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考虑压裂裂缝的煤层气藏井网井距确定方法

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考虑 裂缝 煤层气 藏井网井距 确定 方法
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第39卷第4期 2011年8月 煤田地质与勘探 9 011 文章编号:1001.1986(201 1)04.0016.04 考虑压裂裂缝的煤层气藏井网井距确定方法 徐兵祥 ,李相方 ,邵长金 ,陈 东 ,黄 勇 ,胡小虎 (1.中国石油大学,北京102249;2.中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司,北京100095) 摘要:煤层气藏具有低渗透率特点,这使得其在直井排采前须对产层进行压裂改造,而压裂裂缝参 数对井距的确定影响很大,因此研究裂缝长度、导流能力与井距的关系具有实际意义。通过对比 不同裂缝穿透比和导流能力下的煤层气产量与采出程度,探讨裂缝参数对煤层气产出的影响规律; 并以煤层气开采15 的井距作为评价指标,研究压裂效果与井距的关系 研 究结果表明,裂缝越长,导流能力越大,井距就越大一尤其在渗透率较小时,裂缝参数对井距的 影响更明显。因此,在确定煤层气藏井距时,由于A..缝方向的井距可适当放大。 以我国韩城矿区煤层气区块储层参数为例,在给定优化指标下,宜选择矩形井网(350 m), 或菱形井网(对角线长度为700 m)。 关键词:煤层气;裂缝长度;裂缝导流能力;井距;井网 中图分类号:1:献标识码:A 0.3969~.001—1986.2011.04.005 of U 1.o&02249,.00095,is in BM is on y in of on is is on of in is up 0% 5 of is t be as of in be or a 50 m or 00 m pa~层气单井产能低,生产周期长,要达到经济 开发,必须提高开采效率,而井网优化是实现煤层 气大规模经济开发的重要环节。目前,煤层气井网 主要依据煤岩地质构造【1 】、煤岩渗透率【 、面割 理与端割理走向[11等进行设计,也有按照单井合 理控制储量法、经济极限井距法等【8】确定井距的。 我国煤层渗透率低,目前多采用直井压裂方式进行 开采。压裂使得裂缝方向的压力传递很快,而垂直 裂缝方向的压力传递速度仍取决于煤岩低孔低渗特 性,传递速度较慢,致使煤层气藏渗流状况发生改 变,这直接影响煤层气井网井距的优化。以往文 献[8虽指出裂缝与井网井距优化的相关性,但 没有进行深入探讨。本文以此为出发点,研究不同 煤岩渗透率条件下裂缝参数对煤层气井距的影响, 为煤层气直井井网优化提供理论依据。 层气直井压裂后,其裂缝方向为煤层主应力 方向,该方向平行于煤层主裂隙方向。如果井网设 计沿裂缝方向作为井间连线,那么:a.在裂缝方向, 煤层气渗流受该方向物性参数的影响,同时在很大 程度上受压裂裂缝的控制;b.在垂直裂缝方向,煤 收稿日期:2010.08.29 基金项目:国家重大基础研究发展计划(973计划)项1~(2009国家科技重大专项课题(200905) 作者简介:徐兵祥(1985一),安徽安庆人,男,博士研究生,研究方向为油气田开发工程. 第4期 徐兵祥等:考虑压裂裂缝的煤层气藏井网井距确定方法 ·17· 层气渗流主要取决于该方向的煤层物性参数。 显然,裂缝方向的煤层气渗流能力显著高于垂 直裂缝方向,这直接影响到煤层气井网井距的优化。 2裂缝参数对煤层气井产能的影响 压裂是实现低渗煤层气井产能的一个重要措 施。压裂裂缝参数包括压裂裂缝长度与裂缝导流能 力,二者共同影响煤层气井的产量。 2.1裂缝穿透比 裂缝穿透比是指裂缝长度与井距之比值,该值 的大小显然影响煤层气井的产能。裂缝穿透比增加, 煤层气井产气能力也会相应增加。 图1表示不同裂缝穿透比时煤层气井的产气曲 线。模拟时,煤层含气饱和度为70%,裂隙渗透率 为1.5 缝导流能力0.2 D·m。由图可以看出: 裂缝穿透比越大,煤层气井初期产气量越高,产气 峰值越大;到煤层气井后期的产量递减阶段,产气 量几乎重合,说明穿透比对煤层气井生产后期的产 量影响不大。 吕 \ {L 时f~3/a 图1 不同裂缝穿透比时煤层气井产气曲线 in 应不同渗透率时煤层气井15 2。由图中可看出,随着穿透比的增加,采出程 度增加,但增加的幅度变小(穿透比从0.8到0.9时 采出程度增加不明显);当裂缝穿透比超过0.6时, 裂缝穿透比每增加0.1,采出程度增加值低于0.5%, 此时裂缝穿透比对采出程度影响不明显。 对于不同渗透率情况,裂缝穿透比对煤层气井 采出程度的影响有所不同。渗透率较低f1 , 由于裂缝导流能力与煤岩渗透率差异较大,裂缝穿 透比对产气的影响较明显;在穿透比为0.3~0.6时, 采出程度变化很大,而当穿透比大于0.6时,影响 显得稍小一些;当渗透率较高(3 ,裂缝穿透 比对煤层气井产气影响总体要小一些。 习 裂缝穿透比 图2不同渗透率时裂缝穿透比与采出程度的关系 of in of .2裂缝导流能力 同样,裂缝导流能力对煤层气产量影响也很大。 图3为不同裂缝导流能力时煤层气井的产气曲线。模 拟中,煤层含气饱和度为70%,裂隙渗透率为1.5裂缝半长为70 m。由图中可看出:导流能力越大,初 期产气总体较高,产气峰值也越高;而后期产气几乎 重合,说明导流能力对后期产量影响不大。 皿删 时间,a 图3不同裂缝导流能力时煤层气井产气曲线 in 应不同裂缝导流能力时煤层气井15 见图4。由图中可看出:当裂缝导流能力较低时, 随着导流能力的增加,采出程度增加很明显,但增 加的幅度(斜率)沿直线下滑;当裂缝导流能力增加 到0.2 D·流能力每增加0.1 D·m,采出程度增 加值低于5%。 在不同渗透率时,导流能力对煤层气井采出程 度的影响应有所区别,但总体趋势一致。当渗透率 在1~3 线形态几乎平行。 3煤层气井裂缝参数与井距的关系 综合上述分析,裂缝穿透比与导流能力对煤层 气井产气峰值影响很大,在大穿透比、高导流能力 · 18· 煤田地质与勘探 第39卷 图4 不同渗透率时裂缝导流能力与采出程度的关系 of in of ,煤层气产气峰值大,采出程度高,但产气增加 量并不成比例增加。因此,裂缝穿透比、导流能力 要与井距相匹配,给定一个裂缝长度和导流能力时 可优化出井距。这里以煤层气开采15 50%时的井距作为评价指标,选择正方形井网探讨 裂缝参数与井距的关系。 3.1 裂缝长度与井距的关系 裂缝长度与井距成正相关关系,裂缝长度越长, 井距则可适当放大。 图5表示不同渗透率煤层在裂缝半长分别为 40m、‘60m、80m、100达到50%时的井距。模拟中,裂缝导流能力为 0.2 D·m,煤层含气饱和度70%。 图5 裂缝长度与井距的关系 of 图5可以看出: a.渗透率越大,井距越大。渗透率为2 井距为350 透率为10 距为 500 b.裂缝半长越长,井距也越大,但煤层渗透率 不同,裂缝半长对井距的影响程度差异较大。当渗 透率较小(1 ,裂缝半长对井距的影响较大,如 裂缝半长为40 距为285 缝半长为100 m 时,井距为325 m;当渗透率较大(10 ,裂缝长 度对井距几乎没有影响,此时井距均为510 3.2裂缝导流能力与井距的关系 裂缝导流能力与井距也成正相关关系,裂缝导 流能力越大,井距则可适当放大。 图6表示不同渗透率煤层在裂缝导流能力分别 为0.05 D·1.1 D·.2 D·m、0_3 D·m、0.4 D·1煤层气开采15 的井距。模 拟时,裂缝半长为60 层含气饱和度70%。 图6裂缝导流能力与井距关系 of 图6可以看出,随着裂缝导流能力的增加,井 距增大。渗透率为2 距从295 m;渗透率为10 缝导流能力的影响很小。 4煤层气压裂直井井网优化方法 以上研究表明,沿裂缝方向,井距受压裂的影 响,井距可适当放大,而垂直裂缝方向,井距主要 受该方向煤层物性的影响,井距应适当缩小。因此, 对于煤层气压裂直井,选择矩形或菱形井网比较合 适。其中,矩形长边沿裂缝方向,短边沿垂直裂缝 方向,矩形长宽之比受裂缝参数和储层渗透率的影 响;菱形井网长对角线沿裂缝方向,短对角线沿垂 直裂缝方向,菱形长短对角线之比同样受裂缝参数 和储层渗透率的影响。 现选取我国韩城矿区煤层气区块储层参数进行 模拟。该区块煤层有效渗透率为1.6 隙孔隙 度2%,煤层平均厚度为6 m,裂缝半长60 1缝 导流能力为0.2 D·m。 由图5的关系,矩形井网选择井距范围为200~ 350 m,不同的组合为350 m~350 m、350 00 350 m、350 m。对于菱形井网,选择菱 丑 第4期 徐兵祥等:考虑压裂裂缝的煤层气藏井网井距确定方法 ·19· 形对角线长度大致为图5中井距的2倍,范围选择 300同的组合为700 m~700 00 00m、700m~500m、70000m×300m。 评价指标采用15 出程度增加值 (随井距缩小,采出程度增加的值)、单位面积生产 成本(按每模拟结果 见表1。由表1可以看出:矩形井网350 m×300 m 时,采出程度为52.15%,而采出程度增加值(6.94%) 较高,相对而言,其单位面积生产成本较低(19元), 矩形井网时该井距较合适;菱形井网700m×400,采出程度为51.03%,采出程度增加值(8.82%) 较高,相对该井网而言,其单位面积生产成本较低 (14.3元),菱形井网时该井距较合适。但菱形井网 初期产气量较矩形井网要低,菱形井网与矩形井网 的优化需要进一步进行经济分析。 表1 不同井网指标对比 in 结论 a.对于压裂直井而言,裂缝参数对煤层气井距 影响显著,尤其在低渗透煤层。裂缝改变了煤层气 藏渗流特征,进而影响煤层气井产量及采出程度。 b.研究表明,煤层含气饱和度为70%、裂隙渗 透率为1.5 裂缝穿透比超过0.6时,裂缝 穿透比每增加0.1,采出程度增加值低于0.5%;当 裂缝导流能力超过0.2 D·流能力每增加 0.1 D·m,采出程度增加值低于5%。 c.矩形井网与菱形井网体现了裂缝方向井距 与垂直裂缝方向井距的优化特征,属于推荐井网。 以韩城矿区储层参数为例,模拟结果显示,在给定 优化指标下,宜选择矩形井网350 m×300 菱 形井网700m×400m。 参考文献 [1】张遂安.选区煤层气开发利用规划编制方法探讨【J】.中国煤 层气,1996(1):16【2】张俊虎,刘君.煤层气井网布置优化设计的探讨【J】.科技情 报开发与经济,2008,18(10):210【3】 D, A, K.].990:98—102. 【4] W L, D.to a a of an in ].0666,1990:487【5】杨秀春,叶建平.煤层气开发井网部署与优化方法【J].中国煤 层气,2008,5(1):13—17. [6]陈彩红,刘洪林,王宪花.煤层气田数值模拟技术及应用【J】. 天然气工业,2004,24(5):97【7]李明宅.沁水盆地枣园井网区煤层气采出程度【J】.石油学报, 2005,26(1):91[8】高鑫华,岳晓燕,吴东平.煤层气开采策略若干问题的探讨【J]. 天然气勘探与开发,1998,21(1):6_[9]张亚蒲,杨正明,李安启.煤层气藏直井压裂开发数值模拟研 究【J】.石油天然气学报,2006,28(3):352[10】张培河,张群,王晓梅,等.煤层气开发井网优化设计一以新 集矿区为例[J].煤田地质与勘探,2006,34(3):31_35. (上接第15页) 4结论 a.新安煤田煤层厚度大,且煤厚变化大。煤田内 平均煤厚3.87 1层变异系数( 0.87,可采指数 )0.85;单位距离内煤厚变化幅度一般≤0.5 m/两个相邻的最薄与最厚煤厚点间的距离为25~1 85 b.煤层平均厚度主要受成煤初期基底不平和 成煤期后古河流冲蚀作用控制;煤厚变化主要受顺 层剪切滑动构造作用控制。 c.区域煤厚变化,根据煤厚变化规律和成因, 难以预测,但局部煤厚变化可以采用单位距离内的 煤厚变化幅度进行预测。 参考文献 …1杨荣丰,刘新华,曹运江.影响红卫矿区煤与瓦斯突出的地质 因素浅析[J】.煤炭科学技术,2006,34(1 1):72 4. 【2】琚宜文,王桂梁,胡超.海孜煤矿构造变形及其对煤厚变化的 控制作用[J].中国矿业大学学报,2002,31(4):374[3】严家平,姚多喜,李义良,等.层间滑动构造引起煤层厚度变 化特征的研究[J].煤炭科学技术,1997,25(8):41.43. [4】曹代勇,刘钦甫,彭苏萍,等.超化井田煤厚变化的构造控制 因素研究[J】.中国矿业大学学报,1998,27(4):393[5】薛庆远.徐州丸里山矿区山西组沉积特征和煤厚变化规律【J】. 中国矿业大学学报,1992,21(2):59【6]许进鹏,宋扬,邹银辉.构造引起煤厚变化的数理特征及其评 价预测方法【J】.矿业安全与环保,2005,32(1):6__7,1O.
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