煤層氣產能評價技術方法研究

劉昊娟(中石化華東分公司非常規資源勘探開發指揮部 江蘇 南京)

煤層氣開采過程是一個極其復雜的系統，其產氣量、產水量等受多種因素的影響。煤層氣井產能狀況是煤層氣開發決策和設計的重要依據，也是關乎煤層氣產業能否順利發展的關鍵問題。如何采取有效的方法對煤層氣井產能進行定量預測一直受到國內外學者的關注。以往對煤層氣井產能(主要是產氣量大小)進行定量預測的主要方法有數值模擬法、物質平衡法和典型曲線法。

一、數值模擬法

數值模擬方法是氣藏工程和數值模擬技術相結合的產能預測技術。該方法的要點是應用數值模擬技術擬合氣藏工程產能研究結果，使氣藏動態模型能較好的模擬不同結構儲層的氣井產能特征，從而獲得較為可靠的氣藏開發指標。

20世紀 80年代至今，煤儲層數值模擬技術的發展經歷了三個階段，考慮的因素逐漸全面，模擬結果逐漸接近于實際。

1.最早的數值模擬技術來源于常規天然氣儲層數值模擬，如 STARS、ECLIPSE、GCOMP等模型或軟件，只考慮了單孔隙結構、兩相或多氣體成分達西流、瞬時氣流等因素，對吸附性的描述采用的是 K值平衡模型，假設煤微孔隙壁上吸附氣體與孔隙中游離氣體的壓力處于連續平衡狀態。 這類模型忽略了煤層氣解吸過程，不能反映客觀存在的解吸時間，沒有真實反映煤層甲烷賦存、運移的特征，造成預測的煤層甲烷產量高于實際產量，顯然不符合煤儲層的特點。

2.20世紀 80年代末期至 90年代，建立了非平衡吸附動力學模型，先后研發出以 COALGAS、COMET2、SIMEDII等為代表的煤層氣產能數值模擬專用軟件。其中的動力學模型，考慮了煤儲層雙重孔隙介質、費克擴散定律、朗格繆爾吸附等特性，但對達西流的描述仍只有幾種有限的氣體成分。 由于這類模型考慮了煤層氣吸附特性及由微孔隙到裂隙的擴散過程，較好的反映了煤層氣賦存及運移機理，比平衡吸附模型前進了一大步，模擬結果可靠性大為提高，模擬技術得到廣泛應用。

3.COMET2等模型盡管得到普遍關注，但仍未能考慮煤儲層某些重要性質對產能的影響，如：應力敏感性造成孔隙體積壓縮，煤層基質收縮或膨脹導致滲透率發生變化，氣體的再吸附、重力作用、溶解氣的影響等。為此，國外研究者進一步注意到煤儲層的三重孔隙結構、雙擴散（兩步擴散）特性、煤基質收縮膨脹效應等特點，建立了一系列新的動力學模型。以此為基礎，研發出 COMET3專用軟件，兼顧了排采誘導滲透率變化等客觀現象，模擬精度進一步提高。

二、產能歸一法

由于煤層氣排采影響因素的復雜性，用單井的產能來表征區塊的產能存在一定的局限性。本方法以區塊地質條件為基礎，根據劃分的有利區范圍，對有利區同一構造帶內的見氣井排采參數進行歸一化處理。對于單井出現了排采中斷的情況，將排采中斷階段以及重新啟抽后產氣的波動階段剔除，避免排采中斷造成的影響，導致產能歸一化的結果出現較大偏差。

經過歸一化處理，做出歸一化曲線，就得出區塊平均產能。

三、靜態地質參數對比法

煤層氣產能地質評價體系研究，目前國內外也做了大量的研究，最有代表性的是中石油趙慶波在沁南地區建立的煤層氣選區評價指標。

以沁水盆地南部以及以及鄂爾多斯盆地東部區塊為例，進行靜態地質條件和產能情況進行對比：沁水盆地南部胡底區塊排采目的層為二疊系下統3號煤層，埋深350-700m，厚度4.6-7.1m，平均厚度6.0m，含夾矸0-1層，厚度0.2-0.6m，煤變質程度為貧煤-無煙煤，滲透率0.257-0.946m D，含氣量9.1-22.28m3/t，平均含氣量11.2 m3/t，綜合評價為較有利-有利區塊，區塊單井最高日產氣大于3000 m3，平均單井日產氣1625 m3。

韓城區塊位于鄂爾多斯盆地東南部，相鄰區塊排采目的層為二疊系下統5號煤層，埋深300-1100m，平均厚度4.9m，含夾矸1-2層，厚度0.5-1.0m，煤變質程度為瘦煤-貧煤，含氣量3.18-27.2m3/t，平均含氣量10.51 m3/t，綜合評價為較有利-有利區塊，區塊單井最高日產氣大于3000m3。

四、產能評價對比分析

由于目前煤層氣產能的評價方法尚不成熟，三類產能評價的方法均存在一定的優勢和缺陷：

1.數值模擬法：

該方法適用范圍廣，預測精度隨氣藏模型精度的提高而提高。但煤層的物理模型復雜，模型的建立還不完善；部分數模軟件采用了常規油氣藏模式；數值模擬法進行產能評價的前提是基于對已有一定生產時間的井進行歷史擬合對于排采時間較短的井評價結果準確性不足，但對于進入穩產期較長的井產能評價效果好。

2.產能歸一法

此法依據目前的排采技術條件，早期排采技術的差異性導致單井排采效果差異大，產能評價結果存在一定的誤差，后期排采技術逐步完善，效果逐步提升，此法標定區塊的單井平均產能目前較為可靠，后期隨著排采技術的進步，區塊產能可能進一步提升。

3.靜態地質參數對比法

利用已有的成熟理論和實際經驗，通過將類似地質條件的其他區塊的產能情況與目的區塊進行對比，進行產能預測，但通過地質參數對比，和典型井的排采參數分析，沒有考慮排采技術的對區塊產能的綜合影響，此法標定的產能是區塊的目標產能。

結論

三類方法得出的結果呈現較大的差異性，經過對比分析得出結論，由于數值模擬法本身的缺陷，其評價的結果偏低，靜態地質參數對比法未考慮排采技術的影響，評價結果偏高，產能歸一法對區塊單井的動態參數進行了綜合評價分析，評價的結果目前較為可靠，后期隨著排采技術的進一步完善，評價結果可能進一步提升。

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