煤层气开发井网优化要素通常包括:井网样式、井网方位和井网密度等。
(1)井网样式(井间平面几何形态)
合理的井网布置样式,可以大幅度地提高煤层气井产量,降低开发成本。煤层气井井网布置样式通常有矩形井网(包括正方形井网)、菱形井网等。
①矩形井网。矩形井网要求沿主渗透和垂直于主渗透两个方向垂直布井,且相邻的4口井呈矩形。矩形井网优点是规整性好,布置方便,多适用于煤层渗透性在不同方向差别不大的地区。矩形井网缺点是相邻4口井的中心位置,压力降低的速度慢、幅度小,导致排水采气的效率低,可能造成该区域的煤层气资源无法采出。
②菱形井网。菱形井网要求沿主渗透方向和垂直于主渗透两个方向垂直布井,在4口井中心的位置加1口煤层气开发井,使相邻的4口井呈菱形,主要是针对矩形井网的一种补充或者完善形式。菱形布井形式的最大优点是在煤层气开发排水降压时,在井与井之间的压力降低比较均匀,可以达到开发区域同时降压的目的。
(2)井网方位
井网方位的确定通常根据压裂裂缝方位和主导天然裂隙方位,将矩形井网的长边方向与天然裂隙主导方向或人工压裂裂缝方向平行。煤层中的天然裂隙是影响煤层渗透性的重要因素,因此煤中裂隙的主要延伸方向往往是渗透性较好的方向,人工压裂裂缝可以改善天然裂缝,使其更好地沟通,压裂裂缝主导方位多沿垂直于现今最小主应力方向延伸。
(3)井网密度
井网密度关系到气田开发指标和经济效益的评价,是气田开发的重要参数,其大小与井型和井间距大小有关。井网密度的大小取决于储层的性质和生产规模对经济性的影响以及对采收率的要求,当它与资源条件、裂缝长度等相匹配时,才能获得较好的效益。
经济极限井网密度是指总产出等于总投入,总利润为零时的井网密度,超过此密度界限,则发生亏损。最优井网密度是总利润最大时的井网密度。
井网密度大小是井网优化过程中需要反复论证的,其方法也有多种。根据国内煤层气开发的实际情况,并借鉴常规油气井网优化的一些算法,合理的单井控制储量和经济极限井距是井网密度确定的重要参数。
①单井控制储量。开发井距的确定应当考虑单井的合理控制储量,使高丰度区单井控制储量不会过大,而低丰度区单井控制储量应大于经济极限储量。在此基础上,根据资源丰度,进一步求取井距或井网密度。单井控制储量:
式中:G——单井控制地质储量,m3;
pr——原始地层压力,MPa;(www.xing528.com)
Gp——稳产期内累计产气量,m3;
p——采出一定气量后的地层压力,MPa。
②单井控制经济极限储量。一口煤层气井从钻井到废弃时支出的总费用包括钻井、储层改造、地面建设、采气成本等。要想取得经济效益,其销售收入应大于总费用,这要求具备足够的储量,即单井控制经济极限储量,它是选择合理井距的一个重要经济指标。单井控制经济极限储量:
式中:Gg——单井控制经济极限储量,m3;
C——单井钻井和气建总成本,元;
P——单井年平均采气生产成本,元/年;
T——开采年限,年;
Ag——煤层气零售价,元/m3;
Er——煤层气采收率,%。
③经济极限井距。由于经济极限井距的大小受资源丰度的影响很大,在不考虑井网密度对于采收率的影响时,根据单井控制经济极限储量,可以算出经济极限井距
式中:D——经济极限井距,m;
F——资源丰度,m3/m2。
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