蒲一帆，湯達(dá)禎，陶 樹(shù)，唐淑玲，張奧博，張?zhí)┰?/p>

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083; 2.煤層氣開(kāi)發(fā)利用國(guó)家工程中心煤儲(chǔ)層實(shí)驗(yàn)室，北京 100083; 3.非常規(guī)天然氣地質(zhì)評(píng)價(jià)與開(kāi)發(fā)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

準(zhǔn)噶爾盆地南緣是我國(guó)中低煤階煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)攻堅(jiān)地區(qū)，其侏羅系煤層具有厚度大、層數(shù)多、高傾角、煤變質(zhì)程度低等特征[1]。目前我國(guó)煤層氣產(chǎn)能建設(shè)主要集中在鄂東、沁南地區(qū)[2-3]，大多為單煤層開(kāi)發(fā)，其選區(qū)評(píng)價(jià)工作也主要圍繞著整個(gè)含煤地層進(jìn)行，少有涉及到單層優(yōu)選以及多層合采的工作。我國(guó)西南地區(qū)普遍發(fā)育多、薄煤層，吳財(cái)芳等[4]針對(duì)滇東黔西多煤層特征提出了垂向有利層段優(yōu)選的方案，為多煤層地區(qū)有利層段優(yōu)選提供了新思路;楊兆彪等[5-7]提出多煤層產(chǎn)層優(yōu)化組合“三步法”以及對(duì)多層合采開(kāi)發(fā)評(píng)價(jià)的研究，為合采評(píng)價(jià)指標(biāo)參數(shù)的優(yōu)選提供了有效支撐，同時(shí)基于聚類(lèi)分析這一數(shù)學(xué)方法對(duì)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)層組合的判別，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多煤層組合關(guān)系的間接描述。目前眾多學(xué)者從不同層次、不同技術(shù)手段對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地南緣煤層氣資源進(jìn)行了選區(qū)評(píng)價(jià)[8-12]，普遍認(rèn)同阜康地區(qū)、烏魯木齊河地區(qū)、硫磺溝地區(qū)以及呼圖壁地區(qū)為勘探開(kāi)發(fā)有利區(qū)，但受制于煤層高傾角影響，煤層穩(wěn)定性差，大多評(píng)價(jià)工作局限于對(duì)區(qū)域含煤地層整體特征的把控，缺乏對(duì)不同產(chǎn)層的系統(tǒng)性評(píng)價(jià)。準(zhǔn)噶爾盆地南緣地區(qū)煤層數(shù)量多，不同煤層物性、可改造性和排采穩(wěn)定性不同，如何選擇最佳層段或最佳層段組合進(jìn)行排采，對(duì)提高煤層氣井開(kāi)發(fā)的商業(yè)價(jià)值具有重要意義。阜康地區(qū)白楊河、四工河礦區(qū)相繼建成煤層氣規(guī)模性開(kāi)發(fā)示范工程[13-14]，多年來(lái)大量的測(cè)試分析、測(cè)井解釋、試井資料儲(chǔ)備，已具備對(duì)開(kāi)發(fā)產(chǎn)層評(píng)價(jià)優(yōu)選的條件。

筆者基于早期生產(chǎn)實(shí)踐認(rèn)識(shí)，優(yōu)選評(píng)價(jià)指標(biāo)，科學(xué)建立評(píng)價(jià)模型及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)選優(yōu)勢(shì)層段及優(yōu)勢(shì)層段組合;最后結(jié)合排采資料進(jìn)行產(chǎn)能驗(yàn)證和高產(chǎn)層段的地質(zhì)特征總結(jié)，為示范區(qū)煤層氣高效開(kāi)發(fā)提供建議。

1 研究區(qū)概況

新疆阜康地區(qū)煤層氣勘探已取得重大突破，其白楊河礦區(qū)已建成新疆第1個(gè)煤層氣示范工程，四工河礦區(qū)煤層氣定向井產(chǎn)量最高日產(chǎn)氣量達(dá)2.39×104m3。阜康地區(qū)隸屬于封閉性滯留水體環(huán)境[15]，有利于煤層氣藏保存。四工河礦區(qū)煤層氣井主要分布在阜康向斜，礦區(qū)可采層段為八道灣組A1～A8煤層，主力煤層為A2,A5煤層，總厚度最大79 m;白楊河礦區(qū)煤層氣井大多分布在大黃山—二工河倒轉(zhuǎn)向斜北翼，礦區(qū)可采煤層主要為八道灣組煤層，其中39,41,42和44煤層為主力煤層，基本全區(qū)分布，40和43煤層局部可采，總煤層厚度最大85.5 m。阜康地區(qū)煤變質(zhì)程度低，Ro值平均0.66%，整體含氣量較高，平均10.83 m3/t，不同煤層滲透率差異較大，分布在0.009×10-15～16.640×10-15m2，儲(chǔ)層壓力梯度平均為0.78 MPa/hm，為欠壓儲(chǔ)層。

2 開(kāi)發(fā)區(qū)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)層評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)方法與技術(shù)手段

“甜點(diǎn)”層段的優(yōu)選關(guān)鍵在于解決評(píng)價(jià)參數(shù)優(yōu)選問(wèn)題、參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)劃分問(wèn)題以及參數(shù)之間權(quán)重賦值問(wèn)題，以便于對(duì)開(kāi)發(fā)主控因素的精準(zhǔn)把握，突出不同煤層物性之間的差異，最終綜合分析得到單煤層開(kāi)發(fā)潛力值，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)把控，有效選段。多煤層優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)組合優(yōu)選關(guān)鍵在于避免層間干擾，減少經(jīng)濟(jì)成本，提高排采效率，最終實(shí)現(xiàn)煤層氣井穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，提高商業(yè)化開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)效益。

層次分析法(AHP)作為一種定性與定量相結(jié)合的數(shù)學(xué)方法，已被廣泛運(yùn)用于煤層氣選區(qū)評(píng)價(jià)，逐漸成為選區(qū)評(píng)價(jià)工作的關(guān)鍵技術(shù)[8,16-17]。單煤層優(yōu)勢(shì)層段評(píng)價(jià)技術(shù)方法與常規(guī)選區(qū)評(píng)價(jià)工作相似，AHP能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域、層段勘探開(kāi)發(fā)潛力的定量描述。模糊聚類(lèi)分析(Fuzzy Cluster Analysis)是采用模糊數(shù)學(xué)語(yǔ)言，以樣本距離為判斷依據(jù)，科學(xué)、準(zhǔn)確的將事物按照相似性歸類(lèi)的一種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，現(xiàn)今多被用于事物相似性描述[5,18]。無(wú)論是對(duì)于單變量聚類(lèi)劃分評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，還是多變量聚類(lèi)探尋相似性最大的多煤層組合，均能夠?qū)崿F(xiàn)將差異性小的數(shù)據(jù)歸為一類(lèi)(簇)。

2.2 單煤層優(yōu)勢(shì)層段評(píng)價(jià)

基于前人對(duì)煤層氣甜點(diǎn)段評(píng)價(jià)成果積累以及研究區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)特征[4,19-20]，從煤儲(chǔ)層可改造性(Q1)和排采關(guān)鍵參數(shù)(Q2)出發(fā)，優(yōu)選煤巖力學(xué)性質(zhì)(S11)、有效壓裂厚度(S12)、煤體破碎程度(S13)、滲透率(S21)和臨儲(chǔ)比(S22)5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(1)煤巖力學(xué)性質(zhì)。煤層與頂?shù)装鍘r石力學(xué)性質(zhì)之間的差異控制著壓裂過(guò)程中裂縫的延展特征和分布規(guī)律[21]。當(dāng)煤巖力學(xué)性質(zhì)與頂?shù)装辶W(xué)性質(zhì)相似或強(qiáng)于頂?shù)装鍟r(shí)，壓裂時(shí)易造成裂縫穿層，存在氣體逸散和溝通含水層風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致壓裂失敗[22]。阜康地區(qū)發(fā)育多套煤層，據(jù)現(xiàn)有的巖石力學(xué)參數(shù)可知四工河礦區(qū)煤層抗壓強(qiáng)度分布在1.63～12.26 MPa，頂?shù)装蹇箟簭?qiáng)度為9.60～78.25 MPa;白楊河礦區(qū)煤層抗壓強(qiáng)度為2.10～24.04 MPa，頂?shù)装蹇箟簭?qiáng)度為23.60～61.66 MPa。整體來(lái)看，白楊河礦區(qū)煤層巖石力學(xué)匹配關(guān)系優(yōu)于四工河(圖1)，單煤層可改造性以A2,A4,A5,39,41,42,44為優(yōu)。

圖1 煤層及其頂?shù)装蹇訅簭?qiáng)度Fig.1 Compressive strength of coal seam and its roof and floor

(2)有效壓裂厚度。煤層厚度不僅影響著煤層氣保存效果和資源豐度，同時(shí)也影響著壓裂改造效果以及井型選擇。對(duì)于厚度大的急傾斜煤層而言，既可以為壓裂改造方案提供更多選擇，也可以提供更多的井型選擇，如水平井、順煤層井等。同時(shí)，強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓作用使得研究區(qū)地應(yīng)力條件復(fù)雜，壓裂改造裂縫延展特征難以預(yù)測(cè)，因此對(duì)厚煤層進(jìn)行壓裂施工，更易獲取其裂縫發(fā)育特征，為其他相對(duì)薄的煤層壓裂改造提供經(jīng)驗(yàn)。

(3)煤體破壞程度。煤體結(jié)構(gòu)是決定儲(chǔ)層可改造性的關(guān)鍵參數(shù)。礦區(qū)鉆井取芯數(shù)量有限，部分煤層煤體結(jié)構(gòu)未能有效控制，采用測(cè)井曲線反演的方式[23]，提取GR,DEN,LLD和CAL測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，利用主成分分析法反演出研究區(qū)部分煤層煤體結(jié)構(gòu)(圖2)。同時(shí)為提出煤體破碎程度這一評(píng)價(jià)指標(biāo)，定量表征煤體結(jié)構(gòu)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系為:原生結(jié)構(gòu)=0，碎裂結(jié)構(gòu)=0.33，碎粒結(jié)構(gòu)=0.67，糜棱結(jié)構(gòu)=1。

圖2 阜康地區(qū)煤體結(jié)構(gòu)特征Fig.2 Coal structure characteristics in Fukang area

(4)煤層滲透率。煤層滲透性是反應(yīng)煤層對(duì)流體傳導(dǎo)能力的度量，影響著排采階段煤層甲烷氣體的運(yùn)移和產(chǎn)出作用，是生產(chǎn)開(kāi)發(fā)階段最重要的評(píng)價(jià)參數(shù)，一定程度上決定著開(kāi)發(fā)的成敗。阜康向斜轉(zhuǎn)折端部位的擠壓碎裂導(dǎo)致這一構(gòu)造部位煤層發(fā)生有效破碎，滲透率得到極大的改善[24]。例如C井組位于向斜轉(zhuǎn)折端位置，原生結(jié)構(gòu)煤受應(yīng)力作用發(fā)生破碎，滲透率急劇增大，試井?dāng)?shù)據(jù)顯示最高滲透率可達(dá)16.64×10-15m2。

(5)臨儲(chǔ)壓力比。儲(chǔ)層壓力在一定程度上表征著地層能量的高低，相同情況下，煤儲(chǔ)層壓力越大，煤巖吸附能力就越強(qiáng)，但儲(chǔ)層高壓也導(dǎo)致了排水周期的加長(zhǎng)，同時(shí)，過(guò)高的壓降會(huì)導(dǎo)致煤儲(chǔ)層滲透率應(yīng)力敏感傷害;臨界解吸壓力則是甲烷氣體由吸附態(tài)轉(zhuǎn)變到游離態(tài)所需的最大壓力。臨界解吸壓力與儲(chǔ)層壓力比值越大，則煤層中甲烷氣體壓力降至臨界點(diǎn)所需時(shí)間越短，煤層氣井進(jìn)入產(chǎn)氣高峰越快。

單煤層優(yōu)勢(shì)層段評(píng)價(jià)基本步驟為優(yōu)選參數(shù)—?jiǎng)澐謽?biāo)準(zhǔn)—建立模型—評(píng)價(jià)打分。模糊聚類(lèi)分析作為一種挖掘數(shù)據(jù)相似性的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法[5,18]，對(duì)單一評(píng)價(jià)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的參數(shù)值集合(如不同煤層的臨儲(chǔ)比數(shù)據(jù)集合)進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)，根據(jù)所需劃分評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間數(shù)(I類(lèi),II類(lèi),III類(lèi),……)，從聚類(lèi)譜系圖中即可讀取區(qū)間范圍(圖3)，同時(shí)結(jié)合前人煤層氣選段的經(jīng)驗(yàn)性認(rèn)識(shí)，針對(duì)性建立適合于本區(qū)的選段評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1)。最后，利用模糊數(shù)學(xué)層次分析法[8-11,17]，建立評(píng)價(jià)模型，由專家對(duì)不同評(píng)價(jià)參數(shù)之間重要性進(jìn)行比較打分，并建立判別矩陣，計(jì)算子指標(biāo)對(duì)于上層指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重，再利用MATLAB進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，最終得到指標(biāo)權(quán)重值(表1,2)。

表1 甜點(diǎn)段優(yōu)選評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation criteria of dessert layer selection

表2 多層次分析模型判別矩陣Table 2 Discriminant matrix of multi-level analysis model

圖3 評(píng)價(jià)指標(biāo)聚類(lèi)譜系圖Fig.3 Clustering pedigree of evaluation index

綜合阜康地區(qū)煤層可改造性指標(biāo)以及排采關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判可得到不同煤層開(kāi)發(fā)潛力值U(表3):以潛力值U>0.75為甜點(diǎn)層段優(yōu)選節(jié)點(diǎn)可優(yōu)選出A2,A5,39,41,42共5套煤層，其中四工河礦區(qū)以A2煤層最優(yōu)(U=0.94)，具有良好的資源條件，孔滲條件以及相對(duì)較高的臨儲(chǔ)比，具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的開(kāi)發(fā)潛力。白楊河礦區(qū)則以42號(hào)煤層為優(yōu)(U=0.91)，煤層可改造性強(qiáng)，資源豐度大，區(qū)域上煤層發(fā)育連續(xù)穩(wěn)定，相比于礦區(qū)其他煤層，具有優(yōu)先開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)條件。

表3 阜康四工河和白楊河礦區(qū)甜點(diǎn)段優(yōu)選基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Table 3 Basic data of dessert layer optimization in Fukang

續(xù) 表

2.3 多煤層組合開(kāi)發(fā)優(yōu)選

多煤層地區(qū)優(yōu)勢(shì)層段評(píng)價(jià)，不僅僅要對(duì)單煤層開(kāi)發(fā)潛力進(jìn)行評(píng)估，也應(yīng)考慮多煤層組合開(kāi)發(fā)的可能性。單煤層優(yōu)勢(shì)層段評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，開(kāi)發(fā)區(qū)存在多套優(yōu)勢(shì)煤層，同時(shí)開(kāi)發(fā)潛力較低的層段也具備一定的資源量，因此可充分利用開(kāi)發(fā)區(qū)多煤層發(fā)育的特征，考慮以合采的方式，縮短投資回收期，提高整體資源動(dòng)用率。

多煤層組合排采的關(guān)鍵在于層間干擾，疊置含氣系統(tǒng)的構(gòu)成影響著排采穩(wěn)定性與可靠性[25-28]。若不同煤層段處于相對(duì)獨(dú)立的含氣系統(tǒng)，排采過(guò)程中煤層之間儲(chǔ)層特征差異過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致層間干擾加劇，不利于合層開(kāi)發(fā)。因此，合層排采產(chǎn)層的優(yōu)選即選擇差異性盡可能小的煤層組合[5,19,25-26]。而影響煤層合采效果的因素是多方面的，若僅僅考慮單一指標(biāo)的匹配性，往往會(huì)造成合采效果不理想、甚至產(chǎn)氣能力弱于單煤層的現(xiàn)象發(fā)生[29]，因此，多煤層合采兼容性問(wèn)題應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)開(kāi)發(fā)實(shí)踐，同時(shí)考慮多個(gè)參數(shù)指標(biāo)之間的匹配性?？紤]到資源適配性、層間兼容性和排采穩(wěn)定性以及生產(chǎn)過(guò)程中排水降壓制度，優(yōu)選出相對(duì)埋深、煤層含氣量、儲(chǔ)層壓力梯度、滲透率以及臨儲(chǔ)比5個(gè)關(guān)鍵參數(shù)(表4)，利用聚類(lèi)分析對(duì)優(yōu)勢(shì)合采層段進(jìn)行預(yù)測(cè)。

表4 多煤層合采性評(píng)價(jià)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Table 4 Basic data of multi-coal seam coal mining evaluation

阜康地區(qū)皺褶構(gòu)造廣泛發(fā)育，煤層在區(qū)域上非均質(zhì)性強(qiáng)，不同構(gòu)造部位優(yōu)勢(shì)產(chǎn)層組合不同，因此在產(chǎn)層組合優(yōu)選過(guò)程中，基于目前基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，四工河礦區(qū)主要以阜康向斜近轉(zhuǎn)折端南翼煤層為主，白楊河地區(qū)則主要以黃山—二工河倒轉(zhuǎn)向斜北翼煤層為主。

從第1級(jí)別聚類(lèi)結(jié)果來(lái)看(圖4):四工河礦區(qū)煤層組合中A3～A4和A7～A8儲(chǔ)層條件相似，單煤層開(kāi)發(fā)潛力較低，適合合層開(kāi)采，而A2煤層滲透率高(試井滲透率最大至16.64×10-15m2)，與其他煤層相差較大，容易“屏蔽”其他煤層，適合單層開(kāi)發(fā);白楊河礦區(qū):41～42煤層適合組合開(kāi)發(fā)，單煤層開(kāi)發(fā)潛力高，具有相似的滲透率、壓力梯度和臨儲(chǔ)比，合層排采易達(dá)到生產(chǎn)“同步”，提高排采穩(wěn)定性。

圖4 多煤層合采評(píng)價(jià)聚類(lèi)譜系圖Fig.4 Clustering pedigree of multi-coal seam mining evaluation

3 開(kāi)發(fā)地質(zhì)特征與產(chǎn)能驗(yàn)證

3.1 四工河礦區(qū)

四工河礦區(qū)產(chǎn)能特征整體表現(xiàn)為相同埋深范圍內(nèi)向斜核部及轉(zhuǎn)折端高于翼部，同一構(gòu)造部位淺部氣井產(chǎn)量高于深部氣井，煤層含氣量、滲透性、埋深、構(gòu)造、水動(dòng)力等多因素的耦合作用是四工河礦區(qū)高產(chǎn)的主要影響因素:煤層含氣量受構(gòu)造控制顯著，不同構(gòu)造部位煤層含氣量明顯不同，水動(dòng)力作用下，向斜近核部區(qū)域處于滯留水體環(huán)境，有利于煤層氣賦存;煤層氣井產(chǎn)量與儲(chǔ)層滲透性表現(xiàn)出良好匹配關(guān)系，一方面相同構(gòu)造部位氣井平均日產(chǎn)氣量整體上表現(xiàn)出隨埋深增大而降低的特征，另一方面相同埋深范圍內(nèi)，向斜核部及轉(zhuǎn)折端附近煤層早期受構(gòu)造擠壓作用影響，改善了原始儲(chǔ)層滲透性(最高達(dá)16.42×10-15m2)，此構(gòu)造部位的井組產(chǎn)量明顯高于兩翼井組;同時(shí)，淺部C井組附近煤層受煤礦采動(dòng)區(qū)影響，煤儲(chǔ)層局部壓力釋放，壓力梯度降至0.53 MPa/hm，導(dǎo)致吸附氣大量解吸并賦存于煤層中，提供了氣井高產(chǎn)潛力。

礦區(qū)單煤層排采效果中，整體來(lái)看A5煤層最優(yōu)(圖5(a)，(b))，平均日產(chǎn)氣量8 033 m3(C-X1)，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中修井、停井次數(shù)少，產(chǎn)能穩(wěn)定;A2煤層則次之，平均日產(chǎn)氣量6 973 m3(C-01)，據(jù)排采日?qǐng)?bào)，早期受工程施工等因素影響，多次停井、修井，因此早期產(chǎn)能效果相對(duì)較差。若排除工程因素干擾,A2穩(wěn)產(chǎn)期間日產(chǎn)氣量達(dá)12 000 m3以上，最高日產(chǎn)氣量達(dá)17 125 m3，明顯優(yōu)于A5煤層，與預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致;多煤層組合排采中，四工河礦區(qū)排采井多為A1～A4組合排采，由于C井組A2煤層滲透性較好，與其余煤層物性差異性較大，多煤層組合排采優(yōu)劣性不明顯。對(duì)比C井組定向井之間單煤層、多煤層產(chǎn)氣效果(表5)，可以發(fā)現(xiàn)氣井產(chǎn)量主要由A2,A5優(yōu)勢(shì)煤層貢獻(xiàn)，2套煤層共同開(kāi)發(fā)時(shí)，產(chǎn)氣量達(dá)到最高值(C-X2)。

圖5 阜康地區(qū)部分煤層氣井排采特征曲線Fig.5 Characteristic curves of drainage and production of some coalbed methane wells in Fukang area

3.2 白楊河礦區(qū)

白楊河礦區(qū)煤層氣井產(chǎn)能整體上受煤體結(jié)構(gòu)控制作用顯著，煤體破碎程度與產(chǎn)能相關(guān)性較好，破碎程度越高，氣井產(chǎn)氣量越低(圖6，表5):Z-77排采煤層以原生結(jié)構(gòu)為主，后期壓裂改造效果良好，氣井平均日產(chǎn)氣量2 137 m3，基本實(shí)現(xiàn)日穩(wěn)產(chǎn)4 200 m3，Z-19排采煤層破碎程度40%以上，碎粒結(jié)構(gòu)為主，日產(chǎn)氣量47 m3，明顯低于其他排采井。此外，基于研究區(qū)高傾角、厚煤層的主要特征，白楊河地區(qū)Z-77,Z-79采用了5段3點(diǎn)2控制排采法[30]，減少了儲(chǔ)層應(yīng)力敏感性傷害，目前氣井產(chǎn)能曲線特征穩(wěn)定，排采效果良好;ZL-2采用順煤層鉆進(jìn)，提高了煤層氣資源動(dòng)用率，產(chǎn)氣效果明顯優(yōu)于其他氣井(表5)。

圖6 白楊河礦區(qū)煤體破碎程度等值線Fig.6 Contour of coal fragmentation in Baiyanghe

表5 阜康地區(qū)部分煤層氣井產(chǎn)能特征Table 5 Productivity characteristics of some coalbed methane wells in Fukang area

單煤層排采效果中與預(yù)測(cè)結(jié)果一致，以42號(hào)煤層為優(yōu)(表5)，主要排采氣井為J-17和ZL-2井，J-17平均日產(chǎn)氣量555 m3，最高日產(chǎn)氣量達(dá)1 442 m3;43號(hào)煤層排采效果最差，J-19平均日產(chǎn)氣量47 m3，排采162 d，最高日產(chǎn)氣量為317 m3;44號(hào)煤層盡管其資源條件較好，但局部地區(qū)煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，且埋深大，煤層滲透性差，產(chǎn)氣效果不理想。多煤層組合排采中，多數(shù)以39-41-42和41-42煤層組合排采(表5):其中Z-77井41-42煤層組合最優(yōu)(圖6(c))，產(chǎn)氣量峰值可達(dá)4 964 m3/d，遠(yuǎn)高于其他煤層組合，目前處于穩(wěn)定產(chǎn)氣階段;其次則為39-41-42煤層組合(圖6(d))，若不考慮僅局部發(fā)育的40號(hào)煤層，則產(chǎn)能特征與合采預(yù)測(cè)結(jié)果基本匹配，整體上優(yōu)勢(shì)煤層組合排采效果優(yōu)于單煤層排采和其他煤層組合排采(39-41組合、42-44組合)。

3.3 可靠性分析及應(yīng)用

整體而言，排除后期工程因素影響，2個(gè)礦區(qū)單煤層開(kāi)發(fā)潛力與產(chǎn)能之間匹配性較好，高潛力煤層(如A2,A5,42煤)對(duì)應(yīng)高產(chǎn)氣量(表5)。白楊河礦區(qū)多煤層組合開(kāi)發(fā)優(yōu)選預(yù)測(cè)結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際基本匹配，Z77井41-42煤層組合排采實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能突破，若不考慮連續(xù)性較差的40煤，第3級(jí)別優(yōu)勢(shì)煤層組合(39-41-42煤)亦取得較高產(chǎn)能。四工河礦區(qū)多煤層開(kāi)發(fā)規(guī)律不明顯，現(xiàn)有生產(chǎn)數(shù)據(jù)未能直接體現(xiàn)多煤層開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)，排采層位組合大多包含優(yōu)勢(shì)煤層(A2或A5煤)，不排除氣井產(chǎn)能主要來(lái)源于該優(yōu)勢(shì)煤層的可能性，同時(shí)缺少單獨(dú)對(duì)A3-A4,A7-A8煤層組合的排采，預(yù)測(cè)結(jié)果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

因此，對(duì)于四工河礦區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造因素對(duì)煤層氣井產(chǎn)量影響較大，生產(chǎn)部署應(yīng)著重考慮構(gòu)造部位、埋深特征，首當(dāng)考慮優(yōu)勢(shì)單煤層開(kāi)發(fā)(A2,A5煤)，多煤層優(yōu)勢(shì)組合多為低潛力煤層(A3-A4,A7-A8煤)，可于開(kāi)發(fā)后期進(jìn)行部署;白楊河礦區(qū)則應(yīng)充分考慮煤體結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性以及煤層發(fā)育的不連續(xù)性，規(guī)避碎粒、糜棱煤發(fā)育區(qū)，對(duì)優(yōu)勢(shì)單煤層開(kāi)發(fā)(42煤等)的同時(shí)可兼顧優(yōu)勢(shì)煤層組(41-42,39-41-42煤)合層排采，提高煤層氣資源動(dòng)用率。

4 結(jié) 論

(1)優(yōu)選煤層抗壓強(qiáng)度、有效壓裂厚度、煤體破碎程度、試井滲透率和臨儲(chǔ)比5個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，基于AHP模型進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選，示范區(qū)優(yōu)勢(shì)開(kāi)發(fā)層段(U>0.75)為:四工河A2,A5煤層，白楊河39,41,42煤層，均具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的開(kāi)發(fā)潛力。

(2)優(yōu)選相對(duì)埋深、煤層含氣量、儲(chǔ)層壓力梯度、滲透率以及臨儲(chǔ)比5個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，利用聚類(lèi)分析對(duì)優(yōu)勢(shì)合采層段進(jìn)行預(yù)測(cè)。四工河地區(qū)A3-A4和A7-A8煤層組合，白楊河地區(qū)41-42煤層組合，適合合層開(kāi)發(fā)，具有相似的滲透率、壓力梯度以及臨儲(chǔ)比，排采過(guò)程中易達(dá)到生產(chǎn)“同步”。

(3)產(chǎn)能特征與預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致，對(duì)于四工河而言，多因素的耦合作用是四工河礦區(qū)高產(chǎn)的主要影響因素，開(kāi)發(fā)部署早期可考慮以優(yōu)勢(shì)單煤層排采為主;對(duì)于白楊河礦區(qū)而言，礦區(qū)煤層氣井產(chǎn)能整體上受煤體結(jié)構(gòu)、多煤層排采組合以及井型設(shè)計(jì)的影響，開(kāi)發(fā)部署應(yīng)規(guī)避碎粒、糜棱煤區(qū)域，單煤層開(kāi)發(fā)的同時(shí)兼顧多煤層組合排采。