數值模擬技術在煤層氣勘探開發中的應用

劉 建 軍

(山西省煤炭地質物探測繪院，山西 晉中 030600)

數值模擬技術在煤層氣勘探開發中的應用

劉 建 軍

(山西省煤炭地質物探測繪院，山西 晉中 030600)

選取呂梁地區的A井組為研究對象，以數值模擬技術在該區域煤層氣勘探開發中的應用為研究目標，對COMET3.0煤層氣藏工程模擬軟件進行了簡單介紹，從煤層氣地質條件、數值模擬、A井產能預測三個方面對數值模擬技術在A井的具體應用進行了分析和探究，通過對模擬結果的分析得出了該區域內的煤層氣勘探潛力。

數值模擬，煤層氣，勘探開發，產量

0 引言

與石油天然氣常規儲層巖體物理特性不同，煤層氣儲層巖體具有很多獨有的物理特性。由于具有裂隙系統以及孔隙系統，且這些系統都發育十分成熟，煤層就形成了巨大的內表面積。煤基質表面分子具有很大吸引力，而煤層氣正是在這種作用下才能夠吸附在孔隙系統以及基質塊的表面。在排水降壓過程中，煤層氣解吸作用，是在其儲層壓力降至臨界解吸壓力以下時開始發揮的。煤基質隨著解吸量的增加而逐漸收縮，而其裂隙寬度也就逐漸變大，從而使得滲透率明顯提高；同時，裂隙寬度也會隨著效應力的增加而變小，從而使得滲透率降低。隨著煤層氣強化開采注入方式的出現，以及開采技術的逐漸成熟，煤層氣儲層的特性逐漸成為研究熱點。

1 COMET3.0簡介

作為一項簡單易用、技術先進的煤層氣藏工程模擬軟件，COMET3.0是ARI公司開發出來的，同時也是第一個商業化的煤層氣藏工程模擬軟件。COMET3.0軟件的運行原理是對煤層氣藏利用有限差分方法來進行三維模擬，然后通雙重或者三重孔隙模型，能夠實現對煤層氣吸附、擴散機理的模擬，還能夠模擬其穿過雙重介質進行滲流和擴散的原理。

該軟件的實現有以下幾個假設條件：

1)恒定的煤層溫度；

2)基質塊性質在有限差分析網格中都是均一的；

3)擬穩態流動時刻存在于裂縫和基質中。

該軟件還充分考慮到煤儲層的特殊性，如孔隙體積的可壓縮性、煤層氣產出受水中溶解氣的影響、煤巖基質收縮性質以及重力影響等，由此可以看出，與其他同類軟件相比，COMET3.0軟件能夠科學反映出煤層氣的產出規律和煤層氣的解吸情況。

2 數值模擬技術在A井的具體應用

2.1 煤層氣地質條件

從構造上來看，大寧—吉縣位于晉西撓褶帶的南部；從地理位置上來看，該縣屬于呂梁山區，處于山西省西南部。對于A井的鉆探開始于2013年5月，鉆探中探得該井具有12.2 m的煤層厚度，其中8號具有5 m的側煤厚度，而5號具有7.2 m的單層厚度。初試煤層氣產量約為2 800 m3/d。對A井的埋煤深度、煤層厚度以及含氣量等參數進行了了解和取準，進而測試了壓降注入，并監測了其壓裂裂縫，試開采了一項單井工程，從而獲得了煤層氣數值模擬的條件。

2.2 數值模擬

1)模擬參數的篩選。

儲層參數、流體參數以及可控參數是煤層氣數值模擬所需要的三類參數，其具體內容如表1所示。

表1 模擬輸入參數類型表

2)地質參數修正。

為了更好的矯正儲層參數，需要在對煤儲層數值模擬前對井歷史進行擬合。2014年8月，A井開始投產，通過38 d的生產顯示，該井具備1 700 m3/d的最高日產氣量，具有較好的開采效果。按照模型，對A井參數進行選擇并輸入，然后進行歷史擬合，模擬將會對煤層滲透率、相滲曲線、孔隙度等進行顯示，而擬合結果對2號煤層的孔隙度進行了修正，其數值為0.5%，滲透率數值為1.8×10-3μm2，其結果如表2和圖1所示。

2.3 A井產能預測

數值模擬根據A井的生產動態選擇了三個模擬層，并根據對這些參數敏感性的分析得出，開發400 m井距正方形井網比較科學，因此選擇這種井網來進行產能預測，從而使得其預測結果更具代表性。

在對A井進行生產預測時，采用小井網試采生產歷史擬合結果作為儲層參數，并根據其區內的分布情況，來合理修正參數，具體主要的儲層參數見表2。采取前期定水、后期定壓的生產制度，假設具有15 m的有效壓裂裂縫半長。通過反復模擬不同井網，根據滲流學原理以及未來開發部署形式等，來確定未來開發中存在典型井，即中心井、邊緣和次邊緣井。對這三種井進行20年產能預測，見圖2。

表2 A井參數修正

通過圖2可以看出，針對氣產量來說，中心井早、中期氣產量的水平保持較好，且其生產高峰要比其他兩類井高。根據產能預測結果，8號井的采收率為37.56%，20年的平均日產氣量為1 180 m3/d，其高峰日產氣量為3 000 m3/d；5號井的采收率為60.74%，20年的平均日產氣量為1 910 m3/d，其高峰日產氣量為4 000 m3/d；邊緣井采收率為25.26%，20年平均日產氣量為810 m3/d,其高峰日產氣量為2 500 m3/d。

對于布井的選擇，要按照呂梁山區的具體地質條件來選擇那些前期試采效果較好、含氣量高且地質構造較為簡單的A井區域，并以此為中心向南北擴展。對于井網的部署要以400 m為井距，形狀為正方形。對2號煤層，以排水降壓的方式進行開采。采取兩級布站方式在地面進行部署，即集氣站到中心處理站的方式。

3 模擬結果分析

3.1 模擬結果的可靠性分析

通過對煤田的精查發現，具有40余口鉆孔，試驗區內煤層構造落實，且確定了煤層的厚度、井地板巖性等參數。試驗區已經對7口井進行了煤層氣勘查，同時也對其進行了取心，可達到70%的取心率，有的煤層能夠達到90%的取心率。同時也測試了煤層的滲透性，還進行了小井1 000多天的試采活動以及壓裂作業，從而獲得了準確的一手資料，由此可見，其模擬基礎參數的計算是很可靠的。

3.2 試驗區勘探潛力分析

1)因為試驗區面積為16 km2，所以通過計算得出其煤層氣地質儲量約為20×108m3，相對來說規模較小。通過上面模擬參數的確定，能夠得出該區域20年內的采收率為51.65%，并可達到10.33×108m3開采儲量；

2)埋藏層大部分在600 m以內，且深度小于1 000 m；

3)具備1.29×108m3/km2的低儲量豐度；

4)20年平均日產氣量，對于500 m井深來說，可達1 910 m3/d，為低產能。

通過以上分析可以看出，A井煤層氣試驗區具有較低的儲量豐度，規模較小，20年的平均日產氣量為1 910 m3/d，但是其煤層埋藏淺，外圍的煤層氣資源十分豐富。如果能夠實現規?；B片開采，那么就具有巨大的勘探開發潛力。

4 結語

通過對A井數值模擬的研究，對其儲層參數以及井間的非均質性進行了深入了解，并將其生產規律分析出來，進而對地質參數以及井的長期產氣能力對其產量的影響進行了分析。通過分析對該區域內煤層氣勘探開發情況進行了合理預測，為其后期開發提供了科學依據。

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On application of numeric simulation technique in survey and development of coalbed methane

Liu Jianjun

(ShanxiCoalGeophysicalSurveyingandMappingInstitute,Jinzhong030600,China)

Selects the A well group in Lvliang region as the research object, the paper introduces the COMET3.0 coalbed methane engineering simulation software by applying the numeric simulation technique in the survey and development of the coalbed methane in the region, analyzes the application of the numeric simulation technique at A wells from the geological conditions of the coalbed methane, numeric simulation and the productivity prediction of the well, concludes the surveying potential of the coalbed methane in the region according to the simulation result.

numeric simulation, coalbed methane, surveying and development, output

1009-6825(2015)32-0076-02

2015-09-02

劉建軍(1969- )，男，工程師

P624

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