沁南P區(qū)塊煤層氣“甜點(diǎn)區(qū)”動(dòng)靜結(jié)合綜合預(yù)測(cè)方法研究

范樂(lè)賓，高麗軍，李德鵬，尹彥君，王 力，劉靈童

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452；2.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司晉城分公司，山西 晉城 048000）

目前，我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中一般采用區(qū)塊方案整體部署，但實(shí)施后部分井產(chǎn)能低，無(wú)法達(dá)到預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益。其主要原因是我國(guó)煤層氣藏存在地質(zhì)條件復(fù)雜、煤儲(chǔ)層物性非均質(zhì)性極強(qiáng)等特點(diǎn)，從而導(dǎo)致煤層氣高產(chǎn)區(qū)分布不均勻。因此，優(yōu)選煤層氣高產(chǎn)“甜點(diǎn)區(qū)”對(duì)于煤層氣井位準(zhǔn)確部署及高效開(kāi)發(fā)具有重要意義。

煤層氣的“甜點(diǎn)區(qū)”是指煤層氣高產(chǎn)區(qū)。影響煤層氣高產(chǎn)的地質(zhì)因素有很多，而且各因素之間關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用很多不同的評(píng)價(jià)方法來(lái)優(yōu)選“甜點(diǎn)區(qū)”，比如模糊數(shù)學(xué)法、灰色分析法、加權(quán)平均法等。目前，常用的模糊數(shù)學(xué)分析方法[1]具有概念直觀、計(jì)算方便、容易理解等優(yōu)點(diǎn)，但是該方法需要依靠專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行打分，主觀性強(qiáng)、客觀性差；灰色分析法[2]通過(guò)建立煤層氣評(píng)價(jià)參數(shù)體系，確定參數(shù)關(guān)聯(lián)程度，賦予權(quán)重，通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析來(lái)尋找系統(tǒng)中各因素的主要關(guān)系，找出影響各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要因素，從而掌握事物的主要特征。這兩種方法適用于地質(zhì)資料或儲(chǔ)層資料少、煤層氣勘探程度低的地區(qū)，多應(yīng)用于煤層氣勘探開(kāi)發(fā)初期選區(qū)評(píng)價(jià)中，能夠定性反映煤層氣的可采性，是一種簡(jiǎn)單、快速的評(píng)價(jià)方法。

部分文獻(xiàn)[3]也提到采用多因素加權(quán)分析法與儲(chǔ)層數(shù)值模擬法相結(jié)合的方法評(píng)價(jià)煤層氣的可采性。目前，文獻(xiàn)多應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)單井或井組產(chǎn)量進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)[4-5]，或者運(yùn)用數(shù)值模擬進(jìn)行方案的對(duì)比優(yōu)化[6]。本文在前人的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)反向驗(yàn)證在儲(chǔ)層和流體等多參數(shù)綜合影響作用下“甜點(diǎn)區(qū)”的分布規(guī)律。

1 多參數(shù)綜合地質(zhì)模型

綜合地質(zhì)參數(shù)和流體參數(shù)是本方法的核心，地質(zhì)參數(shù)預(yù)測(cè)是有利區(qū)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，有利區(qū)分布預(yù)測(cè)準(zhǔn)確與否由地質(zhì)參數(shù)預(yù)測(cè)精度決定，地質(zhì)參數(shù)預(yù)測(cè)越準(zhǔn)確，有利區(qū)預(yù)測(cè)越可靠，因此前期對(duì)煤層氣地質(zhì)參數(shù)分布進(jìn)行精細(xì)描述至關(guān)重要，并在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的地質(zhì)模型。

1.1 地質(zhì)參數(shù)預(yù)測(cè)

本次研究的目標(biāo)區(qū)塊是沁水盆地南部煤層氣P區(qū)塊的15號(hào)煤層，在該區(qū)塊發(fā)育3號(hào)煤和15號(hào)煤上下2套主力煤層，目前主要開(kāi)發(fā)上部3號(hào)煤層。3號(hào)煤層已完鉆200多口井，生產(chǎn)近10年時(shí)間，開(kāi)發(fā)效果較好，但是目前區(qū)塊產(chǎn)量有遞減趨勢(shì)，開(kāi)發(fā)15號(hào)煤煤層氣成為產(chǎn)量接替的重要方法。為高效開(kāi)發(fā)15號(hào)煤煤層氣，針對(duì)15號(hào)煤進(jìn)行甜點(diǎn)預(yù)測(cè)，為方案部署提供依據(jù)。

區(qū)塊內(nèi)沒(méi)有地震資料，而且15號(hào)煤層只有14口已鉆井的資料。本次研究為了精細(xì)刻畫(huà)目前區(qū)塊15號(hào)煤地質(zhì)參數(shù)分布，充分利用了煤田鉆孔和已鉆井資料，并結(jié)合相應(yīng)的煤層氣地質(zhì)規(guī)律特征，充分利用3號(hào)煤層的地質(zhì)資料，使15號(hào)煤地質(zhì)參數(shù)預(yù)測(cè)精度更高。

滲透率是煤層氣“甜點(diǎn)區(qū)”預(yù)測(cè)的最重要參數(shù)之一，為合理預(yù)測(cè)滲透率分布指導(dǎo)后期氣藏部署及產(chǎn)能預(yù)測(cè)，選取3號(hào)和15號(hào)煤均進(jìn)行試井測(cè)試的探井，對(duì)比同一口探井3號(hào)、15號(hào)煤滲透率的響應(yīng)關(guān)系。結(jié)果顯示，在3號(hào)煤滲透率高值的井區(qū)，15號(hào)煤的滲透率也相應(yīng)較高，符合率在66.6%以上。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的主要原因是，區(qū)塊內(nèi)煤層滲透率的高低主要是由煤體碎裂程度決定的，而煤體結(jié)構(gòu)展布往往與構(gòu)造密切相關(guān)，同時(shí)3號(hào)煤和15號(hào)煤在區(qū)塊內(nèi)構(gòu)造的繼承性也較好，因此兩套煤層之間產(chǎn)生較好的統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律：兩層煤同一平面位置單井滲透率響應(yīng)關(guān)系較好。目前，3號(hào)煤有200多口井，平面滲透率相對(duì)落實(shí)，因此根據(jù)該統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律和15號(hào)煤已有井的滲透率測(cè)試值預(yù)測(cè)了15號(hào)煤層滲透率平面分布，充分利用已有地質(zhì)資料和煤層氣地質(zhì)學(xué)對(duì)15號(hào)煤構(gòu)造和儲(chǔ)層參數(shù)進(jìn)行了精細(xì)的研究和預(yù)測(cè)。

1.2 三維地質(zhì)模型

在地質(zhì)研究精細(xì)描述的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維地質(zhì)模型建立。精細(xì)三維地質(zhì)模型是地質(zhì)認(rèn)識(shí)的三維體現(xiàn)，儲(chǔ)層三維建模的最終目的是建立能夠反映地下儲(chǔ)層物性空間分布的參數(shù)模型。因此在煤層氣地質(zhì)綜合研究的基礎(chǔ)上，建模過(guò)程中充分利用精細(xì)煤層氣地質(zhì)研究成果，采用確定性建模方法實(shí)現(xiàn)構(gòu)造和儲(chǔ)層參數(shù)等地質(zhì)特征的三維模型的建立。

1.3 參數(shù)疊合方法有利區(qū)預(yù)測(cè)

運(yùn)用目前相對(duì)較成熟的參數(shù)疊合方法進(jìn)行有利區(qū)初步預(yù)測(cè)，用于后續(xù)預(yù)測(cè)結(jié)果的對(duì)比。參數(shù)疊合方法選用煤層厚度、含氣量、滲透率、臨儲(chǔ)比和儲(chǔ)層壓力為有利區(qū)的主控地質(zhì)因素，其中，重點(diǎn)參考滲透率和臨儲(chǔ)比等可采性參數(shù)。

利用參數(shù)疊合方法劃分有利區(qū)，將區(qū)塊分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類共4類區(qū)，所預(yù)測(cè)的4類區(qū)分布如圖1所示。

2 動(dòng)態(tài)模型建立與矯正

2.1 動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬模型

在三維地質(zhì)建模基礎(chǔ)上，利用粗化后的模型建立數(shù)值模擬模型。煤層氣數(shù)值模擬模型采用的是雙重孔隙介質(zhì)模型，考慮了煤層氣的解吸、擴(kuò)散和達(dá)西滲流3個(gè)機(jī)理過(guò)程，這3個(gè)過(guò)程均對(duì)煤層氣產(chǎn)能大小有影響。

2.2 模型擬合矯正

模型在靜態(tài)上充分遵從已有資料和地質(zhì)認(rèn)識(shí)，同時(shí)在已有生產(chǎn)井的情況下也要遵從目前已有生產(chǎn)井的動(dòng)態(tài)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，因此需在建立數(shù)值模擬模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行儲(chǔ)量擬合和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)歷史擬合，調(diào)整模型參數(shù)使模型符合實(shí)際生產(chǎn)井動(dòng)態(tài)特征，此過(guò)程是動(dòng)靜結(jié)合數(shù)值模擬法甜點(diǎn)預(yù)測(cè)的一個(gè)重要基礎(chǔ)。基于目前已有生產(chǎn)井的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)整孔隙度、滲透率、含氣量等數(shù)據(jù)來(lái)擬合產(chǎn)水和產(chǎn)氣情況。擬合完成后，再將單井的參數(shù)調(diào)整作為參考，對(duì)整個(gè)模型參數(shù)進(jìn)行矯正，整體模型產(chǎn)能特征在目前實(shí)際生產(chǎn)井的約束下生產(chǎn)特征將一致。

3 動(dòng)靜結(jié)合預(yù)測(cè)方法

3.1 預(yù)測(cè)模型設(shè)計(jì)

動(dòng)靜結(jié)合數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)在精細(xì)地質(zhì)模型和動(dòng)態(tài)參數(shù)綜合基礎(chǔ)上，對(duì)煤層氣“甜點(diǎn)區(qū)”進(jìn)行預(yù)測(cè)。在模型中設(shè)計(jì)虛擬井網(wǎng)，井網(wǎng)設(shè)計(jì)統(tǒng)一使用直井矩形井網(wǎng)，直井參數(shù)統(tǒng)一。本次設(shè)計(jì)井網(wǎng)方向?yàn)楸睎|—南西方向，與區(qū)塊布井方向一致，井距設(shè)定為300 m，井網(wǎng)部署需要均勻控制整個(gè)區(qū)域，共部署183口直井。對(duì)于不同區(qū)塊情況，可有針對(duì)性地設(shè)計(jì)井距大小。對(duì)于需要重點(diǎn)關(guān)注的地區(qū)，可對(duì)局部井網(wǎng)加密，得到更加詳細(xì)的產(chǎn)能分布結(jié)果。

3.2 基于數(shù)模的有利區(qū)預(yù)測(cè)

在數(shù)值模型基礎(chǔ)上，根據(jù)部署的虛擬生產(chǎn)井模擬計(jì)算出的產(chǎn)量，計(jì)算單井的產(chǎn)能大小。預(yù)測(cè)過(guò)程中，單井生產(chǎn)制度按照定產(chǎn)水量進(jìn)行制訂，根據(jù)目前生產(chǎn)井的排采情況和數(shù)值模擬計(jì)算情況，直井單井配產(chǎn)排水量為2.5 m3/d，限制井底流壓最低為廢棄壓力0.6 MPa。根據(jù)單井計(jì)算的產(chǎn)能，本文運(yùn)用OFM軟件對(duì)區(qū)塊產(chǎn)能分布進(jìn)行插值計(jì)算，得到了產(chǎn)氣量的分布圖，如圖2所示。虛擬井網(wǎng)井距的大小也決定了產(chǎn)能分布圖的精度，但產(chǎn)能分布的總體趨勢(shì)不會(huì)變。

通過(guò)預(yù)測(cè)，產(chǎn)能相對(duì)較高的區(qū)域主要位于中部區(qū)域，與地質(zhì)參數(shù)疊合方法預(yù)測(cè)的有利區(qū)趨勢(shì)一致，數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)產(chǎn)能高的區(qū)域主要位于參數(shù)疊合方法預(yù)測(cè)的Ⅰ類、Ⅱ類有利區(qū)范圍內(nèi)。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，直井定向井Ⅰ類區(qū)產(chǎn)能大于1000 m3/d，Ⅱ類區(qū)產(chǎn)能在800～1000 m3/d，Ⅲ類、Ⅳ類區(qū)產(chǎn)能小于800 m3/d。通過(guò)數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)的“甜點(diǎn)區(qū)”是產(chǎn)能的直接反映，能夠更好地指導(dǎo)下一步的方案部署與實(shí)施。

4 方法驗(yàn)證及應(yīng)用

通過(guò)與傳統(tǒng)方法對(duì)比，運(yùn)用數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)有利區(qū)的結(jié)果與參數(shù)疊合方法的預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致。在同樣的地質(zhì)參數(shù)下對(duì)比預(yù)測(cè)結(jié)果，在工區(qū)的中東部數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)產(chǎn)能最高，該區(qū)域和參數(shù)疊合方法預(yù)測(cè)Ⅰ類區(qū)一致。

但是，參數(shù)疊合方法預(yù)測(cè)的西部和北部Ⅰ類區(qū)通過(guò)數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)后產(chǎn)能并不是最高的，主要是因?yàn)閰?shù)疊合方法在選擇參數(shù)時(shí)只能重點(diǎn)選擇部分參數(shù)作為主要因素，而數(shù)值模擬方法綜合了各類參數(shù)之后，通過(guò)實(shí)際計(jì)算，在考慮多因素作用下產(chǎn)能驗(yàn)證較低。因此，通過(guò)數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)有利區(qū)將降低后期選區(qū)風(fēng)險(xiǎn)，指導(dǎo)后期布井選區(qū)。

5 結(jié)論

充分利用煤田鉆孔和已鉆井資料，并結(jié)合區(qū)塊煤層氣地質(zhì)規(guī)律特征，精確預(yù)測(cè)了沁南P區(qū)塊的地質(zhì)參數(shù)分布。

煤層氣數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)“甜點(diǎn)區(qū)”綜合了精細(xì)地質(zhì)靜態(tài)參數(shù)和生產(chǎn)動(dòng)態(tài)參數(shù)，以產(chǎn)能為直接預(yù)測(cè)指標(biāo)，預(yù)測(cè)過(guò)程綜合性強(qiáng)，可預(yù)測(cè)出定量和準(zhǔn)確的產(chǎn)能分布規(guī)律。

通過(guò)對(duì)比論證，數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)的有利區(qū)與其他方法預(yù)測(cè)的趨勢(shì)一致，該方法在綜合多因素作用下產(chǎn)能預(yù)測(cè)更加精確，用于后期布井選區(qū)，可有效降低煤層氣開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

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