官寨井田多煤层开发产层组合研究

段艳宁，韩保山

(1.煤炭科学研究总院，北京 100013；2.中煤科工集团西安研究院有限公司，西安 710077)



官寨井田多煤层开发产层组合研究

段艳宁1,2，韩保山2

(1.煤炭科学研究总院，北京 100013；2.中煤科工集团西安研究院有限公司，西安 710077)

官寨井田煤层群普遍发育，合层排采可以降低开发成本、提高单井产量，是多煤层区块煤层气开发的必然趋势。不同的产层组合方式，因各项物性参数存在差异，从而使产能差异较大。结合官寨井田的地质条件以及X井的排采数据，利用CBM-SIM数值模拟手段，对不同产层组合方式进行深入研究。结果表明：官寨井田影响合采的主要因素为：渗透率比值、临界解吸压力差和储层压力差。通过对比分析不同组合的产能曲线得出，煤组1、3为官寨井田适合合层排采的组合，其他组合因各主要影响因素存在差异，造成各煤层之间的层间干扰较大，因而不适合合层排采，研究结果将对类似地区的合层排采提供一定的指导。

多煤层；产层组合；数值模拟；官寨井田

贵州官寨井田地质构造较复杂，近距离(薄层)煤层群发育，煤层具有“层数多、厚度薄、成群分布”的特点，井田煤层气资源丰富，可采性较好，具有较大的开发利用潜力[1-4]。

单采主力煤层常常经济效益低、产能效果差，而合层排采不仅可以降低开发成本，而且能够缩短施工、排采时间、提高单井产能，在煤层群发育地区，合层排采成为煤层气规模开发的必然趋势[5-7]。而影响合层排采的因素众多，产能因产层组合方式的不同差异较大，因此，如何选择合适的产层组合成为该地区合层排采的关键。

1 煤层气地质条件

官寨井田位于贵州省黔西县西南部，属高原中山地形地貌，区内多小型盆地和缓坡，地势较为平坦，公路交通网络纵横，交通便利，对煤层气资源开发极为有利。

官寨井田含煤地层为龙潭组(P3l)，含煤层17～20层，已编号煤层15层(如图1所示)，含煤总厚13.20～21.30m，平均17.45m。煤层厚度一般小于2.0m，多在0.5～1.50m，局部厚度大于3m；垂向上，多个薄煤层成群分布，煤层间距一般3～5m，由炭质泥岩或泥岩分隔。井田含可采煤层8层，煤层总厚8.10～16.20m，平均12.64m。

图1 官寨井田煤层综合柱状图Figure 1 Guanzhai minefield coal seams comprehensive column

2 CBM-SIM数值模拟

2.1 软件介绍

该软件是北京科莱天地科技开发有限公司研发的商业化数模软件，是一个模拟煤层、含气页岩和常规油藏中的气体和液体生产的三维、两相、单、双、三孔隙模拟器。

该软件充分考虑了煤储层的特点，在设计中使用了非常少的限制性假设，其基本假设包括：(1)同一煤储层的温度一致；(2)按照达西定律和相对渗透描述割理或裂缝中的气液流；(3)在有限差异网格中的所有基质区是均匀的，但格与格间的基质区尺寸和吸附时间可以不同；(4)基质和裂缝间一直存在流体流动；(5)在相同比率下，遍及每个基质元素的浓度一直在下降。

2.2 模型建立

官寨井田纵向上薄煤层成群分布，部分煤层间隔很小，可以作为一个煤组进行排采，因此，根据官寨井田煤层实际情况，可以将开采煤层划分为3个煤组：煤组1、煤组2和煤组3。

历史拟合时，以拟合井为中心，向四周尽可能的扩展到一定距离，形成定压边界；建立一个正方形网格模型，垂直方向上的网格大小代表模拟煤层的煤厚，该模型虽然简单，但能够满足本文对煤层组合产能预测的要求。

3 历史拟合

拟合时需要大量的数据，根据各参数来源以及变化情况可分为静态参数、可调整参数以及常规参数[8-9]，拟合过程就是不断修正可调整参数的过程。

根据X井的排采数据，利用模拟软件，不断的修正各煤组的物性参数，使拟合结果与实际排采曲线基本吻合，为后续煤层组合的产能预测，提供准确的数据，保证结果准确有效(表1所示)。

经过对储层参数的修正，X井拟合产气量曲线和实际排采曲线基本吻合，但在产产气稳定衰减阶段，实际产气量与拟合产量有所差异，主要是因为现场根据实际情况进行了调大抽汲参数等措施(图2所示)。

表1 X井实测、拟合数据对比

图2 X井历史拟合曲线Figure 2 Historical matching curves of well X

4 产层组合及产能预测分析

产能预测时，采用井田部分参数的平均值，相同的网格模型、工作制度进行模拟，从而分析影响产能差异的因素，得出适合官寨井田合层排采的产层组合。

4.1 多煤组合采

合层排采时，因各煤层储层压力、渗透率、临界解吸压力等方面存在差异，但共用一个井筒，因而各煤层产气时间存在差异，产气时间的差异引起各煤层之间的相互干扰，产生“气锁”“倒灌”等现象，这些现象又会引起压力系统的差异，最终影响合层排采的产能。图3可以看出，因层间干扰的存在，煤组1、3合采产能与三煤组合采产能相近，从经济、产能考虑，两煤组合采优于三煤组合采。

4.2 合采产能分析

影响合层排采的因素很多，分析官寨井田的地质条件得出，影响官寨井田合采的主要因素有渗透率比值、临界解吸压力差和储层压力差，分析不同组合的合采产能，结果表明：产能的高低，是不同影响因素共同作用的结果。

图3 不同煤层组合产气曲线Figure 3 CBM production curves of differentcoal seam combinations

4.2.1 煤组1、2合采

从单采与合采曲线对比图看出，单采煤组1的产气峰值略高于合采，随着排采的进行，层间干扰的减小，排采后期，合采产能略高于单采产能，后期产能贡献部分来自于渗透率偏低的煤组(图4)。

图4 单采与合采产气曲线Figure 4 CBM production curves of single layer drainage and layers combination drainage

造成排采前期单采产能高于合采的原因是：因为k1：k2=8:1，渗透率差异较大，造成其压降扩展的速度差异，以及煤组2的临界解吸压力略低于煤组1，随着排采的进行，压力降至煤组1的产气压力时，煤组1开始产气，对煤组2造成一定的“气锁”干扰，使其产气时间推后，加之渗透率偏低，其产能几乎对合采没有贡献，随着压力进一步降低，达到煤组2的产气压力时，煤组2 开始产气，此时两者的层间干扰减弱，煤组2在排采后期对合采产能有所贡献，因此，煤组1、2不适合合层排采。

4.2.2 煤组2、3合采

排采初期，煤组3的产气压力略高于煤组2的产气压力，而煤组3位于煤组2下方(图5)，根据两者储层压力差值，预测得出，两煤组几乎同时产气，因此，两者的层间干扰较小，但因k2：k3=0.4:1，煤组2 的渗透率偏低，其压力传播的速度较慢，使其解吸面积有限，因此对排采初期几乎没有贡献，在合采达到产气高峰时，煤组2对合采有一定的贡献。尽管从图中，合采产能大于两层煤组之和，但因煤组2的渗透率偏低，产能偏低，不适合与其他煤组进行合采。

图5 单采与合采产气曲线Figure 5 CBM production curves of single layer drainage and layers combination drainage

4.2.3 煤组1、3合采

煤组3的临界解吸压力略高于煤组1，但因煤组3渗透率略低，因此，其产气略滞后于煤组1，煤组1首先进入产气高峰，随后煤组3也进入产气高峰，两煤组的渗透率比值为3:1，因k1渗透率为0.345mD，k3渗透率与其处于同一个数量级，渗透率差异产生的层间干扰较小，可以进行合采；且从上图以及排采数据分析得出，合采产能大于单采产能之和，两煤组适合合层排采。

图6 单采与合采产气曲线Figure 6 CBM production curves of single layer drainage and layers combination drainage

5 结论

(1)利用X井的实际排采数据进行历史拟合，修正得出渗透率、兰式体积和兰式压力等物性参数，为后续产能预测奠定了基础。

(2)结合官寨井田的地质条件分析得出，影响官寨井田合层排采的主要因素有渗透率、临界解吸压力和储层压力；合采产能是由各因素共同作用的结果。

(3)通过对比单采与合采产气曲线得出，官寨井田适合合层排采的组合为：煤组1、3。而煤组1、2和煤组2、3不能合采的主要原因是：渗透率差异，它是造成层间干扰较大的主要因素。

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Study on Multiple Coal Seams Exploitation Layers Combination in Guanzhai Minefield

Duan Yanning1, 2, Han Baoshan2

(1. China Coal Research Institute, Beijing 100013; 2. Xi’an Research Institute, China Coal Technology and
Engineering Group Corp, Xi’an, Shaanxi 710077)

Coal groups in the Guanzhai minefield have generally developed, the CBM commingled drainage can lower down exploitation cost, improve single well output, thus the inevitable trend of CBM exploitation in multiple coal seams block. To different exploitation layers combinations because of different physical properties can cause larger capacity difference. Combined with geological condition in Guanzhai minefield and well X drainage data, through CBM-SIM numerical simulation studied different exploitation layers combinations in detail. The result has shown that main factors impact exploitation layers combination in the minefield have permeability ratio, critical desorption pressure differential and reservoir pressure differential. Through comparative study of different combination capacity curves has shown that the coal group Nos.1 and 3 are the layers combination suitable to CBM drainage in the minefield. Other combinations because of main impacting factor differences can cause larger interlayer interference between coal seams, thus not suitable to layers combination drainage. The study will provide certain guidance in similar area layers combination CBM drainage.

multiple coal seams; exploitation layer combination; numerical simulation; Guanzhai minefield

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.04.08

段艳宁(1986—)，女，陕西华阴人，在读硕士研究生，从事煤层气开发研究

2017-01-20

1674-1803(2017)04-0040-03

文献标识码：A

责任编辑：宋博辇