沁端區塊煤層氣井網密度的確定

劉國良　胡洪濤　肖亞昆　莫勇

摘 要：煤層氣井網部署是煤層氣開發重要的部分之一，而煤層氣部署最重要的部分就是要確定井網密度和布井方式。通過煤層氣井網優化設計的原則和理論公式，計算出沁水盆地南部沁端區塊煤層開發的井網密度方案。在此基礎上，利用地質建模和數值模擬技術，對研究區進行煤層氣開發方案的優化設計，得到研究區井網密度的部署方案。通過兩種方案的對比，確定沁端區塊合理的井網部署方案，為該區的煤層氣3#和15#煤層氣的開發方案設計提供了合理依據。

關鍵詞：井網部署 井網密度 地質建模 數值模擬

中圖分類號：P618.11 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0099-03

煤層氣藏指具有相對獨立流體流動系統的含一定量煤層氣的煤體，即同一煤層氣藏具有統一的壓力系統[1]。合理的煤層氣井網部署對煤層氣的開采至關重要，井網部署方案的設計要基于實際的地質情況、經濟效益及開發因素[2]。早期的煤層氣開發井網設計是在煤層氣地質條件綜合研究的基礎上，根據經驗或通過與其他已開發地區類比進行[3]。隨著科學技術的發展，對煤層氣的研究越來越多，確定煤層氣井網密度的方法也逐漸增加。以沁水盆地南部的沁端區塊為例，通過經驗公式和數值模擬等方法進行對比，最后確定沁端區塊的井網密度，為對于煤層氣的進一步生產開發提供科學依據。

1 地質概況

沁端區塊位于沁水盆地南部，隸屬于山西省沁水縣，區內由老到新依次發育奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系和第四系地層。該區屬山區丘陵地貌，以低山丘陵為主。據勘探資料顯示，3#煤層底部分布有1 m左右的軟煤。15#煤層煤體結構以原生結構和碎裂結構為主，分布有碎粒結構。

構造形態總體為—— 走向北東、傾向北西的單斜構造。在此基礎上發育了一系列近南北-北東向寬緩褶曲，形成區內地層的波狀起伏，巖層傾角一般不超過15°，個別地段受構造影響巖層傾角變化大。

2 井網布置

2.1 井網密度的原則

開發井網部署需要考慮以下原則。

①地質因素：底層、構造和煤儲層特征及資源豐度等。

②開發因素：先導性試驗階段井組的井距小于規模生產井為宜；全面開發階段的生產井網的井距應大于先導性試驗階段；煤層氣開發設計一般要求在15年左右開采出可采儲量的50%～60%，井網密度必須滿足這一基本要求。

③經濟效益包括要求單井儲量不能低于單井經濟極限控制儲量，井網密度應小于經濟極限井網密度。

2.2 經驗公式法確定井網密度

井網密度的大小取決于儲層的性質和生產規模對經濟性的影響以及對采收率的要求，當它與資源條件、裂縫長度等相匹配時，才能獲得較高的效益，因此產生了極限井網密度、合理井網密度以及最優井網密度。

2.2.1單井合理控制儲量法

3 氣藏數值模擬確定井網密度

3.1 三維地質建模

3.1.1 建模方法

儲層建模的核心問題是井間儲層預測，利用各種數學理論和方法對井間未知區域進行預測，因而儲層建模的原理就是井間數學插值方法的原理，儲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，分別做出相關構造模型和屬性模型，并輸入工區邊界等數據，作出的等值線及構造等。

3.1.2 構造模型和屬性模型

構造模型包括地層層面模型和斷層模型，將該區數字化的斷層數據導入Petrel，利用所給出的3號底板標高等值線圖作為控制面，建立了此區塊的構造模型。

儲層屬性建模主要是指儲層屬性參數建模，包括孔隙度建模、滲透率建模和流體飽和度建模。儲層屬性參數模型的建立分三步完成，即測井數據離散化、離散化數據分析和模型的實現。

通過該區6口井的滲透率和飽和度，通過數據正態變換和變差函數分析的基礎上，運用序貫高斯隨機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 三維網格設計

考慮到煤層氣數值模擬模型范圍需要、油藏斷層走向及構造形態等因素，確定了建模平面區域范圍，并設計了合適的模擬網格系統，建模范圍內面積約31.33 km2，設計平面網格間距為20 m×20 m，根據需要煤層氣藏的特征，縱向劃分成3個網格層。

3.2 氣藏數值模擬

3.2.1模型建立

在平面上采用與該研究地區相適應的網格，通過Flogrid添加裂縫的網格層，縱向上劃分為6個模擬層，其中上面3層為基質網格層，下面3層為裂縫網格層，其中1～3，4～14，15為單獨網隔層。

3.2.2歷史擬合

根據氣藏的生產特點，確定歷史擬合工作制度為生產井的產氣量進行控制，擬合單井井底流壓、日產氣量、累積產氣量、累積產水量，時間步長以月為單位，擬合時間段為2010.11-2011.11。

由于氣藏流體性質的不確定性，在歷史擬合過程中，對滲透率等因素做過多次調整。最后，各個參數都得到了較好的擬合。

3.2.3開發方案設計及推薦

根據對煤層氣氣藏數值模擬的認識，利用Eclipse油藏數值模擬軟件設計了5套方案進行模擬預測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。

根據表2的對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63口水平井，井距為350 m，日均產氣量為22×104m3，累計產氣量為18×108 m3，采出程度為25%。

4 結語

（1）根據地質資料，區域儲層上只有3#和15#煤層，為之后的合理井距計算及合理配產方案的制定提供依據。

（2）通過單井合理控制儲量法、經濟極限井距法、規定單井產能法、經濟極限以及合理井網密度法計算得區域煤層氣氣藏合理井距為406m。

（3）通過地質建模和數值模擬研究，確定最佳布井方案為投產63口水平井，排距為400 m，水平段長度為1 200 m，日均產氣量為22×104m3，累計產氣量為18×108m3，采出程度為25%。

參考文獻

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

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

[3] 張培河，張群，王曉梅，等. 煤層氣開發井網優化設計——以新集礦區為例[J]. 煤田地質與勘探，2006，34（3）：31-35.

[4] 程偉. 延川南煤層氣開發試驗區井網部署與優化研究[J]. 中國煤層氣，2012（4）：25-28.

[5] 李騰. 不同構造條件下多煤層區煤層氣井井型井網優化設計[D].徐州：中國礦業大學，2014.

[6] 張群. 煤層氣儲層數值模擬模型及應用的研究[D].北京：煤炭科學研究總院，2002.