和順區(qū)塊煤層氣井產(chǎn)能影響因素研究

肖翠

（中國(guó)石化華東分公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，江蘇 南京 210011）

和順區(qū)塊屬于沁水盆地高煤階煤層氣田，具有低壓、低滲、低飽和、非均質(zhì)性強(qiáng)的“三低一強(qiáng)”的地質(zhì)特征，開(kāi)發(fā)難度大。由于影響煤層氣井高產(chǎn)的因素較復(fù)雜，各井生產(chǎn)特征差異較大，穩(wěn)產(chǎn)周期與產(chǎn)能也復(fù)雜多變。剖析影響煤層氣產(chǎn)能的主控因素，可以更精細(xì)地認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層，有效地指導(dǎo)煤層氣開(kāi)發(fā)選區(qū)和井網(wǎng)部署，為其它地區(qū)高煤階煤層氣勘探開(kāi)發(fā)提供可借鑒的信息和經(jīng)驗(yàn)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

和順區(qū)塊位于沁水盆地東北翼，構(gòu)造上位于壽陽(yáng)—陽(yáng)泉單斜帶、東部單斜帶和榆社—武鄉(xiāng)構(gòu)造帶交會(huì)地區(qū)。區(qū)內(nèi)以單斜構(gòu)造為特征，局部發(fā)育寬緩褶皺構(gòu)造。太原組15號(hào)煤層為煤層氣開(kāi)發(fā)的主要煤層[1]。15號(hào)煤層厚2.0～9.9 m，平均5.71 m，屬于中厚—厚層煤。為潮坪及泥炭沼澤沉積，弱富含水性。含氣量分布范圍為4～17 m3/t，注入/壓降試井測(cè)試煤層平均滲透率為0.045×10-3μm2。

2 產(chǎn)能主控因素分析

和順區(qū)塊在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，煤層氣井產(chǎn)氣量差異較大，最高日產(chǎn)氣量100～2 100 m3，部分低產(chǎn)井影響了煤層氣井整體開(kāi)發(fā)效果。基于和順區(qū)塊煤層氣井開(kāi)發(fā)實(shí)踐，從地質(zhì)和工程兩方面著手，分析和順區(qū)塊煤層氣井產(chǎn)能影響因素，對(duì)區(qū)塊下一步規(guī)模化開(kāi)發(fā)具有顯著的指導(dǎo)意義。

2.1 含氣量

和順區(qū)塊太原組15號(hào)煤層含氣量分布變化較大，在450～1 120 m深度區(qū)間內(nèi)，單井原煤含氣量（空氣干燥基）平均值變化于4.63～16.54 m3/t之間，平均為10.49 m3/t。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，含氣量與單井最高日產(chǎn)氣量呈正相關(guān)關(guān)系,含氣量越高，日產(chǎn)氣量越高（圖1）。

圖1 和順區(qū)塊含氣量—產(chǎn)氣量關(guān)系Fig.1 Relation between gas content and gas production rate in Heshun block

2.2 煤層氣保存條件

和順區(qū)塊煤層氣保存條件制約著含氣量的高低，因此單井產(chǎn)能受煤層氣保存條件的影響明顯。煤層氣藏的保存條件又取決于煤層頂?shù)装宓姆馍w條件、構(gòu)造條件以及水動(dòng)力條件。

1）封蓋條件

良好的封蓋層不但可以阻止煤層氣的垂向逸散，保持較高的地層壓力和煤層氣的吸附量，而且還可阻止地層水的垂向交替，減少煤層氣的逸散量[2]。和順區(qū)塊頂板巖性和厚度直接影響煤層含氣量，主力煤層15號(hào)煤蓋層整體以泥巖沉積為主，含氣量與泥巖頂板累厚呈正相關(guān)關(guān)系，累厚大于10 m，含氣量高于10 m3/t（圖2）。

圖2 和順區(qū)塊泥巖頂板累厚—含氣量關(guān)系Fig.2 Relation between cumulative thickness of mudstone roof and gas content in Heshun block

2）構(gòu)造條件

和順區(qū)塊以褶皺構(gòu)造為主要特征，中小斷裂發(fā)育，同時(shí)發(fā)育陷落柱。斷層和陷落柱構(gòu)成了煤層氣逸散的通道，對(duì)煤層氣的保存不利。單井產(chǎn)能受斷層、陷落柱的影響明顯，距離斷層、陷落柱越近，含氣性變差，產(chǎn)氣效果差（圖3、圖4）。

3）水文地質(zhì)條件

水動(dòng)力條件是影響煤層氣富集高產(chǎn)的一個(gè)重要因素，它對(duì)煤層氣的保存影響很大，承壓水有助于阻止煤層甲烷的逸散，進(jìn)而提高煤層含氣量，而且還有利于煤層甲烷的排水降壓和開(kāi)采抽放[3]。

圖3 和順區(qū)塊單井距陷落柱、斷層距離與含氣量關(guān)系Fig.3 Relation between gas content and the distance from single well to collapse column and faults in Heshun block

圖4 和順區(qū)塊煤層氣井距斷層、陷落柱距離與日產(chǎn)氣量關(guān)系Fig.4 Relation between daily gas production and the distance from single well to faults and collapse column in Heshun block

工區(qū)的東南部和中部分別部署了XH井組及XC井組，東南部的XH井組靠近地下水的補(bǔ)露頭，且發(fā)育較多陷落柱，為地下水的流動(dòng)提供了條件，是地下水徑流區(qū)，不利于煤層氣的保存。中部的XC井組水動(dòng)力條件弱，屬于弱徑流區(qū)—滯流區(qū)，水壓封閉，保存條件優(yōu)于XH井組，其產(chǎn)氣效果也明顯優(yōu)于XH井組。

2.3 解吸壓力

解吸壓力的大小直接影響煤層氣的開(kāi)采難易程度及采收率。和順區(qū)塊15號(hào)煤整體解吸壓力偏低，解吸壓力變化范圍較大，為0.4～2.52 MPa。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，解吸壓力越高，產(chǎn)氣效果越好（圖5）。

圖5 15號(hào)煤層解吸壓力與產(chǎn)氣量關(guān)系Fig.5 Relation between desorption pressure and daily gas production of No.15coalbed

3 工程因素

和順區(qū)塊煤層氣井產(chǎn)能差異較大，產(chǎn)氣曲線波動(dòng)性強(qiáng)，單井產(chǎn)氣特征普遍出現(xiàn)單駝峰特征，產(chǎn)能不穩(wěn)定。造成這種現(xiàn)象的原因除了有各井地質(zhì)條件差異外，人為控制的工程因素更為重要[4]，和順區(qū)塊目前排采井產(chǎn)能主要受壓竄以及排采過(guò)快等工程因素的影響，其中排采制度的影響尤為明顯。

3.1 壓裂溝通已排采井，造成已排采井產(chǎn)氣量難以恢復(fù)

區(qū)塊內(nèi)X井具有較好的地質(zhì)條件，前期排采產(chǎn)氣量過(guò)千方，受鄰井XL井壓裂溝通影響，產(chǎn)氣量難以恢復(fù)。

3.2 排采控制

煤層氣井生產(chǎn)以排水為核心，在見(jiàn)氣前壓裂液返排率和返排速度（井底流壓的下降速度）是決定氣井高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

XC井組產(chǎn)液量低，由于前期排采過(guò)快，泄壓范圍有限，煤層穩(wěn)產(chǎn)期短，單井產(chǎn)氣特征普遍出現(xiàn)單駝峰特征。煤儲(chǔ)層受到壓敏和速敏效應(yīng)傷害，煤層滲透性下降，壓降漏斗不能充分?jǐn)U展，供氣源受限，最終煤層產(chǎn)氣量和產(chǎn)液量均下降較快（圖6）。

圖6 XC-8井底流壓下降情況與產(chǎn)量關(guān)系曲線Fig.6 Relation curves of bottom hole flowing pressure reduction and daily gas production of well XC-8

針對(duì)類似和順區(qū)塊滲透率較低、產(chǎn)水量較低的儲(chǔ)層，抽排速度需按照煤層的產(chǎn)水潛能，進(jìn)行合理排液。在見(jiàn)氣前單相排水階段求取煤層供液指數(shù)，確保排采過(guò)程中動(dòng)液面平穩(wěn)下降。

煤層供液能力以煤層供液指數(shù)（J）表示，它指單位生產(chǎn)壓差下煤層日供液能力。即：

單相排水階段產(chǎn)水量穩(wěn)定，符合達(dá)西滲流定律，IPR曲線為直線，井底壓力Pwf與日產(chǎn)液量Q呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，其斜率的負(fù)倒數(shù)便是供液指數(shù)，即：

由式（1）和式（2）得：

當(dāng)井底流壓降至臨界解吸壓力P臨，煤層氣開(kāi)始解吸，井筒環(huán)形空間內(nèi)產(chǎn)生套壓，單相排水階段結(jié)束，這一階段排采時(shí)間：

累積產(chǎn)水量：

由式（4）和式（5）得：

式中：J——煤層供液指數(shù)，m3·（d·MPa）-1；Pi——啟抽壓力，MPa；P臨——臨界解吸壓力，MPa;q0——壓裂放噴量，m3。

通過(guò)分析和順區(qū)塊壓裂液返排率與產(chǎn)氣量的關(guān)系可以看出，當(dāng)壓裂液返排率達(dá)到80%以上時(shí)，能夠取得較好的產(chǎn)氣效果（圖7）。

圖7 和順區(qū)塊壓裂液返排率—產(chǎn)氣量關(guān)系Fig.7 Relation between fracturing fluid flowback rate and daily gas production in Heshun block

因此,我們?cè)O(shè)定累積產(chǎn)液量Q為80%壓裂液總量的前提下，由式（6）可以求出每日合理降液面量，實(shí)現(xiàn)定量化排采。

通過(guò)計(jì)算，單相流階段XC井組的理論壓降速度為0.003～0.027 MPa/d，而實(shí)際排采速度偏快，壓降速度為0.045～0.062 MPa/d（表1）。利用此計(jì)算公式可依據(jù)每口煤層氣井的產(chǎn)水潛能，進(jìn)行合理排液，為煤層氣井制定合理的排采速度提供參考，實(shí)現(xiàn)一井一策的精細(xì)化管理。

表1 和6井組理論排采強(qiáng)度與實(shí)際排采強(qiáng)度對(duì)比Table 1 Theoretical and actual production intensity comparison of He-6 well group

4 結(jié)論

通過(guò)綜合和順區(qū)塊煤層氣井地質(zhì)特征和生產(chǎn)特征，得出以下認(rèn)識(shí)和結(jié)論：

1）基于氣井產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)分析，影響和順區(qū)塊煤層氣井產(chǎn)能的主要控制地質(zhì)因素是含氣量、煤層氣保存條件、解吸壓力等，此外壓竄、排采控制等工程因素也影響煤層氣井的產(chǎn)氣量。

2）我國(guó)大多數(shù)煤層屬于低含水煤層，因此抽排速度一定要按照煤層的產(chǎn)水潛能，進(jìn)行合理排液。如果排采強(qiáng)度過(guò)大，則會(huì)造成儲(chǔ)層傷害，影響單井產(chǎn)量。單相流階段合理排采強(qiáng)度的確定，既可防止煤層激動(dòng)，又可避免不必要的能源消耗，具有較好推廣應(yīng)用前景。

[1]秦學(xué)成，段永剛，謝學(xué)恒，等.煤層氣井產(chǎn)氣量控制因素分析[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào),2012,34（2）∶99-103.

[2]高波，馬玉貞，陶明信，等.煤層氣富集高產(chǎn)的主控因素[J].沉積學(xué)報(bào),2003,21（2）∶345-349.

[3]李騰.影響煤層氣富集的地質(zhì)因素[J].煤礦現(xiàn)代化,2011,100（1）∶108-109.

[4]陶樹(shù).沁南煤儲(chǔ)層滲透率動(dòng)態(tài)變化效應(yīng)及氣井產(chǎn)能響應(yīng)[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2011.