微構(gòu)造對煤層氣的控藏機理與控產(chǎn)模式

閆 霞，徐鳳銀，張 雷，聶志宏，張 偉，馮延青，張雙源

(1.中聯(lián)煤層氣國家工程研究中心有限責(zé)任公司，北京 100095；2.中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100028)

煤層氣資源靜態(tài)評價較為成熟，但煤層氣開發(fā)地質(zhì)研究仍有待深入。將地質(zhì)研究與開發(fā)地質(zhì)變化有效結(jié)合起來，這一重要“中間環(huán)節(jié)”長期受到了不應(yīng)有的忽視。隨著10 a來國內(nèi)煤層氣區(qū)塊開發(fā)效果顯現(xiàn)，利用勘探開發(fā)工程實踐后取得的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和開發(fā)特征，對開發(fā)地質(zhì)再認(rèn)識已有不少報道。例如，沁水盆地樊莊區(qū)塊開發(fā)初期存在2種情況：一種情況為局部構(gòu)造高部位產(chǎn)氣早但產(chǎn)氣周期短，而局部構(gòu)造斜坡地帶為煤層氣井高產(chǎn)的有利部位；另一種情況則是局部構(gòu)造高部位利于產(chǎn)氣，局部構(gòu)造低部位利于產(chǎn)水。隨著開發(fā)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，樊莊區(qū)塊上述第2種情況成為局部構(gòu)造控產(chǎn)的主流，進(jìn)一步指出這一現(xiàn)象起源于煤層氣規(guī)模性開發(fā)過程中的“氣水分異”作用，提出了合理布局開發(fā)井網(wǎng)、先施工低部位的生產(chǎn)井等開發(fā)方案構(gòu)想。再如，發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯盆地西南緣彬長礦區(qū)構(gòu)造高點煤層氣井在排采初期的抽采效果好于構(gòu)造低部位的井。然而，前人有關(guān)認(rèn)識依然局限于統(tǒng)計規(guī)律的梳理和氣水分異原理的討論，未能上升到“氣藏”高度來理解微構(gòu)造對煤層氣的控藏機理和控產(chǎn)特征。鑒于此，筆者進(jìn)一步從現(xiàn)象出發(fā)分析原因，系統(tǒng)闡述了微構(gòu)造控藏控產(chǎn)原理，提出了“動態(tài)氣藏”的觀點，根據(jù)不同微構(gòu)造部位產(chǎn)氣規(guī)律將煤層氣井劃分為6種類型，為預(yù)測未開發(fā)區(qū)相似地質(zhì)條件煤層氣井產(chǎn)能及開發(fā)規(guī)律提供了新的思路和依據(jù)。

1 煤層微構(gòu)造控藏控產(chǎn)原理

1.1 微構(gòu)造對煤儲層地質(zhì)條件和開發(fā)動態(tài)的控制與影響

微構(gòu)造是指在構(gòu)造變動過程中煤層及其圍巖產(chǎn)生的微細(xì)構(gòu)造起伏以及落差小于5.0 m的斷層，包括微幅褶皺、小斷層、層間滑動等，大致劃分為正向微構(gòu)造、平緩微構(gòu)造、負(fù)向微構(gòu)造、構(gòu)造陡變區(qū)4類。微構(gòu)造相對較大規(guī)模構(gòu)造更加普遍，這些局部構(gòu)造細(xì)節(jié)及其變化會影響到鉆完井、壓裂改造程度以及排采連續(xù)性等。為此，筆者討論的主要對象為微構(gòu)造，但不局限于微構(gòu)造。

微構(gòu)造控藏機理的內(nèi)涵涉及兩大范疇(圖1)：一是微構(gòu)造對煤儲層地質(zhì)條件的影響(圖1灰色橢圓)，二是微構(gòu)造對煤層氣開發(fā)生產(chǎn)的影響(圖1黃色方框)，即微構(gòu)造直接或者通過煤儲層地質(zhì)條件對煤層氣開發(fā)動態(tài)施加影響。其中，微構(gòu)造對煤儲層地質(zhì)條件影響包括2個方面:一是煤層氣保存條件，如圍巖條件、水動力場、含氣量等，如果構(gòu)造陡變部位或微構(gòu)造曲率過大時，小斷層發(fā)育、層間滑動、裂隙溝通煤層的圍巖或外來水，會造成保存條件變差；二是煤層氣開發(fā)地質(zhì)條件，包括地應(yīng)力、微裂隙發(fā)育程度、滲透率等，這些參數(shù)影響著能否形成利于煤層氣開發(fā)的低應(yīng)力-高滲透條件。正向微構(gòu)造軸部主要受張應(yīng)力作用，發(fā)育大量張性裂隙，滲透性增加，當(dāng)其形態(tài)越寬緩，高滲區(qū)范圍越大；負(fù)向微構(gòu)造一般受擠壓應(yīng)力影響，裂隙閉合，滲透性降低。

微構(gòu)造對煤層氣開發(fā)動態(tài)的影響存在于生產(chǎn)全過程，如壓裂改造效果、壓降漏斗形態(tài)、出煤粉程度等，特別是解吸后氣、水動態(tài)變化及采動流場改變，在微構(gòu)造高部位形成“動態(tài)氣藏”，最終影響了全生命周期的煤層氣開發(fā)效益。在此過程中，滲透率銜接了煤層氣地質(zhì)條件與開發(fā)條件，2者耦合構(gòu)成了“動態(tài)氣藏”發(fā)育特點的關(guān)鍵因素。斷層、陷落柱、層間滑動面附近、褶皺構(gòu)造陡變部位易出現(xiàn)構(gòu)造煤，為煤粉高產(chǎn)區(qū)，特別是構(gòu)造陡變區(qū)的井在生產(chǎn)中極易產(chǎn)生煤粉，進(jìn)而影響排采連續(xù)性。在相同壓裂規(guī)模設(shè)計情況下，不同微構(gòu)造部位井的壓裂改造效果會有差異：正向微構(gòu)造為低應(yīng)力-高滲區(qū)，原始裂隙發(fā)育，該部位井壓裂施工壓力低、排量高、易于加砂，改造后的人工裂縫易連通原始裂縫，形成體積縫網(wǎng)，從而這些部位易較早形成“井間干擾壓降漏斗”，整體表現(xiàn)為產(chǎn)量高、穩(wěn)產(chǎn)能力好；負(fù)向微構(gòu)造為高應(yīng)力-低滲區(qū)，裂縫監(jiān)測在井筒附近易形成短縫，壓裂改造效果相對較差，形成“獨立狹長漏斗”。除了通過壓裂或作業(yè)污染改變滲透率大小、進(jìn)而影響壓降漏斗擴(kuò)展之外，鉆井井型與井網(wǎng)、排采連續(xù)性與排采制度等也會影響到壓降漏斗形態(tài)(圖1)。下面將重點闡述微構(gòu)造對解吸后氣、水動態(tài)變化規(guī)律和“動態(tài)氣藏”形成的影響。

圖1 煤層微構(gòu)造控藏機理及要素之間銜接關(guān)系

1.2 微構(gòu)造對解吸后氣、水動態(tài)變化規(guī)律的影響

開發(fā)之前，煤層保持一種平衡的狀態(tài)。煤層氣井抽采之后，打破了這種平衡狀態(tài)，隨著氣體不斷解吸出來，煤層中不同部位的動態(tài)含氣、含水飽和度也將發(fā)生變化。微構(gòu)造影響了煤層氣解吸產(chǎn)出后的氣水分布，因重力分異作用，解吸氣體容易沿著優(yōu)勢降壓方向不斷向上運移至張性裂隙相對發(fā)育的局部構(gòu)造高部位，水容易沿下傾方向匯聚于構(gòu)造低部位。這種動態(tài)調(diào)整導(dǎo)致微構(gòu)造高、低部位氣水占比發(fā)生變化，根據(jù)氣水相滲原理，將進(jìn)一步影響不同部位氣、水的流動能力，從而影響煤層氣井的見氣見水時間以及氣水產(chǎn)量。

正向微構(gòu)造高部位煤儲層原位條件下一般水較少，含水飽和度低，解吸煤層氣更易匯聚至構(gòu)造高部位；隨著該部位煤儲層含氣飽和度迅速上升，對應(yīng)的氣相滲透率也迅速升高，氣體更容易流動，表現(xiàn)為正向微構(gòu)造部位的井見氣早，以產(chǎn)氣為主。在負(fù)向微構(gòu)造，高部位煤層的部分水受到重力作用也易沿下傾方向匯聚于低部位，造成低部位含水飽和度持續(xù)較高，水相滲透率隨之增高，表現(xiàn)為產(chǎn)水為主，產(chǎn)氣量較低，進(jìn)而影響煤層氣井見氣時間的快慢以及產(chǎn)水和產(chǎn)氣量的大小。

煤層滲透率越低，束縛水飽和度會越大，殘余氣飽和度越高，兩相流動范圍會變的更小，可動水流動范圍變小，含水或含氣飽和度的輕微變化對氣相、水相滲透率變化程度的影響更為明顯。相比淺煤層，深部煤儲層滲透率更低，兩相流動范圍小，對開發(fā)過程中不同微幅構(gòu)造部位氣、水飽和度的輕微變化更為敏感，會對開發(fā)效果產(chǎn)生明顯影響，需要對深部煤層開展更為精細(xì)構(gòu)造的刻畫研究。

1.3 微構(gòu)造與煤層氣“動態(tài)氣藏”

煤儲層分布連續(xù)穩(wěn)定，屬于連續(xù)性“甜點區(qū)”非常規(guī)油氣。然而，部分區(qū)塊煤層氣高產(chǎn)井主要位于微構(gòu)造高點的客觀現(xiàn)象，說明開發(fā)方式(如規(guī)則井網(wǎng)部署)和當(dāng)前工程技術(shù)可能不完全適用于所有構(gòu)造部位的煤層。相比其他部位，正向微構(gòu)造最大的優(yōu)勢在于地應(yīng)力相對較低、微裂隙發(fā)育、滲透性好，而應(yīng)力低、保持煤層良好滲透性正是煤層氣井高產(chǎn)的關(guān)鍵。同時，如果正向微構(gòu)造變化不劇烈且上覆地層具有較好封蓋性，則這種部位也利于解吸氣體保存及次生聚集。正向微構(gòu)造發(fā)育的裂隙提供了相對較大的氣體儲集空間，不斷解吸出來的煤層氣順著優(yōu)勢降壓方向向上運移至相對構(gòu)造高部位。隨著排采降壓及煤層氣不斷解吸，這個運移過程是持續(xù)的，只要解吸氣“源”不斷，解吸出來的氣體就會不斷地向高部位運移，從而在正向微構(gòu)造高部位形成“動態(tài)氣藏”(圖2)。

圖2 正向微構(gòu)造高部位煤層氣“動態(tài)氣藏”形成過程示意

與常規(guī)天然氣控藏機理相比，煤層氣“動態(tài)氣藏”差異性主要體現(xiàn)在以下2點：

第1，表象相似但本質(zhì)不同(圖3)。常規(guī)天然氣大型背斜圈閉的天然氣在原位條件下就是“游離氣”，在儲層開發(fā)之前已客觀存在。原位條件下煤層氣主要以吸附態(tài)賦存，開發(fā)過程中“動態(tài)氣藏”的氣源來自不斷解吸出來的“解吸氣”，這種“氣藏”形成于開發(fā)過程，需要正向微構(gòu)造和封蓋性圍巖2個基本條件。

圖3 煤層微構(gòu)造“動態(tài)氣藏”控藏機理示意

第2，生產(chǎn)特征表現(xiàn)出較大差異性。常規(guī)天然氣圈閉氣藏氣井生產(chǎn)曲線通常呈現(xiàn)為遞減趨勢，而煤層正向微構(gòu)造“動態(tài)氣藏”氣井的產(chǎn)氣歷史具有解吸氣“峰型”曲線的典型特征(圖4)。煤層正向微構(gòu)造“動態(tài)氣藏”具有背斜圈閉性質(zhì)，高產(chǎn)氣源除了該部位煤層解吸氣外，另一重要來源是來自構(gòu)造相對低部位煤層的解吸氣，只有當(dāng)排水降壓到一定程度后才能開始產(chǎn)氣，而且補充氣源隨著排采時間延長而不斷增強，產(chǎn)氣量不斷增高，當(dāng)有限解吸影響半徑范圍內(nèi)補充氣源逐漸耗竭之后，產(chǎn)氣量隨之衰減。這些部位單井產(chǎn)量通常要比該井的井控儲量高的多，呈現(xiàn)采出程度超過100%的現(xiàn)象，如沁水盆地潘莊區(qū)塊和潘河區(qū)塊、鄂爾多斯盆地保德區(qū)塊(下述)以及美國、澳大利亞一些區(qū)塊。

圖4 常規(guī)天然氣圈閉氣藏與煤層正向微構(gòu)造“動態(tài)氣藏”的氣井生產(chǎn)特征曲線對比

2 微構(gòu)造控產(chǎn)模式案例分析

鄂爾多斯盆地東緣北段保德區(qū)塊是國內(nèi)首個規(guī)模開發(fā)的中低階煤層氣田，為一西傾的單斜構(gòu)造，局部發(fā)育多個次級褶皺。主力煤層為山西組4+5號煤層和太原組8+9號煤層，厚度平均分別為6.6,11.3 m，含氣量呈東低西高的趨勢。區(qū)塊北部是主要開發(fā)區(qū)，整體位于弱徑流區(qū)，煤層厚度大，煤層頂板以泥巖為主、局部泥質(zhì)砂巖，底板以泥巖為主；南部主力煤層減薄、構(gòu)造相對復(fù)雜，發(fā)育兩條大斷層，東部靠近煤層露頭線，資源條件相對較差。區(qū)塊不同(微)構(gòu)造單元的劃分、煤層頂板巖性分布、總礦化度平面分布隨時間變化等詳見文獻(xiàn)[35-37]。

2.1 不同微構(gòu)造部位煤儲層流場動態(tài)變化規(guī)律

保德區(qū)塊煤儲層流場隨時間呈現(xiàn)明顯的變化規(guī)律(圖5，6)。截止目前，區(qū)塊已開發(fā)11 a，從見氣后的解吸初期到進(jìn)入穩(wěn)產(chǎn)階段歷時5 a，從穩(wěn)產(chǎn)到解吸中后期歷時6 a。煤層氣解吸規(guī)律與煤層厚度、含氣量平面分布的對應(yīng)關(guān)系不太明顯，而與微構(gòu)造分布密切相關(guān)(表1)。正向微構(gòu)造、埋深淺的部位優(yōu)先解吸，隨著時間推移，氣場高值范圍逐漸擴(kuò)展到斜坡部位。負(fù)向構(gòu)造、正向構(gòu)造背景下的負(fù)向微構(gòu)造、斷層附近井，在解吸初中期，無論頂板封蓋性如何都普遍表現(xiàn)出高產(chǎn)水、低產(chǎn)氣；到解吸后期，隨著水的大量排出，位于正向構(gòu)造背景下的負(fù)向微構(gòu)造部位的煤層氣井，開發(fā)后期將出現(xiàn)較高產(chǎn)量。分析區(qū)塊累產(chǎn)水分布動態(tài)變化規(guī)律，高產(chǎn)水井主要位于破壞性斷層附近、負(fù)向構(gòu)造和正向構(gòu)造背景下的負(fù)向微構(gòu)造部位等(圖7)。據(jù)此，劃分出既能為周邊井做貢獻(xiàn)后期還能高產(chǎn)氣、僅為周邊井做貢獻(xiàn)、無效排水等3種類型的井，為區(qū)塊后期煤層氣井部署和老區(qū)綜合治理提供了依據(jù)(表2)。

圖5 保德區(qū)塊煤層氣流場動態(tài)變化規(guī)律

圖6 保德區(qū)塊煤儲層地下水流場動態(tài)變化規(guī)律

表1 保德區(qū)塊煤儲層流場動態(tài)變化規(guī)律與預(yù)測

圖7 保德區(qū)塊不同微構(gòu)造部位煤層氣井平均排采曲線

表2 煤層氣高產(chǎn)水井類型所在構(gòu)造部位及微構(gòu)造部位水場變化規(guī)律

2.2 不同微構(gòu)造部位煤層氣井平均單井曲線特征

統(tǒng)計顯示，保德區(qū)塊高、低產(chǎn)井分布與正向微構(gòu)造、負(fù)向微構(gòu)造相關(guān)性高達(dá)到94%，高產(chǎn)井主要位于頂板為泥巖的寬緩正向微構(gòu)造。區(qū)塊2015年底進(jìn)入穩(wěn)產(chǎn)階段，排采效果最好的為正向微構(gòu)造部位井，29.85%的井?dāng)?shù)為區(qū)塊貢獻(xiàn)了55%的累產(chǎn)，單井平均穩(wěn)產(chǎn)水平4 500 m/d；其次是斜坡部位井，單井穩(wěn)產(chǎn)水平1 800 m/d；負(fù)向微構(gòu)造部位井的產(chǎn)氣最低，生產(chǎn)近10 a后單井平均為300 m/d，且仍有未產(chǎn)氣的井(圖7)。正向微構(gòu)造和斜坡部位井整體表現(xiàn)為上產(chǎn)快、日產(chǎn)氣和累產(chǎn)氣均高、產(chǎn)水較少；負(fù)向微構(gòu)造井產(chǎn)水大、產(chǎn)氣量低、上產(chǎn)緩慢。保德區(qū)塊北部單斜構(gòu)造上發(fā)育一大型正向構(gòu)造(背斜)，其上發(fā)育保1次隆、保8次隆2處正向微構(gòu)造，中間發(fā)育3V次洼(圖5，6，9(a))。其中，楊家灣大井組(圖9(b))位于保1次隆單元最高部位，由24口井組成。保1次隆煤層氣整體采出程度為41%，構(gòu)造更高部位的楊家灣大井組采出程度為50%，采出程度高出9%。在楊家灣大井組中，位于最高部位的保1-3向2井采出程度為116%，目前仍保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

圖9 保德區(qū)塊構(gòu)造剖面及楊家灣井組位置

不同微構(gòu)造部位煤層氣井產(chǎn)量遞減時間明顯不一：楊家灣大井組的出現(xiàn)了3口遞減井，平均生產(chǎn)8.3 a開始遞減，保1次隆單元中出現(xiàn)遞減現(xiàn)象的井平均生產(chǎn)5 a開始遞減，高部位大井組開始遞減時間平均延遲3.3 a。開始遞減時的采出程度也存在明顯差異，楊家灣老井開始遞減時的采出程度達(dá)到52%，保1次隆單元出現(xiàn)遞減現(xiàn)象的井開始遞減時的采出程度只有22.8%，高部位楊家灣大井組開始遞減時的采出程度是其他部位井遞減井采出程度的2.3倍(圖10)。也就是說，構(gòu)造高部位煤層氣井并非暫時高產(chǎn)，而是長期高產(chǎn)。

圖10 保1次隆單元與其構(gòu)造高部位楊家灣井組遞減特征對比

根據(jù)保德區(qū)塊煤層氣井生產(chǎn)曲線特征，除因修井恢復(fù)，開始時刻和整個生產(chǎn)過程產(chǎn)量沒有明顯突增現(xiàn)象，整體趨勢為產(chǎn)水漸降、產(chǎn)氣漸升、壓力平穩(wěn)下降，說明整個過程都在解吸，排除了由原始游離氣的補給(圖8)。既然沒有原始游離氣，鼻隆井之所以采出程度特別高還能持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，表明除該井解吸氣外，惟一穩(wěn)定氣源就是在開發(fā)過程中翼部周邊井不斷緩慢解吸出來的氣體補給，補給氣源向上運移至高部位聚集形成的“動態(tài)氣藏”。

圖8 保德區(qū)塊不同微構(gòu)造部位典型井排采曲線

2.3 負(fù)向構(gòu)造煤層氣井產(chǎn)氣產(chǎn)水效果分區(qū)規(guī)律

以次級向斜軸部為基準(zhǔn)，將煤層氣排采井劃分為緩側(cè)和陡側(cè)井。保德區(qū)塊排采井到向斜軸部的距離，與穩(wěn)定日產(chǎn)氣關(guān)系均表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)，與見氣時間關(guān)系均具有明顯的負(fù)相關(guān)。隨著與向斜軸線距離的增大，陡側(cè)井穩(wěn)產(chǎn)氣量變化增大，見氣也快；大于向斜陡側(cè)曲率半徑73.5% 或向斜緩側(cè)曲率半徑78%范圍為主力產(chǎn)氣區(qū)，小于向斜陡側(cè)曲率半徑51%或向斜緩側(cè)曲率半徑40%范圍為產(chǎn)水主力區(qū)(圖11)。

圖11 保德區(qū)塊距向斜軸部距離的煤層氣井產(chǎn)氣效果分區(qū)

3 基于微構(gòu)造控產(chǎn)模式的增產(chǎn)工程措施

3.1 甜點區(qū)評價、井位部署和開發(fā)方案調(diào)整

在煤層氣資源條件評價基礎(chǔ)上，開展正向微構(gòu)造和平緩斜坡有利區(qū)的精細(xì)評價，將煤層氣資源有利區(qū)與微構(gòu)造有利區(qū)疊合，最終獲得煤層氣地質(zhì)-工程共甜點的開發(fā)甜點區(qū)，形成了一套基于微構(gòu)造控藏理論的井位優(yōu)化部署技術(shù)?；谖?gòu)造分析的煤層氣高效開發(fā)精準(zhǔn)部署和中高產(chǎn)井培育模式包括：“正向微構(gòu)造+圍巖封閉條件好”高產(chǎn)井模式；“平緩斜坡構(gòu)造+圍巖封閉條件較好”中產(chǎn)井模式；避免部署“斷層構(gòu)造/煤礦采動區(qū)/徑流區(qū)”低產(chǎn)低效井模式。需要強調(diào)指出：獨立向斜軸部一般難有效益產(chǎn)量井，但對向斜翼部井排水降壓起到一定作用，因此研發(fā)更快排水降壓技術(shù)可能成為突破向斜部位煤層氣井產(chǎn)氣瓶頸的重要研究方向。與油藏“注水井”、“采油井”一樣，亦可考慮專門定義少量向斜軸部井為煤層氣“排水井”、斜坡或正向構(gòu)造部位井為“采氣井”，在向斜軸部單相水為主狀態(tài)下，“排水井”以較高水量優(yōu)先生產(chǎn)，以實現(xiàn)向斜翼部和構(gòu)造高部位煤層整體排水降壓，達(dá)到煤層氣面積降壓解吸釋放的目的，從而整體上實現(xiàn)煤層氣田整體高效開發(fā)。針對“正向構(gòu)造背景的負(fù)向微構(gòu)造”煤層氣井，可通過加強排采強度，可望在后期獲得較高產(chǎn)量。

在煤層氣井開發(fā)中期方案調(diào)整時，可優(yōu)選位于斜坡或正向微構(gòu)造、圍巖條件較好的井網(wǎng)不完善部位，采取井網(wǎng)加密井、滾動擴(kuò)邊方式，以提高煤層氣資源動用程度；位于負(fù)向(向斜)構(gòu)造區(qū)域，可采用對已有井更換大型泵的途徑，加大排采強度。

利用微構(gòu)造的相似性，在保德區(qū)塊未開發(fā)區(qū)資源落實的相同正向微構(gòu)造或平緩斜坡部位，目前已優(yōu)化部署井網(wǎng)完善和滾動擴(kuò)邊I期、II期、國內(nèi)首個煤層氣大平臺保8項目等4期開發(fā)方案累計233口。已投產(chǎn)井具有上產(chǎn)快、穩(wěn)得住的特點，9個月全見套壓。其中，正向微部位井產(chǎn)氣效果最好，排采1 a的煤層氣井產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到13 000 m/d。同時，基于深部微構(gòu)造成果認(rèn)識，還指導(dǎo)了中石油煤層氣有限責(zé)任公司國內(nèi)首個埋深大于2 000 m深層煤層氣先導(dǎo)試驗方案的編制，利用微構(gòu)造相似性，通過已試采老井直井的開發(fā)效果和生產(chǎn)規(guī)律，明確了深部煤層氣高產(chǎn)主控因素為有利微構(gòu)造(正向和平緩微構(gòu)造)與壓裂改造規(guī)模(加砂量和排量)，指出了突破深部煤層氣的勘探開發(fā)方向。在大吉地區(qū)正向微構(gòu)造和平緩構(gòu)造部位優(yōu)化部署20口先導(dǎo)試驗水平井，其中位于平緩構(gòu)造部位的吉深6-7平01井，試驗極限大規(guī)模壓裂技術(shù)攻關(guān)成功，日產(chǎn)氣量突破100 000 m，埋深大于2 000 m的深部煤層氣井獲得高產(chǎn)突破，為國內(nèi)深部煤層氣規(guī)模開發(fā)做出了典型示范。

3.2 老井產(chǎn)量遞減原因分析與綜合治理指導(dǎo)

依據(jù)微構(gòu)造控藏機理，可劃分出正向微構(gòu)造、負(fù)向微構(gòu)造、斜坡單元和斷層附近區(qū)、煤礦采動區(qū)5類構(gòu)造單元，明確不同微構(gòu)造單元各種遞減類型井整體平面趨勢規(guī)律，梳理清楚老井遞減井原因，針對性地指導(dǎo)不同構(gòu)造部位的煤層氣井的綜合治理。

以保德區(qū)塊為例，將問題老井劃分為高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型、緩慢遞減A型、近期產(chǎn)量突停B型、修井污染影響C型、水大低產(chǎn)D型、間斷產(chǎn)氣E型6類，發(fā)現(xiàn)不同類型問題井的典型特征曲線和分布規(guī)律，從正向微構(gòu)造單元到斜坡單元，到負(fù)向微構(gòu)造單元，再到采空區(qū)附近、斷層附近，整體上好井比例減少，差井比例增大(表3)。

表3 煤層氣老井特征曲線及其微構(gòu)造平面分布規(guī)律(據(jù)文獻(xiàn)[36]修改)

在6類煤層氣井中，有5種類型與微構(gòu)造分布有關(guān)。正向微構(gòu)造及斜坡單元以高穩(wěn)產(chǎn)和緩慢遞減A型為主，占比近60%，其中緩慢遞減井液面已降至煤層附近，主要是由于降壓幅度有限而導(dǎo)致的遞減；B型井主要分布在在構(gòu)造線相對密集或構(gòu)造陡變部位；C型井與修井工程污染有關(guān)，地質(zhì)分布規(guī)律不明顯；負(fù)向構(gòu)造部位以持續(xù)水大低產(chǎn)D型為主；采空區(qū)附近、斷層附近以間斷產(chǎn)氣E型為主。

針對這些實際特點，提出了延緩老井遞減的分級應(yīng)對措施建議，給出了B類井一級優(yōu)先、C類井2級優(yōu)先、D類井3級優(yōu)先的分級治理方案。深入剖析每個微構(gòu)造單元所有老井，摸清遞減類型占比，明確了具備治理潛力的井名、井?dāng)?shù)和分布，為更為精細(xì)、更有針對性地開展綜合治理提供依據(jù)。

3.3 生產(chǎn)井管理與設(shè)備選型

針對不同微構(gòu)造單元，制定“一藏一策”、“一井一法”的生產(chǎn)井精細(xì)管理措施。未產(chǎn)氣井要分類對待，特別針對位于正向構(gòu)造背景下的負(fù)向微構(gòu)造及向斜構(gòu)造部位井，建議采用大型泵排采，針對位于“正向構(gòu)造背景下的負(fù)向微構(gòu)造、頂板封蓋性較好”的井，開發(fā)后期有望獲得較高產(chǎn)量。

根據(jù)距向斜軸部距離與產(chǎn)氣的量化關(guān)系，可優(yōu)化煤層氣井井網(wǎng)井距和優(yōu)選排采設(shè)備(圖11)：在正向微構(gòu)造和斜坡區(qū)以較小井距進(jìn)行新井部署，排采設(shè)備優(yōu)選中小型泵；在向斜曲率半徑40%的主力產(chǎn)水范圍內(nèi)，按照較大井距部署井位，排采設(shè)備優(yōu)選大型泵。

對于進(jìn)入遞減后期的區(qū)塊或井區(qū)，平均套壓較低，甚至可能會比地面管網(wǎng)輸送壓力還低的現(xiàn)象，導(dǎo)致煤層氣進(jìn)管網(wǎng)困難，從而抑制區(qū)塊或井區(qū)煤層氣進(jìn)一步解吸，從整體穩(wěn)產(chǎn)角度，可以采取降低地面管網(wǎng)壓力為主的方法，進(jìn)一步釋放煤層氣解吸空間。

3.4 微構(gòu)造控藏機理的可推廣性

國內(nèi)外不少區(qū)塊已經(jīng)呈現(xiàn)出微構(gòu)造控藏現(xiàn)象，特別是正向微構(gòu)造部位單井高產(chǎn)已有不少報道。微構(gòu)造是可見可描述的，可以通過地震解釋剖面予以揭示，可以用構(gòu)造曲率參數(shù)來定量表征，亦可以通過三維精細(xì)構(gòu)造建模直觀展示，特別可以通過是水平井鉆井(導(dǎo)向)軌跡和隨鉆測井解釋即可得到煤層微幅構(gòu)造的識別與刻畫，規(guī)避了由于計算參數(shù)獲取困難、生產(chǎn)測試等樣品數(shù)不足等造成的煤層氣區(qū)塊難以精細(xì)描述等問題，現(xiàn)場操作性更強。通過微構(gòu)造控藏機理和控產(chǎn)規(guī)律研究，利用生產(chǎn)大數(shù)據(jù)和微構(gòu)造的相似性，通過研究已知微構(gòu)造部位煤層氣井的生產(chǎn)特征，可以預(yù)測同區(qū)塊未開發(fā)區(qū)相似微構(gòu)造部位井產(chǎn)能和生產(chǎn)特征，從而預(yù)測區(qū)塊整體的開發(fā)規(guī)律。

4 結(jié) 論

(1)提出了微構(gòu)造對煤層氣的控藏機理，其基本內(nèi)涵包括兩大范疇：微構(gòu)造對煤儲層地質(zhì)條件影響和微構(gòu)造對煤層氣開發(fā)生產(chǎn)影響，明確了控藏機理各要素之間銜接關(guān)系，微構(gòu)造對煤層含氣性、地應(yīng)力、滲透率、壓裂改造效果、煤粉產(chǎn)出、解吸后氣水分布等地質(zhì)條件與開發(fā)動態(tài)特征各要素的共同耦合作用，造就了不同微構(gòu)造部位產(chǎn)氣效果的明顯差異。

(2)指出了微構(gòu)造對煤層氣開發(fā)動態(tài)的影響存在于生產(chǎn)全過程，特別是煤層氣井抽采解吸后，打破了煤層原始平衡狀態(tài)，這種動態(tài)調(diào)整導(dǎo)致微構(gòu)造高、低部位氣水占比發(fā)生變化，進(jìn)一步影響不同部位氣、水兩相的流動能力，從而影響煤層氣井的見氣、見水時間以及氣水產(chǎn)量。生產(chǎn)過程中，在微構(gòu)造高部位逐漸形成新生的“動態(tài)氣藏”，最終影響了全生命周期的煤層氣開發(fā)效益。在此過程中，滲透率銜接了煤層氣地質(zhì)條件與開發(fā)條件，2者耦合構(gòu)成了“動態(tài)氣藏”發(fā)育特點的關(guān)鍵因素。當(dāng)煤層滲透率越低時，兩相流動范圍會變的更小，可動水流動范圍變小，動態(tài)含水或含氣飽和度的輕微變化對氣相、水相滲透率變化程度的影響更為敏感，需開展更加精細(xì)構(gòu)造研究。

(3)煤層氣屬于連續(xù)性“甜點區(qū)”非常規(guī)氣，然而，部分區(qū)塊煤層氣高產(chǎn)井主要位于微構(gòu)造高點的客觀現(xiàn)象，說明微構(gòu)造對開發(fā)生產(chǎn)過程影響更為重要。相比其他部位，正向微構(gòu)造最大的優(yōu)勢在于地應(yīng)力相對較低、微裂隙發(fā)育、滲透性好，而應(yīng)力低、保持煤層良好滲透性正是煤層氣井高產(chǎn)的關(guān)鍵，指出了未來煤層氣工程技術(shù)(釋放應(yīng)力、增滲改造等)的攻關(guān)方向。

(4)發(fā)現(xiàn)了煤儲層流場在不同解吸階段的變化規(guī)律與微構(gòu)造形態(tài)的密切相關(guān)，指導(dǎo)了高產(chǎn)水井類型的劃分和6類煤層氣井的生產(chǎn)管理。明確了高產(chǎn)水井的微構(gòu)造分布特點，進(jìn)一步劃分出“為周邊井做貢獻(xiàn)且后期高產(chǎn)”、“為周邊井做貢獻(xiàn)”、“無效排水”3種類型。梳理了不同類型煤層氣井典型特征曲線及其微構(gòu)造平面分布規(guī)律，對煤層氣井排采管理、綜合治理具有重要指導(dǎo)意義。

(5)利用微構(gòu)造的相似性，提出了預(yù)測未開發(fā)區(qū)相似地質(zhì)條件煤層氣井產(chǎn)能和開發(fā)規(guī)律的新思路。建議加大對煤層精細(xì)構(gòu)造研究，對于不同微構(gòu)造部位，開展針對性的井網(wǎng)井距優(yōu)化、分別按照排水/采氣為目的來部署井位、針對性的壓裂規(guī)模設(shè)計、差異化的排采制度管理和綜合治理，以實現(xiàn)更精準(zhǔn)的開發(fā)技術(shù)對策和排采管理方法，促進(jìn)煤層氣高效開發(fā)。