数值模拟技术在煤层气勘探开发中的应用

刘 建 军

(山西省煤炭地质物探测绘院，山西 晋中 030600)

数值模拟技术在煤层气勘探开发中的应用

刘 建 军

(山西省煤炭地质物探测绘院，山西 晋中 030600)

选取吕梁地区的A井组为研究对象，以数值模拟技术在该区域煤层气勘探开发中的应用为研究目标，对COMET3.0煤层气藏工程模拟软件进行了简单介绍，从煤层气地质条件、数值模拟、A井产能预测三个方面对数值模拟技术在A井的具体应用进行了分析和探究，通过对模拟结果的分析得出了该区域内的煤层气勘探潜力。

数值模拟，煤层气，勘探开发，产量

0 引言

与石油天然气常规储层岩体物理特性不同，煤层气储层岩体具有很多独有的物理特性。由于具有裂隙系统以及孔隙系统，且这些系统都发育十分成熟，煤层就形成了巨大的内表面积。煤基质表面分子具有很大吸引力，而煤层气正是在这种作用下才能够吸附在孔隙系统以及基质块的表面。在排水降压过程中，煤层气解吸作用，是在其储层压力降至临界解吸压力以下时开始发挥的。煤基质随着解吸量的增加而逐渐收缩，而其裂隙宽度也就逐渐变大，从而使得渗透率明显提高；同时，裂隙宽度也会随着效应力的增加而变小，从而使得渗透率降低。随着煤层气强化开采注入方式的出现，以及开采技术的逐渐成熟，煤层气储层的特性逐渐成为研究热点。

1 COMET3.0简介

作为一项简单易用、技术先进的煤层气藏工程模拟软件，COMET3.0是ARI公司开发出来的，同时也是第一个商业化的煤层气藏工程模拟软件。COMET3.0软件的运行原理是对煤层气藏利用有限差分方法来进行三维模拟，然后通双重或者三重孔隙模型，能够实现对煤层气吸附、扩散机理的模拟，还能够模拟其穿过双重介质进行渗流和扩散的原理。

该软件的实现有以下几个假设条件：

1)恒定的煤层温度；

2)基质块性质在有限差分析网格中都是均一的；

3)拟稳态流动时刻存在于裂缝和基质中。

该软件还充分考虑到煤储层的特殊性，如孔隙体积的可压缩性、煤层气产出受水中溶解气的影响、煤岩基质收缩性质以及重力影响等，由此可以看出，与其他同类软件相比，COMET3.0软件能够科学反映出煤层气的产出规律和煤层气的解吸情况。

2 数值模拟技术在A井的具体应用

2.1 煤层气地质条件

从构造上来看，大宁—吉县位于晋西挠褶带的南部；从地理位置上来看，该县属于吕梁山区，处于山西省西南部。对于A井的钻探开始于2013年5月，钻探中探得该井具有12.2 m的煤层厚度，其中8号具有5 m的侧煤厚度，而5号具有7.2 m的单层厚度。初试煤层气产量约为2 800 m3/d。对A井的埋煤深度、煤层厚度以及含气量等参数进行了了解和取准，进而测试了压降注入，并监测了其压裂裂缝，试开采了一项单井工程，从而获得了煤层气数值模拟的条件。

2.2 数值模拟

1)模拟参数的筛选。

储层参数、流体参数以及可控参数是煤层气数值模拟所需要的三类参数，其具体内容如表1所示。

表1 模拟输入参数类型表

2)地质参数修正。

为了更好的矫正储层参数，需要在对煤储层数值模拟前对井历史进行拟合。2014年8月，A井开始投产，通过38 d的生产显示，该井具备1 700 m3/d的最高日产气量，具有较好的开采效果。按照模型，对A井参数进行选择并输入，然后进行历史拟合，模拟将会对煤层渗透率、相渗曲线、孔隙度等进行显示，而拟合结果对2号煤层的孔隙度进行了修正，其数值为0.5%，渗透率数值为1.8×10-3μm2，其结果如表2和图1所示。

2.3 A井产能预测

数值模拟根据A井的生产动态选择了三个模拟层，并根据对这些参数敏感性的分析得出，开发400 m井距正方形井网比较科学，因此选择这种井网来进行产能预测，从而使得其预测结果更具代表性。

在对A井进行生产预测时，采用小井网试采生产历史拟合结果作为储层参数，并根据其区内的分布情况，来合理修正参数，具体主要的储层参数见表2。采取前期定水、后期定压的生产制度，假设具有15 m的有效压裂裂缝半长。通过反复模拟不同井网，根据渗流学原理以及未来开发部署形式等，来确定未来开发中存在典型井，即中心井、边缘和次边缘井。对这三种井进行20年产能预测，见图2。

表2 A井参数修正

通过图2可以看出，针对气产量来说，中心井早、中期气产量的水平保持较好，且其生产高峰要比其他两类井高。根据产能预测结果，8号井的采收率为37.56%，20年的平均日产气量为1 180 m3/d，其高峰日产气量为3 000 m3/d；5号井的采收率为60.74%，20年的平均日产气量为1 910 m3/d，其高峰日产气量为4 000 m3/d；边缘井采收率为25.26%，20年平均日产气量为810 m3/d,其高峰日产气量为2 500 m3/d。

对于布井的选择，要按照吕梁山区的具体地质条件来选择那些前期试采效果较好、含气量高且地质构造较为简单的A井区域，并以此为中心向南北扩展。对于井网的部署要以400 m为井距，形状为正方形。对2号煤层，以排水降压的方式进行开采。采取两级布站方式在地面进行部署，即集气站到中心处理站的方式。

3 模拟结果分析

3.1 模拟结果的可靠性分析

通过对煤田的精查发现，具有40余口钻孔，试验区内煤层构造落实，且确定了煤层的厚度、井地板岩性等参数。试验区已经对7口井进行了煤层气勘查，同时也对其进行了取心，可达到70%的取心率，有的煤层能够达到90%的取心率。同时也测试了煤层的渗透性，还进行了小井1 000多天的试采活动以及压裂作业，从而获得了准确的一手资料，由此可见，其模拟基础参数的计算是很可靠的。

3.2 试验区勘探潜力分析

1)因为试验区面积为16 km2，所以通过计算得出其煤层气地质储量约为20×108m3，相对来说规模较小。通过上面模拟参数的确定，能够得出该区域20年内的采收率为51.65%，并可达到10.33×108m3开采储量；

2)埋藏层大部分在600 m以内，且深度小于1 000 m；

3)具备1.29×108m3/km2的低储量丰度；

4)20年平均日产气量，对于500 m井深来说，可达1 910 m3/d，为低产能。

通过以上分析可以看出，A井煤层气试验区具有较低的储量丰度，规模较小，20年的平均日产气量为1 910 m3/d，但是其煤层埋藏浅，外围的煤层气资源十分丰富。如果能够实现规模化连片开采，那么就具有巨大的勘探开发潜力。

4 结语

通过对A井数值模拟的研究，对其储层参数以及井间的非均质性进行了深入了解，并将其生产规律分析出来，进而对地质参数以及井的长期产气能力对其产量的影响进行了分析。通过分析对该区域内煤层气勘探开发情况进行了合理预测，为其后期开发提供了科学依据。

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On application of numeric simulation technique in survey and development of coalbed methane

Liu Jianjun

(ShanxiCoalGeophysicalSurveyingandMappingInstitute,Jinzhong030600,China)

Selects the A well group in Lvliang region as the research object, the paper introduces the COMET3.0 coalbed methane engineering simulation software by applying the numeric simulation technique in the survey and development of the coalbed methane in the region, analyzes the application of the numeric simulation technique at A wells from the geological conditions of the coalbed methane, numeric simulation and the productivity prediction of the well, concludes the surveying potential of the coalbed methane in the region according to the simulation result.

numeric simulation, coalbed methane, surveying and development, output

1009-6825(2015)32-0076-02

2015-09-02

刘建军(1969- )，男，工程师

P624

A