延川南煤層氣田動(dòng)態(tài)特征和SEC動(dòng)態(tài)儲(chǔ)量評(píng)估方法研究

周亞彤

（1.中國石化華東油氣分公司勘探開發(fā)研究院，江蘇南京210019；2.中國石化國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京100029）

在當(dāng)下油氣價(jià)格低迷的寒冬期，SEC儲(chǔ)量對(duì)上市油公司具有重大的意義。從國內(nèi)文獻(xiàn)來看，雖然許多學(xué)者都對(duì)SEC儲(chǔ)量進(jìn)行了研究[1-2]，但是這些研究主要關(guān)注常規(guī)油氣。對(duì)于煤層氣的SEC儲(chǔ)量研究較少，丁蓉等[3]研究了SEC準(zhǔn)則下煤層氣證實(shí)儲(chǔ)量評(píng)估方法，指出SEC準(zhǔn)則煤層氣儲(chǔ)量評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)性較大，所以界定原則和方法較常規(guī)氣藏相比尤為嚴(yán)格；伊偉等[4]介紹了SEC儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)評(píng)估方法在鄂爾多斯盆地韓城區(qū)塊煤層氣田中的應(yīng)用。

從國外文獻(xiàn)看，眾多學(xué)者對(duì)以美國粉河盆地為代表的煤層氣田開發(fā)規(guī)律和SEC儲(chǔ)量進(jìn)行了研究[5-7]。但中外不同盆地的煤層在埋深、煤層演化程度、物性等煤層地質(zhì)條件存在差異。因此，其開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和SEC儲(chǔ)量評(píng)估方法不能簡單套用。對(duì)于以深層、高階煤為代表的延川南煤層氣田[8-13]，必須從自身開發(fā)實(shí)踐出發(fā)，加強(qiáng)深層、高階煤層氣的SEC儲(chǔ)量研究。因此，對(duì)延川南煤層氣田SEC儲(chǔ)量評(píng)估中產(chǎn)量預(yù)測(cè)模式、上產(chǎn)時(shí)間、穩(wěn)產(chǎn)產(chǎn)量、穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間、遞減率等問題進(jìn)行了探討。

1 評(píng)估難點(diǎn)

1.1 煤層氣的產(chǎn)量變化有其不同于常規(guī)油氣的特點(diǎn)

煤層氣井的典型產(chǎn)量模式包括3個(gè)階段：①早期排水階段：煤層氣井以產(chǎn)水為主，隨著煤層壓力降低至解吸壓力，煤層氣產(chǎn)量開始上升，水量相應(yīng)開始下降；②中期穩(wěn)產(chǎn)階段：煤層氣井產(chǎn)量達(dá)到峰值，并穩(wěn)產(chǎn)；③后期遞減階段：煤層氣產(chǎn)量開始遞減。正是由于煤層氣的這種產(chǎn)量特點(diǎn)，所以，在SEC儲(chǔ)量評(píng)價(jià)估時(shí)，需要對(duì)排水階段的時(shí)間長短、穩(wěn)產(chǎn)產(chǎn)量、遞減率等開展研究，同時(shí)這些問題也是煤層氣儲(chǔ)量評(píng)估的難點(diǎn)問題。

1.2 不同煤階煤層氣的開發(fā)規(guī)律的差異

美國是全球煤層氣開發(fā)最早，也是目前最成功的國家。產(chǎn)地主要位于粉河、圣胡安和黑勇士3個(gè)盆地[14]。高峰時(shí)，年產(chǎn)氣量達(dá)到5.5×108m3。美國粉河盆地低階煤層氣的成功商業(yè)性開發(fā)，帶動(dòng)了世界范圍內(nèi)對(duì)于低階煤層氣的研究。

1.2.1 美國粉河盆地低階煤層氣產(chǎn)量變化規(guī)律

從SWINDELL 等學(xué)者對(duì)粉河盆地6 600口煤層氣井的研究來看[15]，粉河盆地煤層氣井排水階段一般持續(xù)14個(gè)月，從而達(dá)到產(chǎn)量峰值。峰值產(chǎn)氣量平均值約9 000 m3/d，峰值產(chǎn)氣量中位值約6 600m3/d，遞減率平均值和中位值都為45%（圖1）。

1.2.2 延川南區(qū)塊煤層氣與粉河盆地煤層氣地質(zhì)條件對(duì)比

對(duì)比煤層地質(zhì)條件可以看出（表1），與以淺層、低階為代表的粉河盆地煤層氣相比，延川南區(qū)塊煤層氣具有明顯的差異性，表現(xiàn)為：①煤巖演化程度高，鏡質(zhì)體反射率為1.6%～3.2%，是高階煤；②含氣性好，含氣量為5.5～20.5 m3/t；③埋藏深，煤層埋深達(dá)800～1 500 m；④煤層滲透率低，僅（0.3～0.4）×10-3μm2。

受自身地質(zhì)條件的影響，延川南區(qū)塊煤層氣由于埋藏深、滲透率低，煤層氣排水泄壓半徑有限，造成產(chǎn)量上升周期延長。但壓降空間大，隨著后期解吸效率的上升，加上精細(xì)的排采，可以實(shí)現(xiàn)較好的產(chǎn)氣效果。

表1 延川南區(qū)塊與粉河盆地煤層地質(zhì)條件對(duì)比Table1 Comparison of geological conditions in coal seams of Yanchuan South Block and Powder River Basin

圖1 粉河盆地煤層氣井峰值產(chǎn)氣量與遞減率概率累積曲線Fig.1 Probability accumulation curve of peak gas production yield and decreasing rate of coal seam gas wells in Powder River Basin

因此，對(duì)于延川南區(qū)塊深層、高階煤層氣的SEC儲(chǔ)量評(píng)估，不能簡單套用國外低階煤層氣的評(píng)估方法，必須從自身實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)出發(fā)，在評(píng)估單元、遞減模型、評(píng)估參數(shù)等方面進(jìn)行探索研究。

2 方法研究

2.1 評(píng)估單元?jiǎng)澐?/h3>

為了提高評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性，評(píng)估單元需要?jiǎng)澐值帽M量細(xì)致。對(duì)非常規(guī)煤層氣來說，其儲(chǔ)量評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)比較大。對(duì)于延川南煤層氣田，由于生產(chǎn)時(shí)間較短，各煤層氣井的遞減規(guī)律不一。為了降低評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)，在評(píng)估中采用單井評(píng)估，即一口井為一個(gè)評(píng)估單元。

2.2 產(chǎn)量預(yù)測(cè)

利用動(dòng)態(tài)法評(píng)估已開發(fā)證實(shí)儲(chǔ)量時(shí)，一般利用產(chǎn)量數(shù)據(jù)采用遞減法進(jìn)行預(yù)測(cè)。對(duì)于煤層氣井，需經(jīng)歷一段時(shí)間排液，按照“緩慢、連續(xù)、長期”的排液工作制度，才能獲得較好的開發(fā)效果。鑒于延川南煤層氣這種產(chǎn)量特點(diǎn)，提出了“三段式”產(chǎn)量預(yù)測(cè)模式，即：上產(chǎn)段（A-B）、穩(wěn)產(chǎn)段（B-C）和遞減段（C-D），從評(píng)估基準(zhǔn)日開始往后，經(jīng)濟(jì)極限產(chǎn)量以上，A到D段所包圍的范圍，即該井的SEC儲(chǔ)量（圖2）。

圖2 產(chǎn)量預(yù)測(cè)概念模型Fig.2 Conceptual model of production forecasting

2.2.1 “三段式”產(chǎn)量預(yù)測(cè)模式

在分析680口生產(chǎn)井動(dòng)態(tài)曲線的基礎(chǔ)上，歸納出“三段式”產(chǎn)量預(yù)測(cè)模式的3種類型：I類（完整三段式）、II類（兩段式，即穩(wěn)產(chǎn)段與遞減段）和III類（一段式，即遞減段）（圖3）。

I類（A-D，完整三段式）：排采見氣后，在2 a 內(nèi)的產(chǎn)量低于封頂產(chǎn)量，目前產(chǎn)量在上升，給三段式預(yù)測(cè)，即上產(chǎn)段、穩(wěn)產(chǎn)段和遞減段（圖4）。在680口井中，I類包括179口井，占總井?dāng)?shù)的27%。

II類（B-D，兩段式，即穩(wěn)產(chǎn)段與遞減段），在680口井中，II類包括272口井，占總井?dāng)?shù)的40%。II類井包括2種亞類（圖5）。

圖3 “三段式”產(chǎn)量預(yù)測(cè)模式Fig.3 Conceptual model of"three-stage"forecasting model

圖4 “三段式”I類預(yù)測(cè)模式評(píng)估實(shí)例Fig.4 Evaluation instances of type I of“three-stage”forecasting model

II-a亞類：排采見氣后，產(chǎn)量已超過封頂產(chǎn)量，并且目前產(chǎn)量穩(wěn)定，給兩段式預(yù)測(cè)，即穩(wěn)產(chǎn)段和遞減段。在680口井中，IIa亞類包括234口井，占總井?dāng)?shù)的34%。

II-b亞類：排采見氣后，產(chǎn)量雖未達(dá)到封頂產(chǎn)量，但排采期已超過2 a，并且目前產(chǎn)量穩(wěn)定，給兩段式預(yù)測(cè)，即穩(wěn)產(chǎn)段和遞減段。在680口井中，II-a亞類包括38口井，占總井?dāng)?shù)的6%。

III類（C-D，一段式，即遞減段）：在680口井中，III類包括229口井，占總井?dāng)?shù)的34%。III類井包括2種亞類（圖6）。

III-a亞類：前期產(chǎn)量已達(dá)封頂產(chǎn)量，并且現(xiàn)已出現(xiàn)遞減趨勢(shì)的井，則直接給遞減段。在680口井中，III類包括125口井，占總井?dāng)?shù)的18%。

III-b亞類：前期產(chǎn)量還未達(dá)封頂產(chǎn)量，產(chǎn)量整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但在評(píng)估基準(zhǔn)日前產(chǎn)量出現(xiàn)下降，則直接給遞減段。在680口井中，III類包括104口井，占總井?dāng)?shù)的16%。

圖5 “三段式”II類預(yù)測(cè)模式評(píng)估實(shí)例Fig.5 Evaluation instances of type II of“three-stage”forecasting model

圖6 “三段式”III類預(yù)測(cè)模式評(píng)估實(shí)例Fig.6 Evaluation instances of type III of“three-stage”forecasting model

2.2.2 上產(chǎn)段的持續(xù)時(shí)間的確定

通過對(duì)延川南產(chǎn)氣井歸一化曲線分析，可以看出2012—2013年投產(chǎn)煤層氣井經(jīng)過約28～30個(gè)月的排采后，進(jìn)入穩(wěn)產(chǎn)階段。在評(píng)估時(shí)，上產(chǎn)段的排采時(shí)間一般不超過2 a（圖7）。

圖7 延川南區(qū)塊2010—2013年投產(chǎn)井產(chǎn)量歸一化曲線Fig.7 Normalization curve of production wells from 2010 to 2013 in South Yanchuan block

2.2.3 封頂產(chǎn)量和穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間的確定

封頂產(chǎn)量的確定，是與煤層氣井實(shí)際的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)密切相關(guān)的，隨著生產(chǎn)動(dòng)態(tài)的變化，取值也發(fā)生變化。評(píng)估初期，依據(jù)2010—2011年投產(chǎn)井的歸一化曲線，可以看出穩(wěn)產(chǎn)產(chǎn)量低，約566 m3/d，穩(wěn)產(chǎn)期短，約10個(gè)月。這主要是由于這期間投產(chǎn)井排采快，導(dǎo)致上產(chǎn)快，約4個(gè)月上產(chǎn)時(shí)間，但解吸半徑有限，所以穩(wěn)產(chǎn)產(chǎn)量低，穩(wěn)產(chǎn)期短。隨著2012—2013年投產(chǎn)的Y3、Y5井組等產(chǎn)建井優(yōu)化排采制度、放緩排采速度、延長排采周期，實(shí)現(xiàn)面積降壓，煤層氣井產(chǎn)氣效果好，穩(wěn)產(chǎn)產(chǎn)量平均達(dá)850 m3/d，穩(wěn)產(chǎn)期達(dá)到1 a，封頂日產(chǎn)氣量由之前的566 m3/d提高至850 m3/d。

2.2.4 遞減階段遞減率的取值

煤層氣井的遞減規(guī)律比較復(fù)雜，在延川南煤層氣田整體未表現(xiàn)典型遞減規(guī)律的情況下，基于SEC儲(chǔ)量評(píng)估中的保守原則，按照早期排采井的遞減率取值。以Y-23井為例，按指數(shù)遞減擬合，年度遞減為25%（圖8）。

2.2.5 延川南區(qū)塊與粉河盆地煤層氣動(dòng)態(tài)特征對(duì)比

圖8 遞減率擬合曲線Fig.8 Fit curve of decreasing rate

通過對(duì)比延川南區(qū)塊和粉河盆地煤層氣動(dòng)態(tài)特征可以看出，由于在煤層埋深、演化程度、滲透率等地質(zhì)條件的差異，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)特征差異很大。粉河盆地的動(dòng)態(tài)特征表現(xiàn)出上產(chǎn)快、峰值產(chǎn)量高和遞減大的特點(diǎn)，而延川南則表現(xiàn)為排水達(dá)產(chǎn)時(shí)間長、峰值產(chǎn)量低和遞減小的特點(diǎn)（圖9、表2）。

3 應(yīng)用效果

延川南煤層氣田從2015年開始上市儲(chǔ)量評(píng)估，采取自評(píng)估與外方評(píng)估并行的方式。利用上述方法，對(duì)延川南煤層氣SEC儲(chǔ)量進(jìn)行了自評(píng)估，并與外方的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。從對(duì)680口煤層氣井的單井SEC儲(chǔ)量來看，自評(píng)估結(jié)果與RyderScott公司評(píng)估結(jié)果總體誤差率在±10%（圖10）。

圖9 粉河盆地與延川南煤層氣田歸一化產(chǎn)氣量曲線對(duì)比Fig.9 Normalized average production profiles for CBM of Powder River and South Yanchuan

表2 延川南區(qū)塊與粉河盆地煤層氣動(dòng)態(tài)特征對(duì)比Table2 Comparison of the dynamic characteristics of yanchuan South Block and Powder River Basin CBM

圖10 延川南煤層氣自評(píng)估與外方評(píng)估結(jié)果誤差區(qū)間分布Fig.10 Distribution of error interval betweenself-assessment of coal seam gas in Yanchuan and external evaluation results

4 結(jié)論

1）深層高階煤層氣與淺層低階煤層氣在動(dòng)態(tài)特征上差異很大。粉河盆地淺層低階煤層氣表現(xiàn)出上產(chǎn)快、峰值產(chǎn)量高和遞減大的特點(diǎn)，而延川南深層、高階煤層氣則表現(xiàn)為排水達(dá)產(chǎn)時(shí)間較長、峰值產(chǎn)量較低和遞減小的特點(diǎn)。

2）總結(jié)出“三段式”產(chǎn)量預(yù)測(cè)模式的3種類型和4個(gè)亞類。對(duì)于I類，采取完整三段式預(yù)測(cè)，上產(chǎn)時(shí)間為28個(gè)月，穩(wěn)產(chǎn)氣產(chǎn)量850 m3/d，穩(wěn)產(chǎn)期一年，遞減率25%。對(duì)于II-a亞類，產(chǎn)量已超過封頂產(chǎn)量，目前產(chǎn)量穩(wěn)定，采取兩段式預(yù)測(cè)，穩(wěn)產(chǎn)期半年，遞減率25%。對(duì)于II-b亞類，排采時(shí)間長，目前產(chǎn)量穩(wěn)定，雖未達(dá)到封頂產(chǎn)量，采取兩段式預(yù)測(cè)，穩(wěn)產(chǎn)期半年，遞減率25%。對(duì)于III-a亞類，產(chǎn)量已超過封頂產(chǎn)量，目前產(chǎn)量在下降，采取一段式預(yù)測(cè)，遞減率25%。對(duì)于III-b亞類，整體上產(chǎn)量在上升，但在評(píng)估基準(zhǔn)日前產(chǎn)量出現(xiàn)下降，采取一段式預(yù)測(cè)，遞減率25%。%±10%，證明該方法和評(píng)估參數(shù)適用于延川南深層、高階煤層氣SEC儲(chǔ)量評(píng)估。