孫鵬杰， 崔 龍， 魏 甜

(中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司 北京大地高科地質(zhì)勘查有限公司，北京 100040)

科學(xué)合理的煤層氣井網(wǎng)布置方案是提高煤層氣采收率和開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益的前提。而煤層氣數(shù)值模擬軟件是進(jìn)行井網(wǎng)方案設(shè)計(jì)的有力工具。本次采用COMET3軟件對(duì)安澤南區(qū)塊進(jìn)行井網(wǎng)布置方案的優(yōu)化。

為了保證煤層氣開發(fā)的效果，在一定的經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)，盡可能的提高煤層氣采收率。在布置井網(wǎng)時(shí)，沿主滲透方向井距應(yīng)適當(dāng)?shù)募哟?，垂直主滲透方向井距適當(dāng)減小。煤儲(chǔ)層的主滲透方向是由裂縫的主要延伸方向和現(xiàn)代地應(yīng)力方向確定的。區(qū)內(nèi)現(xiàn)代地應(yīng)力主要方向?yàn)闁|北方向，因此本次安澤南區(qū)塊取東北方向?yàn)橹鳚B透方向，在直井工程布置時(shí)，可適當(dāng)加大東北方向的井距。

1 井網(wǎng)井距優(yōu)選

由于煤儲(chǔ)層滲透率的不同，國內(nèi)外煤層氣開發(fā)的井距有所不同，國外煤層氣滲透率較大，所以井距也比國內(nèi)的要大。例如：美國的圣胡安盆地煤層滲透率較高，所以井間距也較大，單井控制面積一般為100～320英畝(0.40～1.29km2)。黑勇士盆地的煤儲(chǔ)層滲透率比圣胡安盆地要低，所以井間距相對(duì)較小，單井控制面積在40～100英畝(0.16～0.40km2)。我國煤儲(chǔ)層滲透率較低，目前用于商業(yè)性煤層氣開發(fā)的井間距一般在200～400m。本次模擬井距均選用200～400m。

圖1 煤層氣開發(fā)井網(wǎng)樣式示意圖Figure 1 A schematic diagram of CBM exploitation well pattern

為了得到更加適合本區(qū)的井網(wǎng)井距，我們采用正方形、矩形、菱形(五點(diǎn)式)三種井網(wǎng)進(jìn)行模擬對(duì)比；對(duì)正方形井網(wǎng)采用了200m×200m，250m×250m，300m×300m，350m×350m，400m×400m五種井網(wǎng)進(jìn)行了模擬對(duì)比，井控面積分別為0.04、0.062 5、0.09、0.122 5、0.16 km2；對(duì)矩形井網(wǎng)采用了200m×250m，250m×300m，300m×350m，350m×400m四種井網(wǎng)進(jìn)行了模擬對(duì)比，井控面積分別為0.05、0.075、0.105、0.14；對(duì)菱形井網(wǎng)，分別采用主滲透方向250、300、350、400m，分別對(duì)應(yīng)垂直主滲透方向井距為200、250、300、350m。

在分別對(duì)正方形井網(wǎng)、矩形井網(wǎng)、菱形井網(wǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，選出每種井網(wǎng)的最優(yōu)井距，再對(duì)三種不同井網(wǎng)的最優(yōu)井距方案進(jìn)行比較，選出最優(yōu)井網(wǎng)井距。

1.1 正方形井網(wǎng)優(yōu)選

從正方形井網(wǎng)不同井距日產(chǎn)氣量曲線可以看出，當(dāng)單井控制面積較小時(shí)，由于井間干擾形成較快，產(chǎn)氣量也較快達(dá)到高峰，但是由于井控面積太小，產(chǎn)氣量達(dá)到高峰之后下降很快，排采時(shí)間不長(zhǎng)就會(huì)下降到500m3/d，顯然不適合作為實(shí)際開發(fā)的井距，隨著井距的增大，產(chǎn)氣高峰后延，穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間也加長(zhǎng)，但是，當(dāng)井距大于250m×250m時(shí)，由于井間干擾形成較晚，產(chǎn)氣峰值后延，排采15a時(shí)，產(chǎn)氣量依然有800m3/d，甚至達(dá)到1 200m3/d，造成15a采收率降低，資源量的浪費(fèi)。

模擬結(jié)果顯示，正方形井網(wǎng)井距為250m×250m時(shí)，產(chǎn)氣峰值及穩(wěn)產(chǎn)期時(shí)間合理，單井累計(jì)產(chǎn)量較高，且從采收率與井控面積圖可以看出，當(dāng)井控面積大于0.062 5 km2(250m×250m)時(shí)，隨著井控面積的減小，采收率增加明顯，當(dāng)井控面積小于0.062 5 km2(250m×250m)時(shí)，隨著井控面積的減小采收率增加不明顯，因此，選擇250m×250m為正方形井網(wǎng)的最優(yōu)井距。

圖2 正方形井網(wǎng)不同井距單井日產(chǎn)氣量對(duì)比圖Figure 2 Comparison diagram of square well pattern different well spacing single well daily gas outputs

圖3 正方形井網(wǎng)不同井距單井累計(jì)產(chǎn)量對(duì)比圖Figure 3 Comparison diagram of square well pattern different spacing single well accumulated outputs

圖4 正方形井網(wǎng)井控面積與采收率關(guān)系圖Figure 4 Relationship between square well pattern well controlled area and recovery ratio

1.2 矩形井網(wǎng)優(yōu)選

從矩形井網(wǎng)單井日產(chǎn)量曲線中可以看出，200m×250m井距由于井距較小，井間干擾形成時(shí)間早，產(chǎn)氣量很快達(dá)到峰值，但是由于單井控面積較小，產(chǎn)量下降較快，排采9a左右就已經(jīng)低于500m3/d，不適宜作為實(shí)際開發(fā)的井距，而300m×350m井距及350m×400m井距由于井間距過大，井間干擾形成時(shí)間太晚，產(chǎn)氣峰值及穩(wěn)產(chǎn)期都較晚，排采至15a時(shí)，產(chǎn)氣量還在800 m3/d以上，甚至達(dá)到1 100 m3/d以上，采收率較低，導(dǎo)致資源量的浪費(fèi)。從比較可以看出250m×300m井距無論從單井日產(chǎn)氣量還是累計(jì)產(chǎn)量來看，都比較合理。

從采收率與井控面積圖中可以看出，當(dāng)井控面積大于0.075 km2(250m×300m)時(shí)，隨著井控面積的減小，采收率增加明顯；當(dāng)井控面積小于0.075 km2(250m×300m)時(shí)，隨著井控面積的減小，采收率增加不明顯，因此選擇250m×300m為矩形井網(wǎng)的最佳井距。

圖5 矩形井網(wǎng)不同井距單井日產(chǎn)量對(duì)比圖Figure 5 Comparison diagram of rectangle well pattern different well spacing single well daily gas outputs

圖6 矩形井網(wǎng)不同井距單井累計(jì)產(chǎn)量對(duì)比圖Figure 6 Comparison diagram of rectangle well pattern different spacing single well accumulated outputs

圖7 矩形井網(wǎng)井控面積與采收率關(guān)系圖Figure 7 Relationship between rectangle well pattern well controlled area and recovery ratio

1.3 菱形井網(wǎng)優(yōu)選

從菱形井網(wǎng)日產(chǎn)氣量和累計(jì)產(chǎn)氣量曲線圖中可以看出，菱形井網(wǎng)的日產(chǎn)氣量及累計(jì)產(chǎn)氣量要明顯大于正方形井網(wǎng)及矩形井網(wǎng)，從排采過程壓降圖中也可以看出，主滲透方向的壓降速度快于非主滲透方向，壓降范圍也要大于其他方向，從日產(chǎn)氣量圖中可以看出，主滲透方向?yàn)?50m時(shí)，由于井間距較小，井間干擾形成較快， 產(chǎn)氣峰值較早到達(dá)，但是由于單井控制面積較小，產(chǎn)量下降較快，8a時(shí)間就降低到500m3/d以下；當(dāng)主滲透方向?yàn)?50m和400m時(shí)，由于井間距較大，井間干擾形成較晚，導(dǎo)致排采15a時(shí)，日產(chǎn)氣量仍然能達(dá)到1 000 m3/d以上，造成采收率低，資源量浪費(fèi)。

從采收率與井控面積圖中可以看出，當(dāng)主滲透方向距離大于300m時(shí)，隨著井間距的減小，采收率增加明顯；當(dāng)主滲透方向的距離小于300m時(shí)，隨著井間距的減小，采收率增加不明顯，因此選擇主滲透方向300m，垂直主滲透方向250m為菱形井網(wǎng)的最佳井距。

1.4 三種井網(wǎng)優(yōu)選

對(duì)三種井網(wǎng)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)井距日產(chǎn)氣量及累計(jì)產(chǎn)氣量曲線進(jìn)行對(duì)比，可以明顯的看出，菱形井網(wǎng)無論從單井日產(chǎn)氣量還是從累計(jì)產(chǎn)氣量，都要比正方形井網(wǎng)及矩形井網(wǎng)更好。綜上，本次選擇主滲透方向300m垂直主滲透方向250m的菱形井網(wǎng)作為本區(qū)的開發(fā)井網(wǎng)。

圖8 排采過程地層壓降圖Figure 8 Formation pressure drop during drainage process

(日產(chǎn)氣量1為主滲透方向250m，日產(chǎn)氣量2為主滲透方向300m， 日產(chǎn)氣量3位主滲透方向350m，日產(chǎn)氣量4位主滲透方向400m)圖9 菱形井網(wǎng)不同井距單井日產(chǎn)氣量對(duì)比圖Figure 9 Comparison diagram of rhombus well pattern different well spacing single well daily gas outputs

(日產(chǎn)氣量1為主滲透方向250m，日產(chǎn)氣量2為主滲透方向300m， 日產(chǎn)氣量3位主滲透方向350m，日產(chǎn)氣量4位主滲透方向400m)圖10 菱形井網(wǎng)不同井距單井累計(jì)產(chǎn)氣量對(duì)比圖Figure 10 Comparison diagram of rhombus well pattern different spacing single well accumulated outputs

圖11 菱形井網(wǎng)井控面積與采收率關(guān)系圖Figure 11 Relationship between rhombus well pattern well controlled area and recovery ratio

2 小井網(wǎng)產(chǎn)能預(yù)測(cè)

采用優(yōu)選的井網(wǎng)井距， 對(duì)本區(qū)五口井的小井組進(jìn)行產(chǎn)能預(yù)測(cè)(圖)，采用以下參數(shù)進(jìn)行模擬，得到日產(chǎn)氣量和累計(jì)產(chǎn)氣量曲線如下：

表1 小井組產(chǎn)能預(yù)測(cè)主要參數(shù)表Table 1 Small well group capacity prediction main parameters

圖12 三種不同井網(wǎng)最優(yōu)井距單井日產(chǎn)氣量對(duì)比圖Figure 12 Comparison diagram of 3 different well patterns optimal spacing single well daily gas outputs

圖13 三種不同井網(wǎng)最優(yōu)井距單井累計(jì)產(chǎn)量對(duì)比圖Figure 13 Comparison diagram of 3 different well patterns optimal spacing single well accumulated outputs

生產(chǎn)年限累計(jì)產(chǎn)氣量/104m3日產(chǎn)氣量/m3·d-1年產(chǎn)量104m313.234713.23296.195 17192.963298.656 142202.464497.635 830198.985689.435 629191.806873.045 358183.6171 032.145 128159.1081 199.544 893167.3991 359.034 658159.50101 510.884 433151.84111 654.844 184143.96121 789.883 904135.04131 904.273 638114.38142 020.743 348116.47152 127.763 073107.02

從表中可以看出，小井組15a累計(jì)產(chǎn)氣量2 127.76×104m3，最高日產(chǎn)氣量6 124m3/d，高值出現(xiàn)在第三年。

圖14 井組示意圖Figure 14 A schematic diagram of well groups

圖15 小井組日產(chǎn)氣量和累計(jì)產(chǎn)氣量曲線Figure 15 Small well group daily gas output and accumulated gas output curves

3 結(jié)論

在煤儲(chǔ)層滲漏率各向異性較明顯的地區(qū)，煤層氣的開發(fā)井網(wǎng)要采用主滲透方向井距較大，垂直主滲透方向井距較小的菱形井網(wǎng)進(jìn)行布置，主滲透方向較大的滲透率配合較大的井網(wǎng)間距，垂直主滲透方向較小的井網(wǎng)間距配合較小的井網(wǎng)間距， 可以使在主滲透方向和垂直主滲透方向地層壓力均勻下降，有效的提高的單井控制范圍內(nèi)地層的壓降效果，使得煤層氣資源得到較充分產(chǎn)出。