阜康砂沟试验区多-厚储层产能预测研究

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.32.029

摘" 要：为提供多-厚煤层气储层排采指导，该文依托阜康砂沟试验区多-厚储层煤层气井历史拟合，分析多-厚煤储层物性特征，开展新井排采产能预测研究，提高多-厚煤层气储层排采产能分析水平。煤层气开发前的产能预测可为将来的排采计划提供指导和帮助，有利于合理高效地开发气田。该文采用软件对阜康砂沟试验区煤层气井进行准确的产能预测。基于此，分析试验区多-厚煤储层未来10 a的产能变化趋势并进行综合评价。

关键词：煤层气；多-厚煤层；产能；排采；阜康矿区

中图分类号：TE155" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2023）32-0116-04

Abstract： In order to provide guidance for multi-thick coalbed methane reservoir drainage， based on the history fitting of multi-thick coalbed methane wells in Fukang Shagou test area， this paper analyzes the physical properties of multi-thick coal reservoirs and carries out a study on the prediction of new well drainage productivity. improve the level of production and production analysis of multi-thick coalbed methane reservoir. The productivity prediction before the development of coalbed methane can provide guidance and help for the future drainage and production planning， which is conducive to the reasonable and efficient development of gas fields. In this paper， the software is used to accurately predict the productivity of coalbed gas wells in Fukang Shagou test area. Based on this， the productivity change trend of multi-thick coal reservoirs in the test area in the next 10 years is analyzed and comprehensively evaluated.

Keywords： coalbed methane; multi-thick coal seam; productivity; drainage and mining; Fukang mining area

我国的煤层气能源储量位居世界第三，其中新疆煤层气能源资源量巨大（9.51×1012" m3）[1]，占全国的26%。煤层气是一种非常规且清洁的不可再生能源，具有巨大的开发利用前景，同时也存在一定的危害性，如煤层气是一种温室气体，会导致全球温度升高，在煤矿开采时，可引发矿井瓦斯突出、爆炸、火灾等事故造成财产损失，对煤矿的安全生产造成不利影响。因此，对煤层气的开发利用不仅消除了此类危害，还可以获得巨大的能源经济效益。在此背景下，众多开发煤层气的企业不断探索研究出多种多煤层气开采技术，如多煤层合压合采、多煤层分压合采、多分支水平井等开采工艺技术[2-3]，其中，多层合层排采是我国目前提高煤层气产能的重要手段，且已取得较丰富的经验。本文利用Eclipse数值模拟软件建立了与实际较为相符的阜康砂沟试验区多-厚储层地质模型，通过软件数值模拟计算出新1井的煤层气排采动态，以期为新1井煤层气的开采提供理论及实际工程施工指导。

1" 煤层气井信息

选择典型井X-6井进行历史拟合。X-6井39号煤层顶界为814.60 m，底界为834.80 m，煤层总厚度为20.20 m，含气量值为11.89～18.21 m3/t。41号煤层顶界为866.90 m，底界为878.30 m，煤层总厚度为11.40 m，含气量为9.87～18.99 m3/t。42号煤层顶界为928.30 m，底界为960.50 m，煤层总厚度为32.20 m，含气量值为15.12～18.30 m3/t（表1）。

X-6井采用多层合采方式，从开采开始产水量在3个月后达到峰值日产水量23.9 m3/d，后产水量逐渐减小，在排采后期停泵，停止产水；套压在前3个月为0 MPa，后突增到最大值3.5 MPa，日后递减；排采3个月后日产气量从0 m3/d增加到峰值日产气3 000 m3/d，在之后的390 d中，产气量波动下降，开采720 d左右开始，日产气量维持在2 000 m3/d，之后略有波动。

2" 单井历史拟合方法

单井的历史拟合是产能预测工作必要的前期工作[4-6]。历史拟合的原理是利用软件建立储层地质模型，通过调整储层各项参数，使软件中所建立的地质模型的产气产水量与真实数据相吻合，从而确定一组地质模型储层参数，为试验区新井多-厚煤储层的开采提供认识和工作计划制定依据[7-8]。

根据实际情况，采用角点网格建立多层煤储层模型，各储层长宽都假设为500 m×500 m，各储层厚度为实际煤层厚度，各储层网格数量长宽方向都为25个，垂直方向都为1个，各网格对应实际长宽都为20 m，厚度为各煤层实际厚度，网格中心位置为煤层气井所在位置，以煤层走向CD为界限，A点所在一端为煤储层的上倾方向，B点所在一端为煤储层下倾方向（图2）。

Eclipse软件中的煤层气模型遵循以下基本假设。①煤基质块采用了Warren-Root双孔单渗模型，在该模型中，每个煤储层网格被分成了裂隙和基质2个部分，在此模型中认为解吸和扩散是瞬间完成的；②采用较成熟的黑油模型来模拟煤储层中的气水两相运动状态；③煤层气的吸附和解吸过程遵循朗格缪尔等温吸附方程，扩散过程遵循菲克扩散定律，渗流过程遵循达西定律；④软件自动进行平衡初始化，根据含水、渗透率等参数自动计算储层各个网格对应的压力，并对不同状态下的网格进行合理赋值以保证模型在进行计算之前储层处于平衡状态[9-10]。

3" 单井历史拟合结果

通过X-6井排采曲线（图3）可以看出，该井经历了排水采气、产气量上升、产气量减小、产气量维持稳定水平这4个煤层气开采阶段。在开采270 d后达到最高峰值日产量3 390 m3/d，之后产气量开始波动递减。通过对所建立的煤储层模型进行多次的拟合和储层参数的调试，最终建立了一个与实际较为相符的煤储层地质模型，成功拟合出一条与实际产气曲线较为接近的煤层气排采曲线（图3），储层模型拟合出的日产气量曲线与实际产气曲线基本吻合，只有局部存在较小的差异。分析认为最终煤储层模型拟合所得的储层参数（表2）是可以反映实际储层情况的。

4" 新井产能预测

阜康砂沟先导试验区于2020年开展新井的钻探工作，本文选择新1井分别对39、41、42号煤储层进行煤层气产能预测（图4）。

新1井在排采初期时日产气量迅速增加，大约在370 d后达到峰值日产气量3 870 m3/d，之后日产气量逐渐下降，日产气量最终稳定在248 m3/d（图5）。新1井在开采10 a后，累计产气量达到465×104 m3；日产水量自开井由22.71 m3/d逐渐减少，直至停止产水，10 a累计产水量为4 645 m3。

从各煤储层产气的预测曲线（图6）可以看出，新1井主要产气层为42号煤储层，该煤储层产气能力强，产气阶段较长，其次为39号煤储层，41号煤储层对产气的贡献程度最小。各煤储层产水的预测曲线可以看出，新1井主要产水层为42号煤层，其次为39号煤层，41号煤层产水最少。排采产气时，各层产气产水是重要的检测对象，以便能够及时调整生产计划，此次产能预测统计了新1井的生产指标（表3）与数值模拟参数（表4）。

总体来看，阜康砂沟先导试验区新1井产能预测结果说明了阜康砂沟先导试验区39、41、42号煤储层条件良好，有利于煤层气的排采，单一的多层合采方式能够满足生产需要；新1井产能预测曲线都呈现出峰值较高，产气量递减较快的特点，但是有的煤层后期产气量较小，可以考虑对煤储层进行压裂改造等增产措施；在煤层气实际排采过程中，依据各煤储层日产气速度不同，可实行不同次序的开采方式，根据需要，可以封堵贡献度低的煤储层，最终达到提高产气量的目的。

5" 结论

利用Eclipse软件建立了阜康砂沟先导试验区急倾斜多-厚煤储层模型，并进行单井产气产水量的历史拟合，在拟合完成后，运用历史拟合得到的储层物性参数，对新井进行了产气与产水量的预测，取得以下几点认识。

1）基于急倾斜多-厚煤储层物性特征，挑选典型合采井，通过多次拟合调试得到的历史拟合结果与X-6井的实际产气曲线吻合程度良好，可以在所建立的地质模型上进行新井的产能预测工作。

2）试验区新1井39、41、42号3个煤储层10 a内的产能预测结果表明，新1井在370 d后达到峰值日产气量3 870 m3/d，10 a累计产气量达到465×104 m3，

10 a累计产水量为4 645 m3。产能预测结果对未来排采工作的制定提供了参考数据。

参考文献：

[1] 吴艳婷.多煤层区煤层气合层开发产能及经济性研究[D].北京：中国矿业大学（北京），2018.

[2] CLARKSON C R， BUSTIN R M， SEIDLE J P. Production-data analysis of single-phase（gas）coalbed-methane wells[J]. SPE Reservoir Evaluation amp; Engineering，2007，10（3）：312-331.

[3] 李婷.煤层气多储层合层开采可行性研究[D].北京：中国石油大学（北京），2018.

[4] 刘坤.煤层气产能预测系统的研究与设计[D].北京：中国矿业大学（北京），2012.

[5] 张亚飞，李思达，乐平，等.上部含水层对煤层气开发效果影响的数值模拟研究[J].非常规油气，2023，10（2）：63-72.

[6] 杨洋，欧家强，吕亚博，等.基于生产动态分析的气井产能评价方法[J].世界石油工业，2021，28（6）：74-79.

[7] 赵雯，朱炎铭，张晓莉，等.煤层气井历史拟合评述[J].中国煤层气，2010，7（3）：20-22，37.

[8] 朱庆忠，胡秋嘉，杜海为，等.基于随机森林算法的煤层气直井产气量模型[J].煤炭学报，2020，45（8）：2846-2855.

[9] 傅雪海，康俊强.急倾斜储层煤层气排采过程中上倾与下倾方向渗透率差异演化模拟[C]//中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会.瓦斯地质与瓦斯治理（2020—2021）——中国煤炭学会瓦斯地质学术年会论文集.中国矿业大学出版社，2021.

[10] 严骐.低压气井注气吞吐复产工艺参数优化研究[D].重庆：重庆科技学院，2018.

第一作者简介：胡永（1982-），男，高级工程师。研究方向为煤层气勘探开发。