注入/壓降試井與歷史擬合在煤層氣勘探開發中的應用

何金菊

（中煤科工集團 西安研究院，陜西 西安 710054）

注入/壓降試井與歷史擬合在煤層氣勘探開發中的應用

何金菊

（中煤科工集團 西安研究院，陜西 西安 710054）

現以國內煤層氣勘探開發成功的沁水盆地的晉城礦區為例，進行歷史擬合修正煤儲層滲透率參數，成莊井田平均滲透率1.51m d，寺河井田平均滲透率3.76m d。在此基礎上估算了成莊、寺河兩井田3號煤層的煤層氣探明儲量分別為66.36×108m3、23.28×108m3。通過經濟評價結果表明：該區煤層氣開發工程經濟評價指標良好，財務內部收益率22.2%、53.2%，動態投資回收期7.82a、4.36a，煤層氣開發有較好的經濟效益和較強的抗風險能力，地面煤層氣開發可行。注入/壓降試井與歷史擬合方法為煤層氣勘探開發及研究提供了基礎依據。

滲透率；注入/壓降試井；歷史擬合；沁水盆地晉城礦區

1 概述

煤儲層的滲透性是煤層氣勘探與開發中最關鍵的問題之一。準確測試煤儲層滲透率對預測煤層氣產率，指導煤層氣開發具有一定意義。但是，煤儲層滲透性卻有很大的不均勻性，不同煤層的滲透性不同；同一煤層的不同分層和不同地段滲透性亦不相同。煤儲層滲透性受外部因素（原地應力、有效應力、煤層埋深、K l i n k e n b e r g效應、基質收縮效應等）和內部因素（裂隙、煤體結構、煤級、煤巖組分、煤巖類型等）的影響而變化，這給滲透性測試帶來很多困難。

目前，煤儲層滲透性測試主要包括：煤體結構與微裂縫觀測法[1-3]、滲透儀測定法、壓汞與低溫液氮注入法[4]、注入/壓降試井測試[5]與歷史擬合[6]相結合的方法。相關研究表明，注入/壓降試井是煤儲層滲透性測試與分析的有效手段，通常在前期勘探階段投入一定的資金和工程量進行注入/壓降試井測試，獲取煤儲層滲透率、有效應力等參數。歷史擬合是根據生產井的排采情況，調整擬合參數，使模擬的產氣量與實際產氣量盡可能的接近，這樣擬合出來的煤儲層參數比注入/壓降試井測試的參數更有說服力。最后，根據上述方法確定的煤儲層參數，綜合分析進行煤層氣產能預測，其預測結果能為后期煤層氣勘探開發潛力的綜合評價提供依據。

2 方法與原理

2.1 注入/壓降試井法

注入 /壓降試井法（I n j e c t i o n/F a l l-o f f T e s t）[5]是煤儲層滲透率現場測試的主要手段，它是一種單井壓力瞬變測試，或稱不穩定試井。主要由一段時間的恒定排量注入過程和一段關井組成。關井和注入期間都用井底壓力計記錄壓力隨時間的變化。注入和壓降階段的數據都可獨立用于分析求得滲透率。其作業過程是：使用清水采完煤層、測井以后，將測試管柱、封隔器、井下關井工具、壓力計等測試工具、下入井內預定位置后連接地面設備，坐封封隔器，將地面泵系統通過測試管柱與煤層連通。壓力計下入井內，啟動高壓注水泵盡可能以恒定排量不間斷地將水注入煤層一定時間后關井，轉入壓降測試階段。壓降測試完成后即進行地應力測試，求取煤儲層的破裂壓力和閉合壓力。試井階段井下壓力計自動記錄儲層壓力隨時間的變化，通常取得的數據為3-5萬組。地應力測試完成后，提出壓力計，讀取數據，解封封隔器，采用標準的試井分析軟件對試井數據進行分析解釋，求取各種儲層參數。但因注入期間壓力的波動較大及煤層的應力敏感性，關井壓降期間得到的數據最有意義。注入/壓降試井測試滲透率，較多反映的是未開采煤層的滲透性，主要是在原位條件下測試整層煤。

2.2 歷史擬合方法

歷史擬合法[6]，是不斷調整所建立的煤儲層模型中按煤層氣勘探試驗結果輸入的儲層和工程參數，使煤儲層模型計算出的歷史動態與實際生產動態相一致，以取得客觀反映實際情況的儲層參數。運用已知煤層氣生產井的歷史動態反求未知的煤儲層參數的“逆過程”。通過歷史擬合計算，再現煤儲層的開發過程，了解氣、水運動中儲層各項參數的變化，為煤層氣開發模式數模研究提供更正確的數據，作出可靠的預測和各項對比模擬計算。由于煤層氣的賦存機理不同于常規天然氣，歷史擬合有其自身特點，例如對氣含量、L a n gm u i r體積、L a n gm u i r壓力等特征參數調整。歷史擬合能幫助研究者發現和修改錯誤的儲層描述參數，比較客觀地認識煤儲層特征，能對煤層氣生產井的行為作出正確評價，可為煤層氣的開發和動態預測奠定基礎。

歷史擬合目前主要是通過試湊法，根據研究者對研究區煤層特征的認識，人工修改和調整軟件中的參數。擬合過程中主要考慮三方面：①資料的收集，例如測壓、氣產量等數據。擬合的可靠性取決于人們對煤儲層地質特點的認識和占有各種資料的齊全程度。測壓資料反映壓力動態的擬合；實時產量數據能真實反映儲層的真實情況；不確定參數的優化調整；確定參數的慎重修改。②歷史擬合中應盡可能挑選那些不確定性較大的物性參數進行調整，對較可靠的參數應盡可能不調或少調，例如儲層的構造特征、氣-水的P V T性質、厚度等參數，以減少修改參數造成的歷史擬合偏差。③參數的調整要從儲層物性的整體特征角度考慮。

3 晉城礦區煤層氣的地質特征與開發現狀

晉城礦區位于沁水盆地東南緣，主要包括：成莊、寺河、趙莊、潘莊等井田。地貌形態屬剝蝕、侵蝕山地，以低中山、丘陵為主，地形起伏不大；礦區構造較簡單，以褶皺為主，斷裂稀少，主要為寺頭斷層，呈N E-S W向展布；地層平緩，傾角一般在10°以內。

礦區內主要含煤地層為上石炭統太原組和下二疊統山西組，總厚度132.44m～166.33m。含煤21層，煤層總厚約12m左右。其中，3號、15號煤層為煤層氣勘探開發的主要目標煤層。主采3號煤層埋深100m～1000m，煤厚5m～6m，煤層氣含量較高，主采3號煤層氣含量變化較大，氣含量值4～25m3/t，平面上由東南部向西、西北總體呈增大趨勢。50%以上的地區含氣量大于16m3/t，主要分布在潘莊、胡底、鄭莊、端氏一帶。煤體結構簡單，主要為原生-碎裂結構煤，煤質堅；宏觀、微觀裂隙較發育，連通性中等。煤中孔隙以小孔、中孔為主，孔隙間聯通性較好。煤儲層非均質性明顯，3號煤層的滲透率測值相差較大，通過注入/壓降試井測得的滲透率值為0.004m d-4.09m d，均值0.862m d；相對于全國煤儲層滲透率測值而言，滲透率中等偏高。煤的吸附能力較強，空氣干燥基 L a n gm u i r體積 44.13m3/t，L a n gm u i r壓力 2.90m P a。盆地內現代地應力作用較弱，煤巖層處于拉張應力場中。晉城礦區優越的煤層氣賦存地質條件、煤儲層特征，為地面煤層氣開發提供了良好的基礎。目前，晉城礦區所在的沁水盆地是我國煤層氣勘探開發的熱點地區，也是目前煤層氣開發取得成功并走向商業化的重要地區。

4 應用效果

注入/壓降試井與歷史擬合相結合的方法已在國內沁水盆地、鄂爾多斯盆地等地廣泛應用，現以晉城礦區的成莊、寺河井田為例，煤儲層滲透率測試數據較多，通過統計分析后，成莊和寺河的煤儲層實測滲透率為1.09m d～3.96m d；通過生產井歷史擬合后的滲透率為1.56m d～3.76m d歷史擬合數據，如表1所示。

利用C Om E T軟件對成莊、寺河井田的C Z-A、S H-B煤層氣井進行實際產氣量、擬合產氣量分析。擬合產氣量的目的是：通過調整煤儲層厚度、孔隙度、吸附性參數、滲透率等參數，使得擬合產氣量與實際產氣量盡可能接近。模擬過程中發現，滲透率參數對煤層氣的產量影響最大，微小的調整會對煤層氣的產氣量產生較大的變化。成莊C Z-A井、寺河S H-B井的產氣量擬合結果，見圖1。擬合后，通過實測滲透率與擬合滲透率值對比，得到擬合修正后的煤儲層滲透率分別為1.81m d、3.45m d。總體上說，實測滲透率小于擬合滲透率（見表1）。為了進一步證實歷史擬合數據的可靠性，利用歷史擬合后修正的煤儲層參數進行產能預測，預測結果，見圖2。

表1 沁水盆地部分地區3號煤層滲透率測值及歷史擬合數據表

圖1 井產氣量擬合曲線

圖2 煤層氣開發產能模擬預測曲線

5 結束語

綜上所述，筆者借助注入/壓降試井、歷史擬合方法，對兩井田的儲層參數進行了修正，并運用修正后的參數預測了成莊、寺河井田的煤層氣產能。根據兩井田修正后的儲層參數和產能數據，確定了成莊、寺河井田3號煤層的煤層氣采收率分別為58%、70%。最后根據確定的采收率，估算了寺河井田3號煤層的探明儲量23.28×108m3；成莊井田3號煤層探明煤層氣儲量66.36×108m3。

依據 S Y/T 5838?98《油(氣)田(藏)儲量經濟評價規定》，對上述成莊、寺河的煤層氣探明儲量進行的經濟評價，結果表明：煤層氣開發工程經濟評價指標良好，財務內部收益率22.2%、53.2%，動態投資回收期7.82年[7]、4.36年，煤層氣開發有較好的經濟效益和較強的抗風險能力，地面煤層氣開發可行。本項成果已在國土資源部礦產資源儲量中心進行登記。目前，晉城礦區煤層氣地面開發主要集中在成莊、寺河井田周圍，煤層氣排采時間較長，單井煤層氣日產量高。因此，注入/壓降試井與歷史擬合方法能為煤層氣勘探開發及研究提供基礎依據。

[1]張慧.反映煤儲層滲透性的參數之一-塊煤率[J].煤田地質與勘探，2001，29（6）：21-22.

[2]李小彥.煤儲層裂隙研究方法辨析[J].煤田地質與勘探，1998，26（增刊）：14-16.

[3]張慧，王曉剛.煤的顯微構造及其儲集性能[J].煤田地質與勘探，1998，26（6）：33-36．

[4]張新民，張遂安，鐘玲文，等.中國的煤層甲烷[M].西安：陜西科學技術出版社，1991．

[5]孫茂遠，黃盛初.煤層氣開發利用手冊[M].北京：煤炭工業出版社，1998.

[6]王曉梅，張群，張培河，等.煤層氣井歷史擬合方法探討[J].煤田地質與勘探，2003，31（1）：20-22.

[7]李貴紅，葛維寧，張培河，等.晉城成莊煤層氣探明儲量估算及經濟評價.煤田地質與勘探，2010，38（4）：21-24.

Application of Injection/Fall-Off Test and Historymatching in Coal Bedmethane Exploration:in Jinchengmine Area Case

HE Jin-ju
(Xi’an Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group, Xi’an Shaanxi 710054)

Taking the successful CBM exploration of Jincheng Mine in Qinshui Basin as an example, thehistory matching was used to correct the permeability parameters, 1.51md inChengzhuang mine and 3.76md in Sihe mine on average. On the basis, the proved reserves of No.3 seams oftwo mines are estimated as 66.36×108m3、23.28×108m3 respectively. The economic evaluating index is goodand the financial internal rates of returns are 22.2% and 53.2%. The dynamic investment payback periods are7.82 and 4.36 year. Therefore, the CBM exploration has better economic benefit and anti- risk capability andthe surface CBM extraction is feasible. The result has been registered in Mineral Resources and ReservesCenter, Ministry of Land and Resources. The injection/fall- off test and history matching provide the basis forCBMexploration and research.

permeability; injection/fall- off test; history matching; Jincheng Mine in Qinshui Basin

P 618.11

A

2011-11-20

何金菊（1963—），女，陜西富平人，大專，助理工程師，從事鉆探機具產品檢測及管理工作。

劉新光