沁南P区块煤层气“甜点区”动静结合综合预测方法研究

2018-11-29范乐宾高丽军李德鹏尹彦君刘灵童

科技与创新 2018年11期

范乐宾，高丽军，李德鹏，尹彦君，王力，刘灵童

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；2.中联煤层气有限责任公司晋城分公司，山西晋城 048000）

目前，我国煤层气开发过程中一般采用区块方案整体部署，但实施后部分井产能低，无法达到预期的经济效益。其主要原因是我国煤层气藏存在地质条件复杂、煤储层物性非均质性极强等特点，从而导致煤层气高产区分布不均匀。因此，优选煤层气高产“甜点区”对于煤层气井位准确部署及高效开发具有重要意义。

煤层气的“甜点区”是指煤层气高产区。影响煤层气高产的地质因素有很多，而且各因素之间关系错综复杂。通过文献调研，目前国内外学者采用很多不同的评价方法来优选“甜点区”，比如模糊数学法、灰色分析法、加权平均法等。目前，常用的模糊数学分析方法[1]具有概念直观、计算方便、容易理解等优点，但是该方法需要依靠专家经验进行打分，主观性强、客观性差；灰色分析法[2]通过建立煤层气评价参数体系，确定参数关联程度，赋予权重，通过灰色关联分析来寻找系统中各因素的主要关系，找出影响各项评价指标的重要因素，从而掌握事物的主要特征。这两种方法适用于地质资料或储层资料少、煤层气勘探程度低的地区，多应用于煤层气勘探开发初期选区评价中，能够定性反映煤层气的可采性，是一种简单、快速的评价方法。

部分文献[3]也提到采用多因素加权分析法与储层数值模拟法相结合的方法评价煤层气的可采性。目前，文献多应用数值模拟技术对单井或井组产量进行分析和预测[4-5]，或者运用数值模拟进行方案的对比优化[6]。本文在前人的基础上，创新应用数值模拟技术反向验证在储层和流体等多参数综合影响作用下“甜点区”的分布规律。

1 多参数综合地质模型

综合地质参数和流体参数是本方法的核心，地质参数预测是有利区预测的基础，有利区分布预测准确与否由地质参数预测精度决定，地质参数预测越准确，有利区预测越可靠，因此前期对煤层气地质参数分布进行精细描述至关重要，并在此基础上建立相应的地质模型。

1.1 地质参数预测

本次研究的目标区块是沁水盆地南部煤层气P区块的15号煤层，在该区块发育3号煤和15号煤上下2套主力煤层，目前主要开发上部3号煤层。3号煤层已完钻200多口井，生产近10年时间，开发效果较好，但是目前区块产量有递减趋势，开发15号煤煤层气成为产量接替的重要方法。为高效开发15号煤煤层气，针对15号煤进行甜点预测，为方案部署提供依据。

区块内没有地震资料，而且15号煤层只有14口已钻井的资料。本次研究为了精细刻画目前区块15号煤地质参数分布，充分利用了煤田钻孔和已钻井资料，并结合相应的煤层气地质规律特征，充分利用3号煤层的地质资料，使15号煤地质参数预测精度更高。

渗透率是煤层气“甜点区”预测的最重要参数之一，为合理预测渗透率分布指导后期气藏部署及产能预测，选取3号和15号煤均进行试井测试的探井，对比同一口探井3号、15号煤渗透率的响应关系。结果显示，在3号煤渗透率高值的井区，15号煤的渗透率也相应较高，符合率在66.6%以上。出现这一现象的主要原因是，区块内煤层渗透率的高低主要是由煤体碎裂程度决定的，而煤体结构展布往往与构造密切相关，同时3号煤和15号煤在区块内构造的继承性也较好，因此两套煤层之间产生较好的统计学规律：两层煤同一平面位置单井渗透率响应关系较好。目前，3号煤有200多口井，平面渗透率相对落实，因此根据该统计学规律和15号煤已有井的渗透率测试值预测了15号煤层渗透率平面分布，充分利用已有地质资料和煤层气地质学对15号煤构造和储层参数进行了精细的研究和预测。

1.2 三维地质模型

在地质研究精细描述的基础上进行三维地质模型建立。精细三维地质模型是地质认识的三维体现，储层三维建模的最终目的是建立能够反映地下储层物性空间分布的参数模型。因此在煤层气地质综合研究的基础上，建模过程中充分利用精细煤层气地质研究成果，采用确定性建模方法实现构造和储层参数等地质特征的三维模型的建立。

1.3 参数叠合方法有利区预测

运用目前相对较成熟的参数叠合方法进行有利区初步预测，用于后续预测结果的对比。参数叠合方法选用煤层厚度、含气量、渗透率、临储比和储层压力为有利区的主控地质因素，其中，重点参考渗透率和临储比等可采性参数。

利用参数叠合方法划分有利区，将区块分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类共4类区，所预测的4类区分布如图1所示。

2 动态模型建立与矫正

2.1 动态数值模拟模型

在三维地质建模基础上，利用粗化后的模型建立数值模拟模型。煤层气数值模拟模型采用的是双重孔隙介质模型，考虑了煤层气的解吸、扩散和达西渗流3个机理过程，这3个过程均对煤层气产能大小有影响。

2.2 模型拟合矫正

模型在静态上充分遵从已有资料和地质认识，同时在已有生产井的情况下也要遵从目前已有生产井的动态生产数据，因此需在建立数值模拟模型的基础上，进行储量拟合和生产动态历史拟合，调整模型参数使模型符合实际生产井动态特征，此过程是动静结合数值模拟法甜点预测的一个重要基础。基于目前已有生产井的生产动态数据，通过调整孔隙度、渗透率、含气量等数据来拟合产水和产气情况。拟合完成后，再将单井的参数调整作为参考，对整个模型参数进行矫正，整体模型产能特征在目前实际生产井的约束下生产特征将一致。

3 动静结合预测方法

3.1 预测模型设计

动静结合数值模拟方法预测在精细地质模型和动态参数综合基础上，对煤层气“甜点区”进行预测。在模型中设计虚拟井网，井网设计统一使用直井矩形井网，直井参数统一。本次设计井网方向为北东—南西方向，与区块布井方向一致，井距设定为300 m，井网部署需要均匀控制整个区域，共部署183口直井。对于不同区块情况，可有针对性地设计井距大小。对于需要重点关注的地区，可对局部井网加密，得到更加详细的产能分布结果。

3.2 基于数模的有利区预测

在数值模型基础上，根据部署的虚拟生产井模拟计算出的产量，计算单井的产能大小。预测过程中，单井生产制度按照定产水量进行制订，根据目前生产井的排采情况和数值模拟计算情况，直井单井配产排水量为2.5 m3/d，限制井底流压最低为废弃压力0.6 MPa。根据单井计算的产能，本文运用OFM软件对区块产能分布进行插值计算，得到了产气量的分布图，如图2所示。虚拟井网井距的大小也决定了产能分布图的精度，但产能分布的总体趋势不会变。

通过预测，产能相对较高的区域主要位于中部区域，与地质参数叠合方法预测的有利区趋势一致，数值模拟方法预测产能高的区域主要位于参数叠合方法预测的Ⅰ类、Ⅱ类有利区范围内。根据预测结果，直井定向井Ⅰ类区产能大于1000 m3/d，Ⅱ类区产能在800～1000 m3/d，Ⅲ类、Ⅳ类区产能小于800 m3/d。通过数值模拟方法预测的“甜点区”是产能的直接反映，能够更好地指导下一步的方案部署与实施。