阜康砂溝試驗(yàn)區(qū)多-厚儲層產(chǎn)能預(yù)測研究

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.029

摘" 要：為提供多-厚煤層氣儲層排采指導(dǎo)，該文依托阜康砂溝試驗(yàn)區(qū)多-厚儲層煤層氣井歷史擬合，分析多-厚煤儲層物性特征，開展新井排采產(chǎn)能預(yù)測研究，提高多-厚煤層氣儲層排采產(chǎn)能分析水平。煤層氣開發(fā)前的產(chǎn)能預(yù)測可為將來的排采計(jì)劃提供指導(dǎo)和幫助，有利于合理高效地開發(fā)氣田。該文采用軟件對阜康砂溝試驗(yàn)區(qū)煤層氣井進(jìn)行準(zhǔn)確的產(chǎn)能預(yù)測。基于此，分析試驗(yàn)區(qū)多-厚煤儲層未來10 a的產(chǎn)能變化趨勢并進(jìn)行綜合評價(jià)。

關(guān)鍵詞：煤層氣；多-厚煤層；產(chǎn)能；排采；阜康礦區(qū)

中圖分類號：TE155" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）32-0116-04

Abstract： In order to provide guidance for multi-thick coalbed methane reservoir drainage， based on the history fitting of multi-thick coalbed methane wells in Fukang Shagou test area， this paper analyzes the physical properties of multi-thick coal reservoirs and carries out a study on the prediction of new well drainage productivity. improve the level of production and production analysis of multi-thick coalbed methane reservoir. The productivity prediction before the development of coalbed methane can provide guidance and help for the future drainage and production planning， which is conducive to the reasonable and efficient development of gas fields. In this paper， the software is used to accurately predict the productivity of coalbed gas wells in Fukang Shagou test area. Based on this， the productivity change trend of multi-thick coal reservoirs in the test area in the next 10 years is analyzed and comprehensively evaluated.

Keywords： coalbed methane; multi-thick coal seam; productivity; drainage and mining; Fukang mining area

我國的煤層氣能源儲量位居世界第三，其中新疆煤層氣能源資源量巨大（9.51×1012" m3）[1]，占全國的26%。煤層氣是一種非常規(guī)且清潔的不可再生能源，具有巨大的開發(fā)利用前景，同時也存在一定的危害性，如煤層氣是一種溫室氣體，會導(dǎo)致全球溫度升高，在煤礦開采時，可引發(fā)礦井瓦斯突出、爆炸、火災(zāi)等事故造成財(cái)產(chǎn)損失，對煤礦的安全生產(chǎn)造成不利影響。因此，對煤層氣的開發(fā)利用不僅消除了此類危害，還可以獲得巨大的能源經(jīng)濟(jì)效益。在此背景下，眾多開發(fā)煤層氣的企業(yè)不斷探索研究出多種多煤層氣開采技術(shù)，如多煤層合壓合采、多煤層分壓合采、多分支水平井等開采工藝技術(shù)[2-3]，其中，多層合層排采是我國目前提高煤層氣產(chǎn)能的重要手段，且已取得較豐富的經(jīng)驗(yàn)。本文利用Eclipse數(shù)值模擬軟件建立了與實(shí)際較為相符的阜康砂溝試驗(yàn)區(qū)多-厚儲層地質(zhì)模型，通過軟件數(shù)值模擬計(jì)算出新1井的煤層氣排采動態(tài)，以期為新1井煤層氣的開采提供理論及實(shí)際工程施工指導(dǎo)。

1" 煤層氣井信息

選擇典型井X-6井進(jìn)行歷史擬合。X-6井39號煤層頂界為814.60 m，底界為834.80 m，煤層總厚度為20.20 m，含氣量值為11.89～18.21 m3/t。41號煤層頂界為866.90 m，底界為878.30 m，煤層總厚度為11.40 m，含氣量為9.87～18.99 m3/t。42號煤層頂界為928.30 m，底界為960.50 m，煤層總厚度為32.20 m，含氣量值為15.12～18.30 m3/t（表1）。

X-6井采用多層合采方式，從開采開始產(chǎn)水量在3個月后達(dá)到峰值日產(chǎn)水量23.9 m3/d，后產(chǎn)水量逐漸減小，在排采后期停泵，停止產(chǎn)水；套壓在前3個月為0 MPa，后突增到最大值3.5 MPa，日后遞減；排采3個月后日產(chǎn)氣量從0 m3/d增加到峰值日產(chǎn)氣3 000 m3/d，在之后的390 d中，產(chǎn)氣量波動下降，開采720 d左右開始，日產(chǎn)氣量維持在2 000 m3/d，之后略有波動。

2" 單井歷史擬合方法

單井的歷史擬合是產(chǎn)能預(yù)測工作必要的前期工作[4-6]。歷史擬合的原理是利用軟件建立儲層地質(zhì)模型，通過調(diào)整儲層各項(xiàng)參數(shù)，使軟件中所建立的地質(zhì)模型的產(chǎn)氣產(chǎn)水量與真實(shí)數(shù)據(jù)相吻合，從而確定一組地質(zhì)模型儲層參數(shù)，為試驗(yàn)區(qū)新井多-厚煤儲層的開采提供認(rèn)識和工作計(jì)劃制定依據(jù)[7-8]。

根據(jù)實(shí)際情況，采用角點(diǎn)網(wǎng)格建立多層煤儲層模型，各儲層長寬都假設(shè)為500 m×500 m，各儲層厚度為實(shí)際煤層厚度，各儲層網(wǎng)格數(shù)量長寬方向都為25個，垂直方向都為1個，各網(wǎng)格對應(yīng)實(shí)際長寬都為20 m，厚度為各煤層實(shí)際厚度，網(wǎng)格中心位置為煤層氣井所在位置，以煤層走向CD為界限，A點(diǎn)所在一端為煤儲層的上傾方向，B點(diǎn)所在一端為煤儲層下傾方向（圖2）。

Eclipse軟件中的煤層氣模型遵循以下基本假設(shè)。①煤基質(zhì)塊采用了Warren-Root雙孔單滲模型，在該模型中，每個煤儲層網(wǎng)格被分成了裂隙和基質(zhì)2個部分，在此模型中認(rèn)為解吸和擴(kuò)散是瞬間完成的；②采用較成熟的黑油模型來模擬煤儲層中的氣水兩相運(yùn)動狀態(tài)；③煤層氣的吸附和解吸過程遵循朗格繆爾等溫吸附方程，擴(kuò)散過程遵循菲克擴(kuò)散定律，滲流過程遵循達(dá)西定律；④軟件自動進(jìn)行平衡初始化，根據(jù)含水、滲透率等參數(shù)自動計(jì)算儲層各個網(wǎng)格對應(yīng)的壓力，并對不同狀態(tài)下的網(wǎng)格進(jìn)行合理賦值以保證模型在進(jìn)行計(jì)算之前儲層處于平衡狀態(tài)[9-10]。

3" 單井歷史擬合結(jié)果

通過X-6井排采曲線（圖3）可以看出，該井經(jīng)歷了排水采氣、產(chǎn)氣量上升、產(chǎn)氣量減小、產(chǎn)氣量維持穩(wěn)定水平這4個煤層氣開采階段。在開采270 d后達(dá)到最高峰值日產(chǎn)量3 390 m3/d，之后產(chǎn)氣量開始波動遞減。通過對所建立的煤儲層模型進(jìn)行多次的擬合和儲層參數(shù)的調(diào)試，最終建立了一個與實(shí)際較為相符的煤儲層地質(zhì)模型，成功擬合出一條與實(shí)際產(chǎn)氣曲線較為接近的煤層氣排采曲線（圖3），儲層模型擬合出的日產(chǎn)氣量曲線與實(shí)際產(chǎn)氣曲線基本吻合，只有局部存在較小的差異。分析認(rèn)為最終煤儲層模型擬合所得的儲層參數(shù)（表2）是可以反映實(shí)際儲層情況的。

4" 新井產(chǎn)能預(yù)測

阜康砂溝先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)于2020年開展新井的鉆探工作，本文選擇新1井分別對39、41、42號煤儲層進(jìn)行煤層氣產(chǎn)能預(yù)測（圖4）。

新1井在排采初期時日產(chǎn)氣量迅速增加，大約在370 d后達(dá)到峰值日產(chǎn)氣量3 870 m3/d，之后日產(chǎn)氣量逐漸下降，日產(chǎn)氣量最終穩(wěn)定在248 m3/d（圖5）。新1井在開采10 a后，累計(jì)產(chǎn)氣量達(dá)到465×104 m3；日產(chǎn)水量自開井由22.71 m3/d逐漸減少，直至停止產(chǎn)水，10 a累計(jì)產(chǎn)水量為4 645 m3。

從各煤儲層產(chǎn)氣的預(yù)測曲線（圖6）可以看出，新1井主要產(chǎn)氣層為42號煤儲層，該煤儲層產(chǎn)氣能力強(qiáng)，產(chǎn)氣階段較長，其次為39號煤儲層，41號煤儲層對產(chǎn)氣的貢獻(xiàn)程度最小。各煤儲層產(chǎn)水的預(yù)測曲線可以看出，新1井主要產(chǎn)水層為42號煤層，其次為39號煤層，41號煤層產(chǎn)水最少。排采產(chǎn)氣時，各層產(chǎn)氣產(chǎn)水是重要的檢測對象，以便能夠及時調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，此次產(chǎn)能預(yù)測統(tǒng)計(jì)了新1井的生產(chǎn)指標(biāo)（表3）與數(shù)值模擬參數(shù)（表4）。

總體來看，阜康砂溝先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)新1井產(chǎn)能預(yù)測結(jié)果說明了阜康砂溝先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)39、41、42號煤儲層條件良好，有利于煤層氣的排采，單一的多層合采方式能夠滿足生產(chǎn)需要；新1井產(chǎn)能預(yù)測曲線都呈現(xiàn)出峰值較高，產(chǎn)氣量遞減較快的特點(diǎn)，但是有的煤層后期產(chǎn)氣量較小，可以考慮對煤儲層進(jìn)行壓裂改造等增產(chǎn)措施；在煤層氣實(shí)際排采過程中，依據(jù)各煤儲層日產(chǎn)氣速度不同，可實(shí)行不同次序的開采方式，根據(jù)需要，可以封堵貢獻(xiàn)度低的煤儲層，最終達(dá)到提高產(chǎn)氣量的目的。

5" 結(jié)論

利用Eclipse軟件建立了阜康砂溝先導(dǎo)試驗(yàn)區(qū)急傾斜多-厚煤儲層模型，并進(jìn)行單井產(chǎn)氣產(chǎn)水量的歷史擬合，在擬合完成后，運(yùn)用歷史擬合得到的儲層物性參數(shù)，對新井進(jìn)行了產(chǎn)氣與產(chǎn)水量的預(yù)測，取得以下幾點(diǎn)認(rèn)識。

1）基于急傾斜多-厚煤儲層物性特征，挑選典型合采井，通過多次擬合調(diào)試得到的歷史擬合結(jié)果與X-6井的實(shí)際產(chǎn)氣曲線吻合程度良好，可以在所建立的地質(zhì)模型上進(jìn)行新井的產(chǎn)能預(yù)測工作。

2）試驗(yàn)區(qū)新1井39、41、42號3個煤儲層10 a內(nèi)的產(chǎn)能預(yù)測結(jié)果表明，新1井在370 d后達(dá)到峰值日產(chǎn)氣量3 870 m3/d，10 a累計(jì)產(chǎn)氣量達(dá)到465×104 m3，

10 a累計(jì)產(chǎn)水量為4 645 m3。產(chǎn)能預(yù)測結(jié)果對未來排采工作的制定提供了參考數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳艷婷.多煤層區(qū)煤層氣合層開發(fā)產(chǎn)能及經(jīng)濟(jì)性研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)（北京），2018.

[2] CLARKSON C R， BUSTIN R M， SEIDLE J P. Production-data analysis of single-phase（gas）coalbed-methane wells[J]. SPE Reservoir Evaluation amp; Engineering，2007，10（3）：312-331.

[3] 李婷.煤層氣多儲層合層開采可行性研究[D].北京：中國石油大學(xué)（北京），2018.

[4] 劉坤.煤層氣產(chǎn)能預(yù)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)（北京），2012.

[5] 張亞飛，李思達(dá)，樂平，等.上部含水層對煤層氣開發(fā)效果影響的數(shù)值模擬研究[J].非常規(guī)油氣，2023，10（2）：63-72.

[6] 楊洋，歐家強(qiáng)，呂亞博，等.基于生產(chǎn)動態(tài)分析的氣井產(chǎn)能評價(jià)方法[J].世界石油工業(yè)，2021，28（6）：74-79.

[7] 趙雯，朱炎銘，張曉莉，等.煤層氣井歷史擬合評述[J].中國煤層氣，2010，7（3）：20-22，37.

[8] 朱慶忠，胡秋嘉，杜海為，等.基于隨機(jī)森林算法的煤層氣直井產(chǎn)氣量模型[J].煤炭學(xué)報(bào)，2020，45（8）：2846-2855.

[9] 傅雪海，康俊強(qiáng).急傾斜儲層煤層氣排采過程中上傾與下傾方向滲透率差異演化模擬[C]//中國煤炭學(xué)會瓦斯地質(zhì)專業(yè)委員會.瓦斯地質(zhì)與瓦斯治理（2020—2021）——中國煤炭學(xué)會瓦斯地質(zhì)學(xué)術(shù)年會論文集.中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2021.

[10] 嚴(yán)騏.低壓氣井注氣吞吐復(fù)產(chǎn)工藝參數(shù)優(yōu)化研究[D].重慶：重慶科技學(xué)院，2018.

第一作者簡介：胡永（1982-），男，高級工程師。研究方向?yàn)槊簩託饪碧介_發(fā)。