袁夢(mèng)然

摘 要：本文分析了影響煤層氣井產(chǎn)能的主要地質(zhì)因素。研究發(fā)現(xiàn)，地層構(gòu)造條件、煤層厚度、煤儲(chǔ)層滲透率、含氣量以及煤儲(chǔ)層壓力和臨界解吸壓力是控制沁南煤層氣井產(chǎn)能的主要地質(zhì)因素;研究認(rèn)為：煤儲(chǔ)層地質(zhì)條件在背斜軸部，煤層厚度大、含氣量高、臨界解吸壓力大且滲透率在0.2md～4.0md之間的區(qū)域?yàn)楸緟^(qū)煤層氣開(kāi)采的有利區(qū)域。

關(guān)鍵詞：煤層氣;煤層氣井;煤儲(chǔ)層;產(chǎn)氣量;主控因素

中圖分類號(hào)：TE332 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）01-0150-02

本文通過(guò)分析沁南地區(qū)大量煤層氣井的產(chǎn)量差異，研究氣井的產(chǎn)能控制因素，以本區(qū)主采煤層為主要研究對(duì)象，分析和比較在不同的地質(zhì)條件下煤層氣井的產(chǎn)能特征，闡明地質(zhì)條件對(duì)煤層氣井產(chǎn)能的影響作用，為本區(qū)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)及靶區(qū)優(yōu)選提供參考依據(jù)。

1 沁南地區(qū)主要地質(zhì)條件分析

1.1 地質(zhì)構(gòu)造

沁水盆地南部的地質(zhì)構(gòu)造大致是一些寬緩的褶皺，這些構(gòu)造在某種程度上反映了在燕山期的一系列擠壓作用。本區(qū)無(wú)巖漿活動(dòng)且斷層稀少，褶皺主要呈舒緩波狀，是構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單的地區(qū)。由于本區(qū)主要位于一些向西傾斜或向北傾斜的一些坡帶區(qū)域，所以在盆地內(nèi)部?jī)?chǔ)氣和氣藏的中心部位容易形成烴類運(yùn)移指向，這為此區(qū)成為煤層氣開(kāi)發(fā)的高產(chǎn)富集區(qū)提供了基礎(chǔ)和有力保障。

1.2 煤層厚度

本區(qū)的主要含煤地層是下二疊統(tǒng)的山西組以及上石炭統(tǒng)的太原組。含煤地層的總厚度在118.96～145.74m，平均厚度在135.52m左右。本區(qū)的3#煤層層位穩(wěn)定且煤層厚度大，純煤厚度為4.11～6.96m，平均煤厚為5.57m，為本區(qū)的主要目的煤層，故本文將以3#煤層為例進(jìn)行重點(diǎn)分析。

1.3 3#煤層含氣量

對(duì)于用來(lái)預(yù)測(cè)產(chǎn)能和計(jì)算資源量來(lái)說(shuō)，煤層含氣量是非常重要的參考數(shù)據(jù)，3#煤層為區(qū)內(nèi)煤層氣開(kāi)發(fā)的主要目標(biāo)煤層之一。根據(jù)對(duì)樊莊區(qū)塊進(jìn)行的含氣量測(cè)試的數(shù)據(jù)來(lái)看，晉試1井3#煤層平均含氣量為24.82m3/t;晉試2井3#煤層平均含氣量為22.84m3/t;晉試3井3#煤層平均含氣量為15.23m3/t;晉試4井的3#煤層平均含氣量可達(dá)25.48m3/t;晉試5井的3#煤層氣的含氣量在18.31m3/t左右，如圖1所示。

1.4 煤儲(chǔ)層滲透率

以樊莊區(qū)塊為例，在樊莊區(qū)塊通過(guò)取煤樣進(jìn)行孔隙特征分析，得出樊莊區(qū)塊的煤儲(chǔ)層微孔較少且基質(zhì)致密，主要為裂隙型且滲透率普遍較低，如圖2所示。

1.5 儲(chǔ)層壓力

沁水盆地南部多數(shù)為較低的儲(chǔ)層壓力，低儲(chǔ)層壓力的范圍占總共測(cè)試范圍的96%左右，只有很少的一部分地區(qū)儲(chǔ)層壓力呈現(xiàn)為較高的狀況。本區(qū)有非常多數(shù)量的氣井，通過(guò)對(duì)挑選出來(lái)的55口氣井進(jìn)行注水/降壓，本區(qū)煤層氣的儲(chǔ)層壓力的范圍在0.17～8.75MPa之間，平均儲(chǔ)層壓力2.59MPa，而煤層的儲(chǔ)層壓力梯度一般為0.43～10.48kPa/m。

2 主要地質(zhì)條件與煤層氣井產(chǎn)能的關(guān)系

煤層氣井產(chǎn)量的控制因素極多，本文僅重點(diǎn)研究其主要的地質(zhì)影響因素。由于沁水盆地面積大，所在的煤層氣公司多，區(qū)塊多，所以各個(gè)區(qū)域，不管是從開(kāi)采時(shí)間，開(kāi)發(fā)方式等各個(gè)方面都不盡相同，所以選取合適且具有代表性的氣井對(duì)于分析的客觀性和準(zhǔn)確性十分重要。因此，本文僅采用具有代表性和穩(wěn)定性的氣井來(lái)進(jìn)行研究，這些井大多生產(chǎn)時(shí)間以及開(kāi)采方式一致，鉆井施工等產(chǎn)生的影響相對(duì)較少。本文主要通過(guò)分析該區(qū)氣井的大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)來(lái)研究影響煤層氣井產(chǎn)氣能力的主要地質(zhì)因素。

一般而言，我們將日產(chǎn)氣量大于3000m3的煤層氣井稱為高產(chǎn)井，將日產(chǎn)氣量不足1000m3的煤層氣井稱為低產(chǎn)氣井。

2.1 地質(zhì)構(gòu)造與煤層氣井產(chǎn)能的關(guān)系

根據(jù)對(duì)中聯(lián)公司在潘河地區(qū)建立的氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)加以分析并通過(guò)統(tǒng)計(jì)不同級(jí)別氣井的分布比例，可以得出構(gòu)造對(duì)氣井產(chǎn)能的影響關(guān)系。總體上表現(xiàn)為在背斜軸部的高產(chǎn)井?dāng)?shù)量要高于其他構(gòu)造區(qū)[1]。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在所有研究的煤層氣井中，背斜軸部的煤層氣井全部為產(chǎn)量較高的高產(chǎn)煤層氣井，高產(chǎn)井比例達(dá)到100%，而在向斜部位分布的煤層氣井中，高產(chǎn)井只占到所有向斜部位井總數(shù)的75%，在翼部的煤層氣井中，高產(chǎn)煤層氣井只占到所有翼部煤層氣井總數(shù)的59%[2]。

樊莊區(qū)塊的煤層氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)也大致與以上的結(jié)論相吻合，即在褶皺的軸部以及背斜點(diǎn)的高產(chǎn)井所占的比例相對(duì)較高。陳振宏等在對(duì)樊莊區(qū)塊的生產(chǎn)數(shù)據(jù)做分析研究時(shí)也指出，背斜區(qū)高產(chǎn)氣井比例一般較高，為42.9%，而向斜區(qū)的高產(chǎn)氣井比例則普遍較低，僅為6.7%。所以由此可以得出，在不考慮其他地質(zhì)因素的前提下，背斜軸部等構(gòu)造高點(diǎn)區(qū)域一般產(chǎn)氣量較高，是煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的有利地區(qū)。

2.2 煤層厚度與煤層氣井產(chǎn)能的關(guān)系

圖3為煤層厚度與氣井產(chǎn)氣量關(guān)系圖。圖中，煤層厚度在5.8米之前，高產(chǎn)井分布較少，隨著煤層厚度的逐漸增大，高產(chǎn)井?dāng)?shù)量逐漸增多，占比逐漸增大，但各井的產(chǎn)量差異也開(kāi)始逐漸變大。所以總體來(lái)看，煤層厚度對(duì)煤層氣井產(chǎn)能的影響并不十分明顯。

2.3 煤儲(chǔ)層含氣量與煤層氣井產(chǎn)能的關(guān)系

沁南地區(qū)的潘莊區(qū)塊，含氣量普遍較高，平均可達(dá)15m3/t，通過(guò)資料數(shù)據(jù)顯示該區(qū)塊的高產(chǎn)能井也相對(duì)較多，而位于寺河西區(qū)一帶的煤層氣井產(chǎn)能相對(duì)較低，經(jīng)測(cè)其含氣量同樣相對(duì)較低，平均為9m3/t左右。從圖4中可以看出，隨著煤層含氣量的不斷增高，高產(chǎn)能井開(kāi)始逐漸增多，所占總井?dāng)?shù)比重不斷增大。煤層氣含氣量對(duì)氣井產(chǎn)能的影響明顯，故煤層含氣量為煤層氣井產(chǎn)能的主控地質(zhì)因素。

2.4 煤儲(chǔ)層滲透率與煤層氣井產(chǎn)能的關(guān)系

由于沁水盆地區(qū)域廣泛且氣井?dāng)?shù)量多，所以測(cè)試的煤儲(chǔ)層滲透率的差異也較為明顯，滲透率的總體范圍在0.01× 10-3um2～3.61×10-3um2，其值的大小多數(shù)均為1×10-3um2左右[3]。

滲透率是煤層氣井產(chǎn)能的主控地質(zhì)因素。美國(guó)在很早以前的一份生產(chǎn)報(bào)告中就已經(jīng)表明，滲透率對(duì)煤層氣井的產(chǎn)氣量影響明顯。當(dāng)煤層的滲透率很小時(shí)（0.02md），單井的日產(chǎn)氣量極小甚至為零，在滲透率為0.02～0.2md范圍內(nèi)時(shí)日產(chǎn)氣量明顯升高，當(dāng)滲透率達(dá)到0.2～2md范圍內(nèi)時(shí)，煤層氣井普遍產(chǎn)氣量較高，日產(chǎn)氣量一般可以達(dá)到2500m3以上;當(dāng)煤層的滲透率繼續(xù)升高到2md以上時(shí)，各井的產(chǎn)量差異又開(kāi)始逐漸變大，多數(shù)氣井的產(chǎn)氣量開(kāi)始下降（圖5）。這是因?yàn)楫?dāng)滲透率很高的時(shí)候（大于2md），某些產(chǎn)能較低的氣井有可能處在構(gòu)造的向斜區(qū)，致使氣井處在一個(gè)匯水區(qū)域，導(dǎo)致在排水降壓的時(shí)候變得非常困難，從而導(dǎo)致煤層氣井產(chǎn)量的下降。

從圖5中可以看出，煤層氣的產(chǎn)氣量隨著滲透率的逐漸增大呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。大量的煤層氣高產(chǎn)能井普遍位于滲透率在0.2×10-3um2～4.0×10-3um2范圍內(nèi)的區(qū)域。

2.5 煤儲(chǔ)層壓力與煤層氣井產(chǎn)能的關(guān)系

通過(guò)大量的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，本區(qū)內(nèi)的煤儲(chǔ)層壓力多大在3Mpa以上，而臨界解吸壓力則均低于此值。由于儲(chǔ)層壓力與臨界解吸壓力越接近越有利于氣井產(chǎn)氣，故對(duì)于本區(qū)而言，臨界解吸壓力越大，對(duì)煤層氣井的產(chǎn)能越有利。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)研究分析認(rèn)為影響沁水盆地南部地區(qū)煤層氣井產(chǎn)能的主控地質(zhì)因素為地層構(gòu)造條件、煤層厚度、煤儲(chǔ)層滲透率、含氣量以及煤儲(chǔ)層壓力和臨界解吸壓力。（2）煤儲(chǔ)層地質(zhì)條件在背斜軸部，煤層厚度大、含氣量高、臨界解吸壓力大且滲透率在0.2md～4.0md之間的區(qū)域?yàn)楸緟^(qū)煤層氣開(kāi)采的有利區(qū)域。（3）在進(jìn)行煤層氣井的產(chǎn)能研究時(shí)，應(yīng)在多種主控因素綜合分析的基礎(chǔ)上，分析單一主控因素與其他因素對(duì)煤層氣井產(chǎn)氣量的影響程度。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳振宏，王一兵，楊焦生，等.影響煤層氣井產(chǎn)量的關(guān)鍵因素分析：以沁水盆地南部樊莊區(qū)塊為例[J].石油學(xué)報(bào)，2009，30（3）：409-412.

[2] 王國(guó)強(qiáng).影響煤層氣井生產(chǎn)特征的關(guān)鍵因素分析：以沁水盆地南部潘河地區(qū)為例[C].煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì).北京：地質(zhì)出版社，2008.

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