲(chǔ)集層的脆性指數(shù)，脆性指數(shù)是頁(yè)巖儲(chǔ)集層可壓裂性的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，近期引入用于評(píng)價(jià)煤儲(chǔ)集層的可壓裂性[12]，地應(yīng)力小、脆性指數(shù)大有利于儲(chǔ)集層改造，改造后滲透率較高。

可引入校正系數(shù)對(duì)原位滲透率進(jìn)行校正，計(jì)算煤儲(chǔ)集層改造后的滲透率。

校正系數(shù)可通過(guò)Rickman等[13]提出的公式進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)（3）式可計(jì)算單層煤層氣產(chǎn)層潛能指數(shù)，某區(qū)域該值越大，其單層生產(chǎn)潛力越大，為可供開(kāi)發(fā)的有利區(qū)塊。

1.2 開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐值年P(guān)鍵參數(shù)界限

考慮方法的簡(jiǎn)單實(shí)用性，以煤層氣產(chǎn)層潛能指數(shù)計(jì)算公式中各物性參數(shù)為關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)滇東黔西多煤層氣田實(shí)際情況，結(jié)合煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的前期研究成果，將煤儲(chǔ)集層的品位劃分為Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ類。

1.2.1 煤層厚度

煤層厚度大小影響煤儲(chǔ)集層產(chǎn)氣潛力[14]，薄、中、厚煤層一般按1.3 m和3.5 m作為劃分界限[15]。考慮到滇東黔西煤層群發(fā)育，以薄煤層為主，界限值適當(dāng)降低，這里將煤厚3.0 m和1.0 m作為劃分Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ類煤儲(chǔ)集層的厚度分界值，這與煤層氣資源勘查技術(shù)規(guī)范[16]（GB/T 29119—2012）中規(guī)定的煤層氣單煤層有利目標(biāo)區(qū)的厚度下限值（3.0 m）一致。

1.2.2 煤層含氣量

煤層含氣量是確定煤層氣資源量和可開(kāi)發(fā)性必不可少的參數(shù)[17-19]。滇東黔西主力煤層從中煤階到高煤階均有分布，煤級(jí)變化大，但含氣量高[2]，根據(jù)煤層氣資源/儲(chǔ)量規(guī)范[20]（DZ/T 0216—2010）中的煤層含氣量下限，可統(tǒng)一將煤層含氣量下限標(biāo)準(zhǔn)定為8 m3/t，即Ⅱ和Ⅲ類煤儲(chǔ)集層的含氣量分界值，同時(shí)在滇東黔西低滲區(qū)煤層氣井想獲得高產(chǎn)，較高的煤層含氣量尤為重要[21-22]，煤層含氣量高意味著含氣飽和度高、臨儲(chǔ)比（臨界解吸壓力與儲(chǔ)集層壓力之比）大，可采性好。中國(guó)煤層含氣飽和度與單井日產(chǎn)量之間的關(guān)系統(tǒng)計(jì)表明，單井日產(chǎn)氣量超過(guò)1 000 m3的煤層氣井煤層含氣飽和度均大于60%[23]，滇東黔西高產(chǎn)井同樣具有類似的規(guī)律，如楊梅參1井含氣飽和度達(dá)到了70%以上[22]。研究區(qū)主要為中高煤階煤，在實(shí)驗(yàn)溫度30 ℃時(shí)，煤空氣干燥基蘭氏體積隨煤級(jí)增高而增大（見(jiàn)圖1），中高煤階煤理論含氣飽和度達(dá)到60%，其平均含氣量大致在12～14 m3/t。為此可將12 m3/t作為Ⅰ和Ⅱ類煤儲(chǔ)集層的含氣量分界值，含氣飽和度一般可達(dá)到60%～100%。

圖1 滇東黔西煤空氣干燥基蘭氏體積與反射率關(guān)系

1.2.3 煤儲(chǔ)集層改造后滲透率

煤層滲透率是決定煤層氣可流動(dòng)性和可開(kāi)發(fā)性的重要地質(zhì)因素[14,19]。滇東黔西煤層滲透率普遍偏低，以中、低滲透儲(chǔ)集層為主。傅雪海等[24]將中國(guó)中、低滲透儲(chǔ)集層劃分的分界標(biāo)準(zhǔn)定為原位儲(chǔ)集層滲透率等于0.1×10-3μm2，據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，可通過(guò)滇東黔西約80組試井滲透率與地應(yīng)力的關(guān)系確定出三向地應(yīng)力平均值分界標(biāo)準(zhǔn)約為20 MPa（見(jiàn)圖2a）。同時(shí)試井滲透率隨三向地應(yīng)力平均值增大而減小，且三向地應(yīng)力平均值隨埋深增大而增大（見(jiàn)圖2b），滲透率隨埋深增大普遍降低。在壓裂改造過(guò)程中，主應(yīng)力差越小，越容易形成復(fù)雜的縫網(wǎng)[25]，越有利于儲(chǔ)集層的改造，而三向地應(yīng)力平均值與主應(yīng)力差具有正相關(guān)關(guān)系（見(jiàn)圖2c）。因此，三向地應(yīng)力平均值大小既是原始儲(chǔ)集層滲透率的主控因素，同時(shí)也是后期儲(chǔ)集層壓裂改造效果的主控因素，隨埋深增大，地應(yīng)力增大，儲(chǔ)集層難以有效改造。

圖2 滇東黔西煤層三向地應(yīng)力平均值與滲透率（a）、埋深（b）、主應(yīng)力差（c）的關(guān)系

脆性指數(shù)可反映儲(chǔ)集層壓裂后形成裂縫的復(fù)雜程度，其值越高越容易形成復(fù)雜的網(wǎng)狀裂縫，美國(guó)San Juan和Piceance盆地煤層脆性指數(shù)平均為40%，壓裂井的壓裂效果好[12]，Rickman等[13]認(rèn)為脆性指數(shù)大于40%時(shí)，可以認(rèn)定巖石是脆性的。參照此值，這里可取40%作為分界值。

根據(jù)（4）式，原位滲透率取0.1×10-3μm2，平均地應(yīng)力取20 MPa，脆性指數(shù)取40%，計(jì)算得煤儲(chǔ)集層改造后的滲透率為0.2×10-3μm2，該值可作為劃分Ⅰ+Ⅱ和Ⅲ類煤儲(chǔ)集層改造后滲透率的分界值。

1.2.4 煤儲(chǔ)集層壓力

煤儲(chǔ)集層壓力是煤層氣發(fā)生流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)源，隨埋深增大而增大。滇東黔西儲(chǔ)集層壓力從欠壓到超壓均有分布。在其他地質(zhì)條件相同的情況下，煤儲(chǔ)集層壓力越高越容易排采，越有利于煤層氣井的生產(chǎn)。從國(guó)內(nèi)煤層氣開(kāi)發(fā)的實(shí)際情況來(lái)看，儲(chǔ)集層壓力一般在5 MPa以上開(kāi)發(fā)效果較好，滇東黔西高產(chǎn)井埋深大部分超過(guò)500 m，儲(chǔ)集層壓力一般在5 MPa以上[21-22]。因此可將5 MPa作為劃分Ⅰ+Ⅱ和Ⅲ類煤儲(chǔ)集層的壓力分界值。

1.2.5 煤體結(jié)構(gòu)

煤體結(jié)構(gòu)是影響煤層氣壓裂改造的重要因素，碎裂煤和原生結(jié)構(gòu)煤易于改造，而構(gòu)造煤幾乎不可能被改造；在排采過(guò)程中，煤體結(jié)構(gòu)越破碎，煤粉產(chǎn)出越多，裂縫閉合越嚴(yán)重，且易造成排采通道的堵塞[26-27]。確定煤體結(jié)構(gòu)是煤層氣勘探開(kāi)發(fā)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，一般采用地質(zhì)強(qiáng)度因子GSI法[28]計(jì)算煤體結(jié)構(gòu)指數(shù)，進(jìn)而對(duì)煤體結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)井解釋。根據(jù)煤體破碎程度不同，煤體結(jié)構(gòu)可分為原生結(jié)構(gòu)煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤4類。煤體結(jié)構(gòu)指數(shù)大于45時(shí)（原生結(jié)構(gòu)煤或碎裂煤），煤體結(jié)構(gòu)因子等于1，該值可作為Ⅰ+Ⅱ類煤儲(chǔ)集層分類的定量指標(biāo)；煤體結(jié)構(gòu)指數(shù)小于45時(shí)（碎粒煤或糜棱煤），煤體結(jié)構(gòu)因子等于0，該值可作為Ⅲ類煤儲(chǔ)集層分類的定量指標(biāo)。

1.3 開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐侄恐笜?biāo)

根據(jù)劃分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類煤儲(chǔ)集層關(guān)鍵參數(shù)的分界值，采用（3）式計(jì)算產(chǎn)層潛能指數(shù)得：①對(duì)于單層，當(dāng)產(chǎn)層潛能指數(shù)值大于36×10-15m6·MPa/t劃分為Ⅰ類煤儲(chǔ)集層分布區(qū)，（8～36）×10-15m6·MPa/t劃分為Ⅱ類煤儲(chǔ)集層分布區(qū)，小于8×10-15m6·MPa/t劃分為Ⅲ類煤儲(chǔ)集層分布區(qū)。②多層合采需確定組合產(chǎn)層，滿足“三步法”產(chǎn)層組合條件[7]，即：第1步根據(jù)產(chǎn)層優(yōu)選指數(shù)，在多煤層中完成主力產(chǎn)層優(yōu)選；第2步根據(jù)組合指數(shù)完成主力產(chǎn)層的擴(kuò)展組合，組合指數(shù)主要考慮儲(chǔ)集層壓力梯度差、臨界解吸壓力差不宜過(guò)大，保證儲(chǔ)集層流體屬性相似，主力產(chǎn)層平穩(wěn)產(chǎn)氣和組合產(chǎn)層集中產(chǎn)氣為原則；第3步根據(jù)產(chǎn)能貢獻(xiàn)指數(shù)完成產(chǎn)層優(yōu)化組合，基于產(chǎn)層經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，在第2步的基礎(chǔ)上剔除經(jīng)濟(jì)性較差的產(chǎn)層，最終完成多煤層產(chǎn)層組合。組合產(chǎn)層平均產(chǎn)層潛能指數(shù)值大于36×10-15m6·MPa/t劃分為Ⅰ類煤儲(chǔ)集層分布區(qū)，（8～36）×10-15m6·MPa/t劃分為Ⅱ類煤儲(chǔ)集層分布區(qū)，小于8×10-15m6·MPa/t劃分為Ⅲ類煤儲(chǔ)集層分布區(qū)（見(jiàn)表1）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，Ⅰ類煤儲(chǔ)集層分布區(qū)為最有利開(kāi)發(fā)區(qū)，Ⅱ類煤儲(chǔ)集層分布區(qū)為次有利開(kāi)發(fā)區(qū)，Ⅲ類煤儲(chǔ)集層分布區(qū)為非有利開(kāi)發(fā)區(qū)。

表1 煤層氣開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐侄恐笜?biāo)

2 有利區(qū)評(píng)價(jià)流程

煤層氣田開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐?，最重要的技術(shù)環(huán)節(jié)是精細(xì)描述各項(xiàng)儲(chǔ)集層物性參數(shù)的空間分布，以現(xiàn)在的技術(shù)手段而言，油氣（煤層氣）儲(chǔ)集層三維建模技術(shù)比較成熟，基本可以滿足要求。開(kāi)展煤層氣田開(kāi)發(fā)有利區(qū)評(píng)價(jià)，主要有3個(gè)步驟：①根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)資料與認(rèn)識(shí)，重構(gòu)多煤層全層位儲(chǔ)集層物性三維精細(xì)模型；②計(jì)算各網(wǎng)格的產(chǎn)層潛能指數(shù)，并繪制單層或多層合采條件下產(chǎn)層潛能指數(shù)等值線；③根據(jù)產(chǎn)層潛能指數(shù)等值線的分布情況，采用開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐侄恐笜?biāo)勾畫出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類煤儲(chǔ)集層分布區(qū)，進(jìn)而優(yōu)選出有利開(kāi)發(fā)區(qū)。

2.1 多煤層全層位儲(chǔ)集層物性三維建模

收集整理研究區(qū)地震、試井、測(cè)井、巖心等地質(zhì)資料，采用Petrel（或其他）地質(zhì)建模軟件構(gòu)建煤儲(chǔ)集層含氣量、滲透率、儲(chǔ)集層壓力、煤體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力、脆性指數(shù)等物性參數(shù)的三維地質(zhì)模型，可分7步實(shí)現(xiàn)：①數(shù)據(jù)準(zhǔn)備；②測(cè)井解釋；③建模數(shù)據(jù)處理；④構(gòu)建地層格架；⑤構(gòu)建巖相模型；⑥構(gòu)建屬性模型；⑦構(gòu)建儲(chǔ)集層物性模型。在屬性模型的約束下構(gòu)建各個(gè)儲(chǔ)集層物性參數(shù)模型，然后采用垂向網(wǎng)格（層組）的平均值進(jìn)行平面投影變換，生成二維平面圖與過(guò)典型井的連井剖面圖。

2.2 產(chǎn)層潛能指數(shù)平面分布與有利區(qū)評(píng)價(jià)

根據(jù)地質(zhì)模型中各網(wǎng)格的儲(chǔ)集層物性參數(shù)采用（3）式計(jì)算相應(yīng)網(wǎng)格的產(chǎn)層潛能指數(shù)，然后進(jìn)行平面投影變換，生成二維平面參數(shù)場(chǎng)，繪制各小層或多煤層全層位平均產(chǎn)層潛能指數(shù)等值線圖。煤層氣開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐旨坝欣麉^(qū)評(píng)價(jià)技術(shù)流程見(jiàn)圖3。

圖3 煤層氣多層合采開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐旨霸u(píng)價(jià)技術(shù)流程圖

對(duì)單個(gè)小層而言，產(chǎn)層潛能指數(shù)主要生成包含8×10-15m6·MPa/t和36×10-15m6·MPa/t的等值線，依據(jù)煤層氣開(kāi)發(fā)單元產(chǎn)層潛能指數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)單煤層劃分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類煤儲(chǔ)集層分布區(qū)，其中Ⅰ類區(qū)為最有利的開(kāi)發(fā)靶區(qū)。

對(duì)多層合采而言，運(yùn)用產(chǎn)層優(yōu)化組合“三步法”，首先對(duì)典型井進(jìn)行產(chǎn)層優(yōu)化組合[7]，在確定工區(qū)主要合采層段基礎(chǔ)上，在合采煤層平均產(chǎn)層潛能指數(shù)平面圖上生成包含8×10-15m6·MPa/t和36×10-15m6·MPa/t的等值線，劃分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類煤儲(chǔ)集層分布區(qū)，其中Ⅰ類區(qū)為最有利的開(kāi)發(fā)靶區(qū)。

3 應(yīng)用實(shí)例

云南雨旺區(qū)塊位于老廠復(fù)背斜南翼，面積81.75 km2，總體為一平緩的單斜構(gòu)造，邊緣為弧形斷裂圍繞，內(nèi)部有次一級(jí)的寬緩褶曲，斷層稀少。含煤地層為上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M，全區(qū)可采煤層為2#、3#、7#、8#、9#、16#、19#煤層共7層；大部分區(qū)域可采煤層為4#、13#、17#、18#煤層共4層?？刹擅簩涌偤?2.28 m；煤級(jí)為貧煤—無(wú)煙煤，部分煤層煤體結(jié)構(gòu)較為破碎。煤層含氣量較高，平均含氣量在12 m3/t左右；試井滲透率較低，平均為0.13×10-3μm2，平均儲(chǔ)集層壓力梯度為1.05 MPa/100 m，儲(chǔ)集層壓力狀態(tài)為正?！瑝?。

雨旺區(qū)塊早期部署煤層氣開(kāi)發(fā)井4口，參數(shù)井11口。2016年以來(lái)，通過(guò)實(shí)施“十三五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“滇東黔西煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)及先導(dǎo)性試驗(yàn)”，新部署實(shí)施試驗(yàn)井6口，目前正開(kāi)展初期排水。該區(qū)塊地質(zhì)與開(kāi)發(fā)資料相對(duì)豐富，基本具備開(kāi)發(fā)有利區(qū)優(yōu)選的條件。

3.1 煤儲(chǔ)集層物性三維建模

采用Petrel地質(zhì)建模軟件對(duì)研究區(qū)煤儲(chǔ)集層含氣量、滲透率、儲(chǔ)集層壓力、煤體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力、脆性指數(shù)等物性參數(shù)進(jìn)行三維建模，主要參數(shù)平面與縱向上具有如下分布特點(diǎn)。

3.1.1 煤層含氣量

區(qū)塊含氣量0.78～19.75 m3/t，平面上西南部平均含氣量較高，東北部較低（見(jiàn)圖4）。縱向上煤層單層含氣量整體上隨埋深增加而增大；但層位上不具有該規(guī)律，主要呈波動(dòng)式變化（見(jiàn)圖5），符合疊置煤層氣系統(tǒng)的基本特征[29-30]。

圖4 雨旺區(qū)塊煤儲(chǔ)集層平均含氣量分布

圖5 雨旺區(qū)塊煤儲(chǔ)集層含氣量連井剖面

3.1.2 煤儲(chǔ)集層滲透率

雨旺區(qū)塊試井滲透率（0.005 6～0.870 0）×10-3μm2，平均0.130 0×10-3μm2；測(cè)井平均滲透率（0.046～0.270）×10-3μm2，屬于中低滲—中滲儲(chǔ)集層，總體上以中低滲儲(chǔ)集層為主，局部發(fā)育中滲儲(chǔ)集層。

從平面分布來(lái)看，區(qū)塊中部滲透率較高，東北部最低（見(jiàn)圖6）。該區(qū)縱向上各層滲透率總體較低，局部發(fā)育高滲區(qū)（見(jiàn)圖7）。

3.1.3 煤儲(chǔ)集層壓力

煤儲(chǔ)集層壓力是煤層氣發(fā)生流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。根據(jù)試井實(shí)測(cè)值及測(cè)井解釋結(jié)果，雨旺區(qū)塊煤儲(chǔ)集層壓力3.71～10.85 MPa，平均6.77 MPa。壓力系數(shù)0.63～1.43，變化范圍比較大，平均1.07，儲(chǔ)集層欠壓、超壓共存。平面上儲(chǔ)集層壓力西偏北及YW-S1井附近較低，東南部較高（見(jiàn)圖8）；縱向上，隨著埋深的增加儲(chǔ)集層壓力逐漸增大，但局部存在波動(dòng)性（見(jiàn)圖9），與煤層的埋深分布趨勢(shì)基本一致，深部煤儲(chǔ)集層能量較高。

圖6 雨旺區(qū)塊煤儲(chǔ)集層平均滲透率平面分布

圖7 雨旺區(qū)塊煤儲(chǔ)集層滲透率連井剖面

圖8 雨旺區(qū)塊煤儲(chǔ)集層平均壓力平面分布

3.1.4 煤體結(jié)構(gòu)

雨旺區(qū)塊原生結(jié)構(gòu)煤占47%，碎裂煤占33%，碎粒煤和糜棱煤占20%。YW-S1井組附近煤體結(jié)構(gòu)較好，平面上西南部煤體結(jié)構(gòu)較好，東北部煤體結(jié)構(gòu)較差（見(jiàn)圖10）。縱向上中間層位煤體結(jié)構(gòu)較為破碎，淺部和深部較為完整（見(jiàn)圖11）。

此外還完成了三向地應(yīng)力及脆性指數(shù)的三維建模，其平面分布具有區(qū)域差異性，垂向分布具有波動(dòng)性，在此不再詳細(xì)描述。

3.2 開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐旨坝欣麉^(qū)評(píng)價(jià)

3.2.1 單層有利區(qū)評(píng)價(jià)

在關(guān)鍵參數(shù)建模的基礎(chǔ)上，計(jì)算并生成了多煤層中部分主力煤層（7#+8#、9#、13#、19#）的產(chǎn)層潛能指數(shù)分布圖（見(jiàn)圖12）：①7#+8#煤層Ⅰ類區(qū)主要分布在YW-02井附近，Ⅱ類區(qū)大范圍分布，Ⅲ類區(qū)零星分布，主要集中在研究區(qū)的東南部。②9#煤層Ⅰ類區(qū)主要呈條帶狀分布在研究區(qū)的中部，即淺部地區(qū)，Ⅱ類區(qū)零散分布于中間地帶，Ⅲ類區(qū)以條帶狀主要分布在區(qū)塊邊緣，面積較大。③13#煤層Ⅰ類區(qū)主要分布在YW-02和YW-04井附近，Ⅱ類區(qū)主要分布在東北部，Ⅲ類區(qū)零星分布于區(qū)塊邊緣。④19#煤層Ⅰ類區(qū)呈北東走向的條帶，主要分布在研究區(qū)的中部及東南部YW-03井附近，Ⅱ類區(qū)主要分布在東北部和西北緣，Ⅲ類區(qū)零星分布在東北部。

圖9 雨旺區(qū)塊煤儲(chǔ)集層壓力連井剖面

圖10 雨旺區(qū)塊平均煤體結(jié)構(gòu)指數(shù)平面分布圖

綜合評(píng)價(jià)表明，各主力煤層的開(kāi)發(fā)有利區(qū)分布規(guī)律具有較大差異性，4個(gè)主力煤層中7#+8#煤層和19#煤層的Ⅲ類區(qū)面積最小，9#煤層的Ⅲ類區(qū)面積最大。

前期研究中，多煤層開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐滞捎媚骋恢髁蚊簩拥漠a(chǎn)氣潛能評(píng)價(jià)結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，由此劃分全區(qū)域全煤層的開(kāi)發(fā)有利區(qū)，顯然方法具有嚴(yán)重缺陷，評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性、精度較低，難以滿足多煤層煤層氣合采開(kāi)發(fā)的選區(qū)要求。

3.2.2 合采有利區(qū)評(píng)價(jià)

根據(jù)多煤層產(chǎn)層優(yōu)化組合“三步法”[7]和聚類分析組合法[31]，首先對(duì)研究區(qū)進(jìn)行產(chǎn)層優(yōu)化組合，可得9#及以上煤層和13#及以下煤層2套主力產(chǎn)層組合[32]，各組合內(nèi)部?jī)?chǔ)集層物性和流體屬性相近，可兼容性高?；诖耍瑢?duì)9#及以上煤層和13#及以下煤層2套主力產(chǎn)層組合的產(chǎn)層潛能指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，形成平均產(chǎn)層潛能指數(shù)圖（見(jiàn)圖13），劃分出煤儲(chǔ)集層分布的Ⅰ類區(qū)、Ⅱ類區(qū)和Ⅲ類區(qū)。

圖11 雨旺區(qū)塊煤體結(jié)構(gòu)指數(shù)連井剖面

圖12 雨旺區(qū)塊煤儲(chǔ)集層單層開(kāi)發(fā)有利區(qū)評(píng)價(jià)

由評(píng)價(jià)結(jié)果可知，9#及以上煤層Ⅰ類區(qū)主要分布在研究區(qū)的西南部，YW-02井附近區(qū)域合采效果最佳；Ⅱ類區(qū)分布在研究區(qū)的中部和東北部；Ⅲ類區(qū)范圍小，僅分布在研究區(qū)的東北部。13#及以下煤層Ⅰ類區(qū)主要分布在研究區(qū)的中部、西南部及東南部；Ⅱ類區(qū)主要分布在研究區(qū)的東北部；無(wú)Ⅲ類區(qū)。

由此可見(jiàn)，13#及以下煤層適宜于大面積的合采。研究區(qū)西南部2套產(chǎn)層組合的Ⅰ類區(qū)存在重疊，9#及以上煤層組合與13#及以下煤層組合均有Ⅰ類區(qū)分布，更適合開(kāi)展多層合采。研究區(qū)東北部無(wú)Ⅰ類區(qū)，不適宜進(jìn)行多層合采開(kāi)發(fā)。研究區(qū)中部，只有13#及以下煤層組合的Ⅰ類區(qū)，適合13#及以下煤層多層合采。

3.3 有利區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果可靠性分析

雨旺區(qū)塊早期部署了1個(gè)煤層氣叢式井組，包括5口煤層氣排采井（YW-05井、YW-S1井、YW-S2井、YW-S3、YW-S4井）。排采2年左右關(guān)井，最高日產(chǎn)氣量23.96～1 864.00 m3，平均日產(chǎn)量4.14～477.04 m3，開(kāi)發(fā)效果較差。原因在于：①井組中4口井開(kāi)發(fā)層位為7#+8#煤層和19#煤層，1口井開(kāi)發(fā)層位為19#煤層，根據(jù)“三步法”產(chǎn)層優(yōu)化組合結(jié)果，7#+8#煤層和19#煤層不宜組合[32]；②從單層或多層合采產(chǎn)層有利區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果看，7#+8#煤層單采、19#煤層單采、9#及以上煤層合采、13#及以下煤層合采4種情況下，YW-S井組附近都位于Ⅱ類次有利區(qū)，產(chǎn)層潛能較低，開(kāi)發(fā)效果自然較差。

圖13 雨旺區(qū)塊煤儲(chǔ)集層多層合采有利開(kāi)發(fā)區(qū)評(píng)價(jià)結(jié)果

目前正在排采的6口煤層氣井（YW-01井、YW-02井、YW-03井、YW-04井、YW-CS1井、YW-CS2井）中，YW-01井開(kāi)發(fā)層位為7#+8#煤層和13#煤層，其他井開(kāi)發(fā)層位為13#及以下煤層且采用了“三步法”進(jìn)行產(chǎn)層優(yōu)化組合[32]。到2018年9月為止排采超過(guò)4個(gè)月，處于平衡產(chǎn)水階段，還未產(chǎn)氣。從這幾口井的分布來(lái)看，井位部署在研究區(qū)的中部、西南部及東南部，基本位于單層、多層合采開(kāi)發(fā)有利區(qū)，9#及以上煤層合采，YW-02井位于Ⅰ類區(qū)；13#及以下煤層合采，YW-02井、YW-03井、YW-04位于Ⅰ類區(qū)，YW-01井位于Ⅱ類區(qū)（見(jiàn)圖13）?？梢钥吹剑齻€(gè)別井外，布井結(jié)果基本與開(kāi)發(fā)有利區(qū)預(yù)測(cè)結(jié)果吻合，預(yù)計(jì)將會(huì)取得良好的開(kāi)發(fā)效果。

4 結(jié)論

以煤層氣井產(chǎn)能方程為基礎(chǔ)，考慮煤儲(chǔ)集層可改造性對(duì)煤層氣井產(chǎn)氣能力的影響，修正產(chǎn)層優(yōu)化組合“三步法”中的主力產(chǎn)層優(yōu)選指數(shù)后，提出了煤層氣產(chǎn)層潛能指數(shù)用于評(píng)價(jià)多層合采條件下的開(kāi)發(fā)有利區(qū)，可以更好地反映多煤層產(chǎn)層的生產(chǎn)潛能。

多煤層煤層氣開(kāi)發(fā)單元?jiǎng)澐侄糠旨?jí)評(píng)級(jí)指標(biāo)體系考慮了影響產(chǎn)層潛能指數(shù)的煤儲(chǔ)集層關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)合地質(zhì)建模技術(shù)形成的開(kāi)發(fā)有利區(qū)評(píng)價(jià)方法經(jīng)實(shí)際應(yīng)用證實(shí)可以有效克服僅依靠某一主力單煤層的產(chǎn)氣潛能評(píng)價(jià)結(jié)果作為開(kāi)發(fā)有利區(qū)優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和精度，可以滿足多煤層煤層氣合采開(kāi)發(fā)的選區(qū)要求。

符號(hào)注釋：

B——?dú)饩こ叹C合影響系數(shù)，1015t/（d·m3·MPa2）；BR——脆性指數(shù)，%；E——彈性模量，GPa；E0——常數(shù)，1 GPa；H——煤層厚度，m；K——原位滲透率，10-3μm2；K0——改造后滲透率，10-3μm2；p——儲(chǔ)集層壓力，MPa；p0——井底壓力，MPa；Q——煤層氣井產(chǎn)能，m3/d；S——煤體結(jié)構(gòu)因子，當(dāng)煤體結(jié)構(gòu)為原生結(jié)構(gòu)煤或碎裂煤時(shí)，S=1，當(dāng)煤體結(jié)構(gòu)為碎粒煤或糜棱煤時(shí)，S=0；U——泊松比，無(wú)因次；V——含氣量，m3/t；α——校正系數(shù)，無(wú)因次；β——常數(shù)，100 MPa；δ——煤層氣潛能指數(shù)（主力產(chǎn)層優(yōu)選指數(shù)），10-15m6·MPa/t；σh,min——最小水平主應(yīng)力，MPa；σh,max——最大水平主應(yīng)力，MPa；σv——垂向應(yīng)力，MPa。