王海僑 韓軍昌

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100015)

1 概況

壽陽南燕竹區(qū)位于沁水盆地北部，面積99.8km2，本區(qū)發(fā)育3號煤、9號煤和15號煤三套主力煤層，煤層氣資源較為富集，已提交煤層氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量共1.35×1010m3。本區(qū)15號煤發(fā)育最穩(wěn)定、資源豐度最高，是目前的煤層氣開發(fā)主力煤層。南燕竹區(qū)目前已陸續(xù)實(shí)施煤層氣井超過120口，主要以15號煤單層開發(fā)為主，目前單井日產(chǎn)氣量主要分布在200～2000m3/d之間，井間產(chǎn)氣差異較大。煤層氣具有低滲、低壓的特點(diǎn)，滲透率隨儲(chǔ)層改造及排采過程而變化，煤層氣在儲(chǔ)層中的運(yùn)移經(jīng)歷解吸、擴(kuò)散、滲流三個(gè)階段。為了分析產(chǎn)氣量差異在排采管控方面的原因，本文從排采初期排水降壓階段的壓降漏斗擴(kuò)展范圍入手，通過對本階段壓降漏斗擴(kuò)展范圍的定量計(jì)算，分析前期壓降漏斗與產(chǎn)氣量之間的關(guān)系，從而為全區(qū)排采初期階段的制度優(yōu)化提供依據(jù)。

根據(jù)南燕竹區(qū)目前單井產(chǎn)氣量的分布區(qū)間，本文選擇了含氣量相近、排采時(shí)間2年以上、排采過程穩(wěn)定連續(xù)、排采制度控制原則相同、目前穩(wěn)定產(chǎn)氣量依次為200m3/d、400m3/d、800m3/d和1600m3/d左右的4口代表井NY-1、NY-2、NY-3和NY-4進(jìn)行重點(diǎn)分析。研究區(qū)及目標(biāo)井的位置見圖1。

圖1 研究區(qū)位置及目標(biāo)井位圖

2 排采概況

2.1 資源條件

本次研究的4口目標(biāo)井產(chǎn)氣層均為15號煤單層，含氣量相近，厚度有一定差異，儲(chǔ)層壓力和解吸壓力差別較為明顯，其基本參數(shù)見表1。

表1 目標(biāo)井基礎(chǔ)參數(shù)表

2.2 生產(chǎn)概況

4口井目前的排采生產(chǎn)時(shí)間在879～1848天之間，最高產(chǎn)氣量分別為1883m3/d、870m3/d、436m3/d和220m3/d，穩(wěn)產(chǎn)氣量分別為1600m3/d、800m3/d、400m3/d和200m3/d左右，其排水降壓階段的排采時(shí)間分別為422天、425天、261天和336天，主要生產(chǎn)參數(shù)見表2。

表2 排采生產(chǎn)參數(shù)表

3 壓降漏斗與產(chǎn)氣關(guān)聯(lián)分析

3.1 壓降漏斗擴(kuò)展過程

煤層氣井在排水降壓的初期階段只產(chǎn)水不產(chǎn)氣，煤儲(chǔ)層中為水的單相流動(dòng)，假設(shè)單井區(qū)煤層均質(zhì)等厚，煤層氣井為水動(dòng)力學(xué)完善井，則煤層中的滲流符合平面徑向滲流規(guī)律。根據(jù)4口目標(biāo)井在排水降壓階段的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果，其排水降壓階段的壓降漏斗范圍分別為90.6m、63.6m、43.5m和25.6m，漏斗擴(kuò)展與對應(yīng)的產(chǎn)氣曲線見圖2。

圖2 目標(biāo)井壓降漏斗擴(kuò)展過程匯總圖

3.2 壓降漏斗與產(chǎn)氣關(guān)聯(lián)分析

根據(jù)4口目標(biāo)井在排水降壓階段的漏斗范圍與后期的產(chǎn)氣量的交匯分析，二者表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系(圖3左)，相關(guān)系數(shù)非常高，顯示出排水降壓階段盡量擴(kuò)展壓降漏斗對煤層氣井產(chǎn)氣潛力的挖掘意義重大。按照該對應(yīng)關(guān)系，單井日產(chǎn)氣量1000m3/d對應(yīng)的排水降壓階段的漏斗半徑是67m。而排水降壓階段的流壓降速與后期產(chǎn)氣量雖然也存在正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)不是很高，顯示本階段的流壓降速并不是直接對產(chǎn)氣量形成控制。按照該對應(yīng)關(guān)系，單井日產(chǎn)氣量1000m3/d對應(yīng)的排水降壓階段的流壓降速在3kPa/d左右。

圖3 排水期壓降漏斗范圍及流壓降速與產(chǎn)氣量交匯分析圖

3.3 其他影響因素分析

對煤層氣井來說，排采制度是影響產(chǎn)氣量的一個(gè)重要因素，但不是最重要的因素，產(chǎn)氣量首先由資源條件決定，其次受工程效果影響，最后才是排采過程的影響。

4口目標(biāo)井的資源豐度分別為1.67×108m3/km2、1.39×108m3/km2、1.28×108m3/km2和1.01×108m3/km2，與目前的穩(wěn)定產(chǎn)氣量相比，資源豐度與產(chǎn)氣量的正相關(guān)性非常高(圖4左)，顯示了資源豐度對產(chǎn)氣量的基礎(chǔ)控制作用。同時(shí)，根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)對4口井的儲(chǔ)層進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)，4口井目前的儲(chǔ)層滲透率分別為1.41mD、0.51mD、0.09mD和0.06mD，滲透率同樣與產(chǎn)氣量表現(xiàn)出高度的正相關(guān)(圖4右)，顯示了儲(chǔ)層滲流性能對產(chǎn)氣量的決定性影響。根據(jù)該對應(yīng)關(guān)系，單井日產(chǎn)氣量1000m3/d對應(yīng)的儲(chǔ)層滲透率為接近0.8mD。而儲(chǔ)層壓力和解吸壓力則與產(chǎn)氣量無明顯的相關(guān)關(guān)系。

圖4 資源豐度和儲(chǔ)層滲透率與產(chǎn)氣量交匯分析圖

4 排采管控意義分析

4.1 機(jī)理分析

4口典型井排水降壓階段的壓降漏斗范圍分別為90.6m、63.6m、43.5m和25.6m，目前的壓降漏斗范圍分別為133.7m、75.3m、55.7m和58.5m，漏斗狀態(tài)的簡化模型見圖5。

圖5 4目標(biāo)井的漏斗狀態(tài)簡化模式圖

南燕竹區(qū)15號煤的一個(gè)特點(diǎn)是臨儲(chǔ)比低，本地區(qū)已鉆井的平均臨儲(chǔ)比僅為0.36，本文4口目標(biāo)井的平均臨儲(chǔ)比為0.473，略高于全區(qū)平均值，但仍低于0.5。低臨儲(chǔ)比條件下，整個(gè)壓降過程中前期排水降壓階段的占比相對較大，平均超過一半的儲(chǔ)層壓力，而后期產(chǎn)氣過程的壓降范圍則被壓縮。該條件下，壓降漏斗中壓力高于解吸壓力的部分即不貢獻(xiàn)產(chǎn)氣的無效壓降部分的比例也相對較高，為了獲得盡可能多的有效壓降，應(yīng)該在見氣之前將壓降漏斗擴(kuò)展的盡可能大，一旦壓力降至解吸壓力以下，井筒附近的甲烷開始解吸，流體從單相流變?yōu)閮上嗔?，滲流通道的部分被氣相占據(jù)，排水能力開始受到影響，因此應(yīng)在兩相流出現(xiàn)之前，應(yīng)把壓降漏斗的范圍盡量擴(kuò)展。

4.2 排采管控意義

煤層氣井排采過程中，在特定的資源條件下，儲(chǔ)層壓力、滲透率和流壓降速等都影響著最終的產(chǎn)氣量，而壓降漏斗恰好是這幾個(gè)參數(shù)的綜合作用下的結(jié)果，壓降漏斗范圍與產(chǎn)氣量的關(guān)聯(lián)度高于上述單一參數(shù)，因此，使用壓降漏斗作為排采管控的依據(jù)可以避免使用單一參數(shù)時(shí)因其與產(chǎn)氣量關(guān)聯(lián)程度偏低而導(dǎo)致排采管控準(zhǔn)確度下降的問題。

為保障單井產(chǎn)氣量所需要的壓降漏斗范圍，可以將排水降壓階段的壓降漏斗范圍作為本階段排采管控的技術(shù)目標(biāo)，根據(jù)排水降壓期壓降漏斗范圍與單井產(chǎn)氣量的相關(guān)關(guān)系(圖3左)，單井產(chǎn)氣量1000m3/d對應(yīng)的排水降壓期的壓降漏斗約67m，即：按照平均參數(shù)，本地區(qū)單井產(chǎn)氣量要達(dá)到1000m3/d，在排水降壓初期應(yīng)該將壓降漏斗擴(kuò)展到67m左右。而按照本階段流壓降速與產(chǎn)氣量的關(guān)系(圖3右)，單井產(chǎn)氣量1000m3/d對應(yīng)的排水降壓階段的流壓降速約3kPa/d，根據(jù)南燕竹區(qū)儲(chǔ)層壓力和解吸壓力的分布范圍，儲(chǔ)層壓力降到解吸壓力的平均降壓范圍約1.2MPa左右，按照該平均壓力值和平均降速，本地區(qū)煤層氣井排水降壓階段的時(shí)間約在400天左右。根據(jù)圖4右所反應(yīng)的壓降漏斗與滲透率的關(guān)系，如果滲透率較高，該過程可以較快，而如果滲透率過低，可能壓降漏斗擴(kuò)展到67m所對應(yīng)的流壓降速會(huì)很小，本階段的時(shí)間會(huì)大幅度拉長，這種情況下，可能是儲(chǔ)層改造未達(dá)到預(yù)期效果，不建議繼續(xù)進(jìn)行長時(shí)間排采，應(yīng)盡快考慮實(shí)施增透措施提高儲(chǔ)層滲透率。

因煤儲(chǔ)層的非均質(zhì)性及不同區(qū)域的儲(chǔ)層特征差異非常大，本文的分析僅針對壽陽南燕竹區(qū)的煤層氣井，結(jié)果也僅適用于研究區(qū)。