變滲透率條件下煤層氣井的產能預測

郭曉策

中石油煤層氣有限責任公司韓城分公司

變滲透率條件下煤層氣井的產能預測

郭曉策

中石油煤層氣有限責任公司韓城分公司

煤層氣儲集特征、滲流機理均不同于常規(guī)砂巖氣藏，導致產能評價難度較大。引入煤層氣多組分的基質收縮效應，建立了近井地帶紊流效應影響下的二項式產能模型，并進行了實際單井的應用及分析。結果表明：煤儲層滲透率受到應力形變和基質收縮效應的雙重影響，呈現(xiàn)先下降后上升的特征，且雜質氣體含量越高，煤層滲透率恢復程度越弱。實際應用證明采用變滲透率的產能模型可對常規(guī)方法無法解釋的煤層氣井測試數(shù)據進行解釋，解釋結果能用于準確評價煤層氣井的產能。

變滲透率條件；煤層氣井；產能預測

1 滲透率應力敏感性特征

在煤層氣藏開采過程中，排水和產氣過程引起煤層孔隙內流體壓力下降后，有效應力不斷壓縮煤層骨架，儲層受到壓縮使得儲集空間減少，造成基質孔隙變小、天然微裂縫閉合，造成滲透率不斷降低，這種現(xiàn)象稱為滲透率應力敏感性。通過試驗數(shù)據回歸分析，可以得到Mc-Kee提出只考慮應力敏感性計算動態(tài)滲透率的經驗公式，同樣適用于煤層氣從裂隙流向井筒過程中動態(tài)滲透率與儲層壓力的關系，即：

式中：p為儲層壓力，MPa;?pe為原始儲層壓力，MPa;K為實際滲透率，μm2;?K0為初始滲透率，μm2;?b為壓力敏感系數(shù)，MPa-1。

從上式可看出，在壓力不斷降低的過程中，滲透率也是隨之降低的，而且這種變化在初期表現(xiàn)劇烈，后期表現(xiàn)緩慢。這是因為初期煤儲層比后期更為不致密，煤一般發(fā)生彈性變形，更易被壓縮，使煤儲層孔隙或裂縫變小，造成滲透率初期下降劇烈;后期煤儲層被壓實并發(fā)生流變，由于具有了延展性而形變不可逆，滲透率基本保持不變。

2 滲透率影響因素分析

2.1 多組分儲層基質收縮與裂縫滲透率關系

隨著壓力下降，儲層滲透率先下降后上升。在第一階段中滲透率迅速下降，這是因為孔隙流體壓力降低導致有效應力增大，煤介質中一些微裂隙、孔喉道發(fā)生應力閉合引起滲透率下降；第二階段時，由于第一階段煤介質應力閉合已趨于穩(wěn)定，且儲層壓力低于煤層的解吸壓力，吸附氣開始大量解吸導致煤基質收縮引起滲透率恢復。在整個壓力下降階段中煤基質壓縮系數(shù)越大，滲透率下降幅度大，恢復程度也會減弱。

煤層氣中不同組分含量對儲層滲透率變化有一定的影響，煤層氣組分含量對第一階段影響較小，對第二階段影響較大。第一階段主要為應力變形導致滲透率下降；第二階段因不同組分的吸附性不同，吸附性越強的組分所占比例越大，則煤基質的收縮變形量就越大，則滲透率上升幅度偏高，反之越小。(圖1)

圖1 不同組分含量下的滲透率比值變化曲線

2.2 煤層氣井產能曲線分析

采用相同物性參數(shù)的常規(guī)砂巖在壓降后期產能減少較快，而煤層產能下降較為緩慢且無阻流量大于常規(guī)砂巖，這是由于煤層氣井基質收縮效應引起滲透率恢復所致。同時，隨著煤層氣井生產的進行，儲層壓力不斷下降，在同一生產壓差下單組分產能在吸附氣解吸效應主階段下降幅度比多組分緩慢，且無阻流量高。由于不同組分的吸附強度不同，單組分(CH4)解吸量大而多組分較小，基質收縮效應較強引起滲透率恢復程度好，所以單組分產能較高。

3 應用實例

某區(qū)塊某煤層氣井組生產初期，儲層有效孔隙度為4.0%～4.5%，依據試井解釋獲得的滲透率為0.02×10–3μm左右，測試時產氣量與井底流壓均較難穩(wěn)定，給產能評價帶來較大難度。因此可以采用變滲透率模型來對該區(qū)塊的一口煤層氣井現(xiàn)場測試資料作產能預測評價，現(xiàn)場測得靜壓pe為10.5987MPa；井溫T為52℃，現(xiàn)場獲得的測試數(shù)據如表1所示。

序號 實際產量/ (104m3·d–1) 井底壓力/MPa 常規(guī)擬壓力ψ( p)/ (MPa2·(mPa·s)–1) 10.0681110.0930760.3620.138649.7229761.8130.238929.2328621.5040.340238.9627392.80

將常規(guī)方法及本文模型修正后的產能曲線進行對比(圖2)。

圖2 模型修正后的產能試井曲線

從圖2看出，常規(guī)方法不適合于解釋煤層氣井測試數(shù)據，而模型的校正應用曲線呈線性，表明此模型可應用于現(xiàn)場測試數(shù)據解釋。由直線的斜率及截距可得：A=0.4471，B=0.2786，則二項式方程為：ψ(pe)-ψ(pwf)=0.4471qg+0.2786q2g

則無阻流量為：qAOF=1.7×104m3/d。

第一，與物質平衡方法相比，對煤層氣的滲流過程劃分2個階段，分別為應力變形階段和基質收縮效應階段?；|收縮系數(shù)、煤層氣組分含量對應力變形主導階段滲透率影響很小，而對基質收縮效應主導階段影響較大。第二，煤儲層中N2、CO2等其他氣體含量會影響煤層滲透率的變化，吸附性越強的氣體(N2、CO2)所占比例越大，煤基質收縮變形量及滲透率恢復程度越弱，反之越強。第三，由IPR產能曲線對比可見，煤基質收縮效應會使得煤層氣井的無阻流量增大，且單組分(100%CH4)煤層氣產能要高于多組分(95%CH4)。

[1]尹俊祿.煤層氣井產能預測與增產技術研究[D].長江大學，2012.

[2]陳俊國.煤層氣儲層孔裂隙多尺度滲透率預測和流固耦合模型[D].中國礦業(yè)大學，2016.