邓志宇1，刘羽欣1，闫欣璐2
（1.中联煤层气有限责任公司研发中心，山西 太原 030000；2.中国地质大学（北京）能源学院，北京，100191）
摘要：沁水盆地煤储层为欠饱和煤层，生产过程可分为三个阶段：单相水流、气水两相流、单相气流阶段。由于欠饱和煤储层只有在储层压力降至临界解吸压力以下才会产生商业量的煤层气，煤层气生产井必须经历长时间的排水降压阶段，因此在煤层气开发过程中煤储层的参数会发生动态变化，包括煤储层压力、储层渗透率等的动态变化。本文以柿庄南区块为研究目标，通过建立模型具体评价储层压力动态特征，支撑沁水盆地高煤阶煤层气示范工程的建设。
关键词：高煤阶 动态评价 柿庄南 示范工程建设
1 压力动态评价模型建立
本次提出的储层压力计算模型有三个步骤：一是根据体积守恒原理，建立生产过程中气相物质平衡方程；二是改变水相物质平衡方程的形式，使等效排采面积随产水量的增加而增加；三是将等效排采面积公式代入气相物质平衡方程。从而推导出等效排采面积动态变化的煤储层压力计算模型。
煤层气主要以吸附态、游离态和溶解态气体的形式存在，由于溶解气体比例很小，因此推导气相物质平衡方程时不予考虑。累积产气=基质中吸附气体的原始储量-剩余储量+裂缝中游离气体的原始储量-剩余储量。储层剩余地层水量=原始条件下裂缝中的水量+弹性膨胀增加的水量-累计产水量：
如果将压降漏斗视为井筒周围的等效圆柱形几何形状，则等效排采面积可用于表征压降区域，气体解吸量与等效排采面积密切相关。将等效排采面积方程代入，即可得到考虑等效排采面积的动态变化煤储层的物质平衡方程模型：
应用该模型计算煤储层压力时，不应忽略储层孔隙度的动态变化，具体为：第一阶段为饱和单相水流阶段，储层上覆应力增大，孔隙度降低。第二阶段为气-水两相流，该阶段存在有效应力效应。
将式（1.1-3）代入式（1.1-2）中，即得到考虑自调节效应和变等效排采面积的煤储层压力计算模型。根据生产资料和储层地质参数，新的储层压力计算模型可用于计算开发过程中的平均储层压力。
2 模型先进性评价
传统的储层压力计算模型不考虑排采面积的动态变化，而是将排采面积的固定值代入计算模型。生产井的工作制度是排水降压，排采面积随着生产不断变化。如果用固定面积代替动态排采面积，则计算结果是不合实际的。
在不考虑动态排采面积的情况下，计算得到的储层压力结果相差很大；等效排采面积越大，储层压力下降越慢。这表明如果该区域固定值小于实际排采范围，计算的储层压力将大大下降。当用该模型计算煤储层压力，排采面积会随着实际产水量变化，从而更有效地利用产水数据，因此更符合实际情况（图1）。
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图1 平均压力计算模型中排采面积变化对比图
3 储层动态综合评价应用
柿庄南示范工程部分目标井的平均储层压力用上述计算模型计算并分类，根据计算出的储层压力结果研究压力对煤层渗透率动态变化的影响。不同井的压降曲线形态不同，可具体分为“快速下降型”、“中期稳定型”、“缓慢下降型”和“波动型”（下文对应1-4型），分别对应渗透率动态曲线的上升、反弹、下降、和波动。
（1）快速下降型：储层压力降低速率快，而随着压力降低，渗透率迅速增加，等效排采半径在前期迅速增加,后期增长速度减缓甚至保持不变。基质收缩和气体滑脱对渗透率的影响远大于有效应力，储层渗透率上升。
（2）中期稳定型：平均储层压力前期迅速下降，然后保持稳定，后期继续快速下降。而对应地储层渗透率在前期下降，中期保持稳定，后期上升，等效排采半径在前期迅速增加，随后增长速度变慢，但仍在增加。
（3）缓慢下降型：平均日产气量较低,产水量较高,生产过程中储层压力缓慢下降,而随着储层压力的变化，储层渗透率也持续下降。
（4）波动型：产水与产气呈波动型，储层压力阶梯式下降，渗透率呈波动型，排采半径持续增加。
进一步对全区生产井类型进行划分,从划分结果可以看出，高潜力区的生产井主要以1型和2型为主；3型井的范围占全区的比例最大；4型井为问题井，即存在地质或工程问题，需要进行干扰问题排除。
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图2 柿庄南示范工程储层动态变化分类分布图
因此，压力与渗透率之间相互制约，共同控制着生产过程，影响煤层气井产气效果，利用本文模型同时综合考虑压力、渗透率变化2个核心因素对单井进行分析归类，有助于评定有利区和制定下步工作制度，对后期增产方案提供指导，助力沁水盆地高煤阶煤层气示范工程的建设。
参考文献
[1] 刘人和，刘飞，周文，李景明，王红岩．沁水盆地煤岩储层单井产能影响因素[J]．天然气工业，2008,28(7):30-33．
[2] 王生维，李瑞，肖宇航. 煤层气排采工程[M]. 武行：中国地质大学出版社，2019.
基金项目：“十三五”国家科技重大专项“沁水盆地高煤阶煤层气高效开发示范工程”资助（2017ZX05064）。
作者简介：邓志宇（1988－），男，山东菏泽，工程师，研究方向为煤层气勘探开发。