煤層中水對煤層氣產(chǎn)量的影響

郝麗 段寶玉

(華北油田公司采油工藝研究院，河北 062552)

煤層中水對煤層氣產(chǎn)量的影響

郝麗 段寶玉

(華北油田公司采油工藝研究院，河北 062552)

沁水盆地煤層氣井已進(jìn)入大規(guī)模開發(fā)階段，目前主要問題是許多煤層氣井產(chǎn)量低，且低產(chǎn)井所占比例較高。本文通過與實(shí)際煤層氣井顯示的表象進(jìn)行對比，初步揭示了煤層氣井低產(chǎn)的主要原因，并根據(jù)不同氣井的產(chǎn)水量給出了相應(yīng)的具體解決措施，為這些低產(chǎn)井的排水采氣提供了指導(dǎo)性意見和建議。提出了深入研究煤層氣儲層中水的區(qū)域分布對煤層氣開發(fā)的重要性。

煤層氣 低產(chǎn) 原因

Abstract:The CBM wells in Qinshui basin have entered the stage of large scale development．Currently，the major problem is low yield for most CBM wells，which constitute a great proportion of the existing wells in the basin．Based on water production of different CBM wells，the paper proposes concrete measures for corresponding cases，which provide guiding opinions and suggestions for dewatering and drainage of low yield wells．The paper points out the importance of further to-the-depth research on regional distribution of water in CBM reservoir

Keywords:CBM;low yield;reasons

目前山西沁水地區(qū)的煤層氣開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模開采階段，在鄭莊、樊莊等區(qū)塊共計投產(chǎn)排采井545口井，開井399口，從目前排采井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)來看日產(chǎn)氣量低于500m3/d的井共計105口，占總開井?dāng)?shù)的26%。煤層氣井的低產(chǎn)嚴(yán)重影響了開發(fā)指標(biāo)的順利完成，為了清楚了解煤層氣井低產(chǎn)的原因，現(xiàn)場技術(shù)人員從壓裂參數(shù)，壓裂液返排、壓裂施工、排采方式、排采速度、排采控制等多個環(huán)節(jié)進(jìn)行了全面的分析，并在現(xiàn)場進(jìn)行了試驗(yàn)，但總的效果并不明顯，僅僅二次壓裂技術(shù)在現(xiàn)場應(yīng)用中見到了一定的效果。為了摸清導(dǎo)致煤層氣井低產(chǎn)的關(guān)鍵所在，我們對正常生產(chǎn)的排采井日報進(jìn)行分析，從排液制度到煤粉含量等多項(xiàng)能夠影響煤層氣井產(chǎn)量的因素逐一進(jìn)行了分析。通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的深入分析，我們發(fā)現(xiàn)一個規(guī)律，就是在煤層氣井開采過程中，產(chǎn)水量是控制煤層氣井產(chǎn)氣量的一個重要因素。我們就煤層氣排采井產(chǎn)水量與產(chǎn)氣量的關(guān)系對煤層氣井低產(chǎn)原因進(jìn)行一個初探，分析產(chǎn)水量對煤層氣井產(chǎn)氣量的影響程度。

由于煤層氣是吸附在煤顆粒表面的，因而在開采煤層氣時首先需要排出煤層中的水，降低煤層中的壓力，當(dāng)壓力降到煤層氣的解析壓力時，煤層氣就會從煤顆粒表面解析出來成為游離氣，因此煤層中水的分布是影響煤層氣產(chǎn)量和解析速度的一個重要因素。水在煤層中存在的形式以及水量的大小、有源與否都直接控制著煤層氣井的產(chǎn)氣量和解析速度，研究水在煤層中的分布狀態(tài)對于煤層氣開采及提高煤層氣井產(chǎn)量來說具有重要的意義。

為了摸清煤層氣井在正常生產(chǎn)過程中產(chǎn)氣量與產(chǎn)水量的相互關(guān)系，我們對現(xiàn)場正常生產(chǎn)的煤層氣排采井的產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量進(jìn)行了統(tǒng)計分析，結(jié)果見表1。

表1 部分煤層氣井產(chǎn)氣量與產(chǎn)水量關(guān)系

從表1中可以看出，產(chǎn)水量低的井中，高產(chǎn)井所占比重比較高。在統(tǒng)計的數(shù)據(jù)中，日產(chǎn)水量在0.1～1.2m3/d的井共計198口井，其中日產(chǎn)氣量在1000m3/d以上的井共計86口，占43%左右;日產(chǎn)水量在1.7～2.5m3/d的井共計65口井，其中日產(chǎn)氣量在1000m3/d以上的排采井共計14口，占22%左右;日產(chǎn)水量在2.6～13.4m3/d的井共計78口井，其中產(chǎn)氣量在1000m3/d以上的井共計11口井，占14%左右。

1 煤層氣的產(chǎn)出機(jī)理

其實(shí)，目前在煤層氣的產(chǎn)出機(jī)理方面已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作，基本已經(jīng)了解煤層氣的存儲狀態(tài)和產(chǎn)出機(jī)理。目前普遍得到認(rèn)可的理論就是解析理論。在儲層條件下，煤層氣分子是吸附在煤層中煤顆粒表面的，以吸附氣的形式存在。當(dāng)煤層中的壓力降到其解析壓力時，煤層氣分子就會脫離煤顆粒的表面而成為游離氣。這些游離氣通過煤層中的節(jié)理、割理、微小裂縫等通道進(jìn)入井內(nèi)，通過井筒到達(dá)地面。

2 影響煤層氣井產(chǎn)量的主要因素分析

從客觀角度來說，影響煤層氣井產(chǎn)量的主要原因有三個方面:第一是煤層氣的噸煤含量，在其它條件基本一致的情況下，噸煤含量高的區(qū)域，產(chǎn)氣量相對高;另外一個原因是煤層本身的滲透性和微裂隙之間的相互連通性，連通性好的儲層通常能獲得較高的產(chǎn)量;第三個影響煤層氣井產(chǎn)量的原因就是儲層中的水含量。除此之外，煤層氣井的壓裂效果和排采方式也是影響煤層氣產(chǎn)量的原因之一，但本文認(rèn)為并不是主要因素。在這里，關(guān)于其它因素對于煤層氣噸煤含量的影響已經(jīng)有許多文章進(jìn)行了詳細(xì)的剖析，就不再贅述，本文只敘述儲層中的水對于煤層氣開采的影響。

從理論上來說，煤層氣儲層中水的儲存形態(tài)通常有兩種形式，一種是以束縛水的形式存在，另一種是以自由水的形式存在。對于束縛水來說，除了會導(dǎo)致煤層氣噸煤含量的下降，由于其不可流動，故在煤層氣開采過程中不能起到降壓作用;在煤層氣井降壓開采過程中起到關(guān)鍵作用的就是煤層氣儲層中的自由水。儲層中的自由水流入井內(nèi)后會導(dǎo)致儲層內(nèi)壓力下降，當(dāng)壓力降到煤層氣解吸壓力后，氣井才能正常產(chǎn)氣。煤層氣儲層中的自由水來源又有若干種，一種是在成藏過程中就存在的自由水，一種是通過煤層中的裂隙滲進(jìn)煤層中的自由水，一種是無源自由水，一種是有源自由水。如果我們的生產(chǎn)井正好打在了無源自由水區(qū)域，由于儲層中的自由水無水源供應(yīng)，只要排出少量的水，就會迅速在近井地帶形成比較大的壓降漏斗，使近井地帶的儲層迅速達(dá)到煤層氣的解吸壓力，達(dá)到生產(chǎn)煤層氣的條件。從目前生產(chǎn)井的排水量和產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)可以看出，有一些井雖然排水量比較少，但產(chǎn)氣量比較高，這種類型的井通常就是打在了無源自由水區(qū)域;如果生產(chǎn)井正好打在有源自由水區(qū)域，在煤層氣井排采過程中，由于有水源供水，導(dǎo)致近井地帶儲層降壓速度緩慢，壓力漏斗擴(kuò)展緩慢，不能在比較大的范圍內(nèi)形成解吸壓力區(qū)域，導(dǎo)致煤層氣不能解吸。另外，由于有水源供水，儲層中的裂隙始終被水占據(jù)，使已經(jīng)解吸的煤層氣也無法通過裂隙通道到達(dá)井內(nèi)。這種類型的井在排采過程中的主要表現(xiàn)為排水量比較大，產(chǎn)氣量相對較低。如果在儲層中存在有比較大的裂隙，并且具有充足的水源供水，就會導(dǎo)致雖然在不斷地進(jìn)行大量排水，但在近井地帶無法有效地建立解吸壓降，導(dǎo)致氣井無法產(chǎn)氣。在生產(chǎn)實(shí)踐中，大排水量、低產(chǎn)氣量或無產(chǎn)氣量的氣井占有相當(dāng)?shù)谋壤?。究其原因，就是由于水源供?yīng)充足，不能在近井地帶建立有效的解吸壓降漏斗。

3 提高煤層氣井產(chǎn)量的技術(shù)手段

在充分摸清楚了導(dǎo)致煤層氣井低產(chǎn)的原因之后，就能找到解決煤層氣井低產(chǎn)的方法，根據(jù)上面的理論分析，對于低產(chǎn)煤層氣井，根據(jù)出水量與產(chǎn)氣量的具體情況，可以采取以下幾種增產(chǎn)措施。

3.1 水量低，氣量低

對于正常排采過程中出現(xiàn)水量低、氣量低的煤層氣井，多數(shù)屬于儲層中束縛水占居主導(dǎo)地位的情況，由于游離水比較少，難以在儲層中建立有效的解吸壓差，也不能迅速的擴(kuò)大壓降漏斗，從而導(dǎo)致產(chǎn)氣量低下。對于這種類型的氣井，建議采用重復(fù)壓裂技術(shù)進(jìn)行二次壓裂，在壓裂過程中采用小流量，大注入量的原則，使儲層中的裂隙在水壓的作用下擴(kuò)大，增加導(dǎo)流能力，另外，這種措施可以利用外來水作為儲層降壓媒體，在排水過程中使儲層中建立有效的解吸壓差，達(dá)到增加產(chǎn)氣量的目的。

3.2 水量適中，產(chǎn)氣量低

在排采過程中，這些井的主要表現(xiàn)為:產(chǎn)水量恒定不變或變化很小，產(chǎn)氣量上升緩慢或基本不變，這種井主要是由于在儲層中具有與水源連通的中小裂隙，這些裂隙中的水在生產(chǎn)壓差的作用下，不斷的進(jìn)入井內(nèi)，導(dǎo)致排水所形成的壓差不能有效的向裂隙周圍的煤層中傳遞，由于水是由裂隙中進(jìn)入井內(nèi)，故在固定壓差作用下，流量基本不變或變化很小。由于生產(chǎn)壓差不能有效的向周圍傳遞，所以導(dǎo)致氣量不增或增加速度緩慢。對于這種類型的氣井，建議采用有機(jī)堵水劑對裂隙進(jìn)行封堵，降低裂隙出水量，擴(kuò)大近井地帶的壓力傳遞，提高氣產(chǎn)量。

3.3 水量高，氣量低

這種類型的井通常是打到了水源區(qū)，由于供水充足，儲層中裂隙中排出的水被迅速補(bǔ)充，不能有效的建立解吸壓差，故氣井的表現(xiàn)通常是排水量很大，但是氣量很低或者根本無氣。如果是水平井或者羽狀井中有水平井段或某個羽狀井段穿過水源區(qū)，也會使生產(chǎn)壓差大部分或者全部消耗在穿過水源區(qū)的水平井段，導(dǎo)致在其它產(chǎn)氣井段或羽狀井段不能建立有效的生產(chǎn)壓差而使水平井或者羽狀井達(dá)不到預(yù)期產(chǎn)氣量。對于這種類型的直井，建議采用無機(jī)堵水方法進(jìn)行大裂隙的堵水措施，降低大裂隙的出水，使小裂隙中的水產(chǎn)出，降低儲層解吸壓力，增加氣產(chǎn)量。如果是在水平井或者羽狀井中出現(xiàn)這種情況，建議首先測試出水井段，然后用機(jī)械卡水措施封堵出水井段，擴(kuò)大其它井段的解吸壓力，提高氣井產(chǎn)量。

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The Impact of Water in Coal Seam on CBM Yield

Hao Li，Duan Baoyu
(Oil Production Technology Research Institute of North China Oil Field，Hebei 062552)

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(“973”)項(xiàng)目“煤層氣開發(fā)多分支水平井控制機(jī)理”(編號:2009CB219608);國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目(示范工程)“山西沁水盆地煤層氣水平井開發(fā)示范工程”(編號:2008ZX05061)聯(lián)合資助。

郝麗，畢業(yè)于華北石油學(xué)校采油專業(yè)，現(xiàn)從事煤層氣、天然氣開采技術(shù)方面的研究工作。［LM］

(責(zé)任編輯 桑逢云)