山西南燕竹區15號煤層產能評價研究

周劍輝 王海僑 張 旭 沈家偉

(1.中聯煤層氣有限責任公司，北京 100016；2.中海油研究總院有限責任公司，北京 100029)

1 儲層特征

山西南燕竹區位于沁水盆地北部，研究區內地質構造簡單，煤層傾角小，煤層底板起伏幅度小，標高變化不大，但是由于工區主要為丘陵山區，溝谷切割，地形起伏較大，致使煤層埋深變化較大。15號煤層埋深變化范圍622.2～1038.5m，平均為769.5m。總體變化趨勢是由北向南方向埋深加大。

煤巖儲層試井6口顯示，15號煤滲透率在0.02～0.42×10-3μm2，非均質性較明顯。15號煤層儲層壓力梯度介于0.42～0.91MPa/100m之間，平均為0.60MPa/100m(正常靜水壓力梯度為0.98MPa/100m)，煤儲層處于欠壓狀態。

實測飽和度是實測含氣量與實測儲層壓力投影到吸附等溫線上所對應的理論含氣量的比值，工區15號煤層氣井實測含氣飽和度介于48.76%～86.72%之間，平均為68.52%，屬于欠飽和氣藏。

2 排采生產分析

根據本區的排采特征，對各井的生產動態進行了分析，對其中6口參數井的數據統計分析，重點分析其排采的參數特征與相互關系。

選取典型參數井2井排采曲線(圖1)，該井產層為15號煤層，煤層埋深562.9m，采用活性水加砂壓裂，投產后第123天產水量相對較高，平均4.49m3/d。投產第83天后開始產氣，投產270d，平均產氣量1213.20m3/d，最高產氣量3805.0m3/d。

穩定排采期在投產145～270d后，該井連續穩定產氣125d，平均產氣量1650.9m3/d，最高產氣量3805m3/d，最小產氣量891.0m3/d，平均產水量0.8m3/d，最高產水量4.21m3/d。

單井排采特點,在投產初期，由于近井地帶通過壓裂改造形成了高導流能力的裂縫，煤層水產出速度快，煤層氣很快解吸產出；但是由于有效裂縫規模受限，在遠井地帶的壓力持續向井筒傳遞后期造成降壓難度大，所形成的壓降漏斗范圍擴展緩慢，于是產氣量逐漸下降。

3 產能評價

3.1 產能數值模擬

為了全面了解南燕竹區15號煤層產能情況，我們利用已知的儲層參數和排采數據對工區附近的排采井進行歷史擬合，對滲透率等參數做了適當的微調，并用得到的儲層參數對不同井型進行產能預測。

此次煤儲層數值模擬采用的軟件是COMET3，它是由美國ARI公司研制的煤層氣專業模擬軟件，目前在行業內使用最為廣泛，具有以下突出優點：(1)可供選擇的模型種類多。單氣體組分有四種模型，雙氣體組份有兩種模型，三氣體組分有兩種模型，這八種模型均為氣水兩相。雙、三組分模型均為雙孔、單滲，而單組分模型中孔隙度有單孔、雙孔、三孔三種，滲透率分為單滲和雙滲兩種。可以根據儲層實際情況選擇不同模型進行氣、水產能預測模擬，同時可以對實際產氣、產水資料進行歷史擬合，獲取儲層基礎參數。(2)軟件重點考慮了一些對煤層氣井產能有影響的特別參數，比如空隙收縮、煤基質壓縮、氣體重解吸以及水溶氣等。(3)用戶可以通過自動開關實現對指定井的控制，即設定大水產率和井底流壓，或者最小井底流壓和水產率。

3.2 煤層氣井生產動態數據歷史擬合

歷史擬合是在敏感性分析的基礎上，通過利用生產井的實際生產數據，反演和校正研究區的有關煤儲層參數，并通過最終擬合后得出的儲層參數，對產量進行準確的預測。本次歷史擬合，是用已知典型井排采中的氣、水產量和累計氣、水產量等實測數據的基礎上進行的。選取生產井的氣水產量排采曲線進行歷史擬合(圖2)。通過歷史擬合，適當調整了工區內的儲層參數(表1)，并且得出的儲層參數與實際儲層物性基本相一致，產氣量基本擬合，產氣高峰值擬合有所偏差。綜合考慮，得出的儲層參數能夠運用到實際生產中。

圖2 井2生產擬合曲線

表1 井2歷史擬合參數

圖4 孔隙度敏感性分析

根據對排采數據擬合得到的模擬參數，對滲透率、孔隙度進行敏感性分析，經過模擬得出滲透率和孔隙度的變化對單井產量的影響如圖3、4所示，隨著滲透率的增加單井累計產量和高峰期產量隨之增加，且產氣高峰時間向后推遲；隨著孔隙度的增加，產水量增大，單井產氣量減小，高峰期產量減少，高峰期向后推遲。

圖3 滲透率敏感性分析

3.3 產能預測

通過歷史擬合得出的平均儲層物性參數，并將這些參數運用到本區產能預測上，得出15號煤層直井的產能數據。另外，在人工裂縫長度方面，經過對沁南地區煤層氣井壓裂裂縫的大地電位和微震監測統計，發現煤層壓裂產生的不同方向裂縫的延伸長度在50～89m的區間內居多，占裂縫總數量的82.4%(圖5)，且裂縫在井筒兩翼對稱發育，該范圍也與本次模擬結果相近，因此，本次數值模擬采用裂縫長度為75m。

圖5 沁南地區煤層氣井壓裂縫長分布范圍

根據模擬結果，由表2中數據可知，15號煤直井壓裂預測服務年限為15年的情況下，穩產期采收率為33.96%，平均日產氣量為1351m3，平均年產氣量44.57×104m3；在排采20年后，日產氣量降低到412m3，20年累計產量606.92×104m3，最終采收率為66.06%，平均采氣速度為3.30%。

表2 15號煤層直井產量預測表

4 結語

(1)南燕竹區15號煤層整體埋藏淺，屬于低壓低滲欠飽和儲層；

(2)通過COMET3軟件數據模擬，結合生產動態數據擬合，15號煤層擬合的儲層參數與實際儲層物性基本相一致，產氣量基本吻合。

(3)根據以上模擬分析，考慮排采生產過程中井間干擾正效應影響，預測15號煤層直井壓裂井穩產氣量在1300m3以上。