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(jì)的原則和理論公式，計(jì)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(duì)研究區(qū)進(jìn)行煤層氣開發(fā)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到研究區(qū)井網(wǎng)密度的部署方案。通過兩種方案的對(duì)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(jì)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(hào)：P618.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（a）-0099-03

煤層氣藏指具有相對(duì)獨(dú)立流體流動(dòng)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(duì)煤層氣的開采至關(guān)重要，井網(wǎng)部署方案的設(shè)計(jì)要基于實(shí)際的地質(zhì)情況、經(jīng)濟(jì)效益及開發(fā)因素[2]。早期的煤層氣開發(fā)井網(wǎng)設(shè)計(jì)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(yàn)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(duì)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(yàn)公式和數(shù)值模擬等方法進(jìn)行對(duì)比，最后確定沁端區(qū)塊的井網(wǎng)密度，為對(duì)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(gè)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(chǔ)層特征及資源豐度等。

②開發(fā)因素：先導(dǎo)性試驗(yàn)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(yàn)階段；煤層氣開發(fā)設(shè)計(jì)一般要求在15年左右開采出可采儲(chǔ)量的50%～60%，井網(wǎng)密度必須滿足這一基本要求。

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

2.2 經(jīng)驗(yàn)公式法確定井網(wǎng)密度

井網(wǎng)密度的大小取決于儲(chǔ)層的性質(zhì)和生產(chǎn)規(guī)模對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響以及對(duì)采收率的要求，當(dāng)它與資源條件、裂縫長度等相匹配時(shí)，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(chǔ)量法

3 氣藏?cái)?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(chǔ)層建模的核心問題是井間儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，利用各種數(shù)學(xué)理論和方法對(duì)井間未知區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)，因而儲(chǔ)層建模的原理就是井間數(shù)學(xué)插值方法的原理，儲(chǔ)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(hào)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(chǔ)層屬性建模主要是指儲(chǔ)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(chǔ)層屬性參數(shù)模型的建立分三步完成，即測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)離散化、離散化數(shù)據(jù)分析和模型的實(shí)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(yùn)用序貫高斯隨機(jī)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(jì)

考慮到煤層氣數(shù)值模擬模型范圍需要、油藏?cái)鄬幼呦蚣皹?gòu)造形態(tài)等因素，確定了建模平面區(qū)域范圍，并設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)網(wǎng)格層。

3.2 氣藏?cái)?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(gè)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(dú)網(wǎng)隔層。

3.2.2歷史擬合

根據(jù)氣藏的生產(chǎn)特點(diǎn)，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(shí)間步長以月為單位，擬合時(shí)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(duì)滲透率等因素做過多次調(diào)整。最后，各個(gè)參數(shù)都得到了較好的擬合。

3.2.3開發(fā)方案設(shè)計(jì)及推薦

根據(jù)對(duì)煤層氣氣藏?cái)?shù)值模擬的認(rèn)識(shí)，利用Eclipse油藏?cái)?shù)值模擬軟件設(shè)計(jì)了5套方案進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)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(duì)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(jì)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(chǔ)層上只有3#和15#煤層，為之后的合理井距計(jì)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(chǔ)量法、經(jīng)濟(jì)極限井距法、規(guī)定單井產(chǎn)能法、經(jīng)濟(jì)極限以及合理井網(wǎng)密度法計(jì)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(jì)產(chǎn)氣量為18×108m3，采出程度為25%。

參考文獻(xiàn)

[1] 石書燦，林曉英，李玉魁. 沁水盆地南部煤層氣藏特征[J]. 西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（2）：54-56.

[2] 楊秀春，葉建平. 煤層氣開發(fā)井網(wǎng)部署與優(yōu)化方法[J]. 中國煤層氣，2008，5（1）：13-17.

[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(jì)——以新集礦區(qū)為例[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2006，34（3）：31-35.

[4] 程偉. 延川南煤層氣開發(fā)試驗(yàn)區(qū)井網(wǎng)部署與優(yōu)化研究[J]. 中國煤層氣，2012（4）：25-28.

[5] 李騰. 不同構(gòu)造條件下多煤層區(qū)煤層氣井井型井網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2014.

[6] 張群. 煤層氣儲(chǔ)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.