破解煤層氣“密碼”的華北方案

邱宜東　黃韜　任遠(yuǎn)

華北油田在山西沁水盆地開(kāi)發(fā)煤層氣已經(jīng)16年，累計(jì)向國(guó)家貢獻(xiàn)清潔能源100多億立方米。然而，受煤層埋深大、滲透率低、局部構(gòu)造復(fù)雜等因素影響，導(dǎo)致煤層氣區(qū)塊整體資源始終未能得到有效利用。

如何高效盤(pán)活沁水盆地“烏金”中的資源？華北油田煤層氣人面對(duì)難題，解放思想、打破常規(guī)，變“不可能”為“可能”，創(chuàng)新地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)，堅(jiān)持地質(zhì)工程一體化，以“四變”疏導(dǎo)為手段，在鄭莊區(qū)塊實(shí)現(xiàn)新鉆水平井日產(chǎn)氣量萬(wàn)方以上井比例超過(guò)40%的基礎(chǔ)上，又傳來(lái)單井最高日產(chǎn)氣達(dá)到2.3萬(wàn)立方米好消息，打破了該地區(qū)煤層氣16年沉寂，通過(guò)破解煤層氣“密碼”，華北油田已建成我國(guó)首個(gè)年地面抽采能力超過(guò)20億立方米的煤層氣田，從而牢牢地將煤層氣的能源“金飯碗”端在了手里。

? 一、解碼井型最大控儲(chǔ)，變“直井”為“水平井”

鄭莊區(qū)塊于2010年開(kāi)始規(guī)模建產(chǎn)，初期產(chǎn)能建設(shè)開(kāi)發(fā)井型以直井為主，通過(guò)近4年精細(xì)排采，到2015年，日產(chǎn)氣量?jī)H50萬(wàn)立方米，直井平均日產(chǎn)氣量500方，表現(xiàn)為低產(chǎn)井比例達(dá)50%，采氣速度1.1%，產(chǎn)能到位率僅24%，開(kāi)發(fā)效果差、效益差。

該區(qū)塊煤層氣資源富集，是樊莊區(qū)塊取得成功經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)后的推廣應(yīng)用區(qū)塊，亦是華北油田拓展煤層氣業(yè)務(wù)的關(guān)鍵區(qū)塊，那么，資源富集卻低產(chǎn)低效的原因是什么？如何才能有效提高單井氣量？如何才能實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)？要尋找主因，唯有創(chuàng)新思路?？蒲腥藛T通過(guò)橫向地質(zhì)參數(shù)對(duì)比、縱向儲(chǔ)層精細(xì)評(píng)價(jià)，室內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)同分析，深挖根源找主控，明確了該區(qū)塊位于寺頭斷層下降盤(pán)，受構(gòu)造影響，為擠壓型儲(chǔ)層，地應(yīng)力大、物性差，常規(guī)直井改造不僅井控范圍小，而且壓降漏斗難擴(kuò)展，要提高產(chǎn)量唯有改變井型。在深化儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新研發(fā)了L型水平井新井型，精細(xì)構(gòu)建水平井導(dǎo)向地質(zhì)模型，“靶前辨標(biāo)志，逐層逼近”，確保成功著陸，同時(shí)堅(jiān)持“靶后走甜點(diǎn)，精刻甜點(diǎn)剖面”保證煤層鉆遇率。通過(guò)長(zhǎng)水平進(jìn)尺串接天然裂縫，實(shí)現(xiàn)最大控儲(chǔ)，源頭上增大井控資源支撐高產(chǎn)。

目前，華北油田綜合實(shí)現(xiàn)煤層氣水平井產(chǎn)量大幅提升，產(chǎn)能到位率達(dá)95%以上，日產(chǎn)1萬(wàn)立方米單井比例達(dá)40%以上，邁向了新高度。

? 二、解碼工藝儲(chǔ)層增滲，變“低滲”為“高滲”

沁水盆地屬于高階煤儲(chǔ)層，具有低壓、低滲、低飽和、非均質(zhì)性強(qiáng)的“三低一強(qiáng)”特征，煤巖滲透率普遍小于1毫達(dá)西，國(guó)外普遍認(rèn)為高階煤是勘探開(kāi)發(fā)的“禁區(qū)”，很難實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)通過(guò)不斷創(chuàng)新壓裂改造工藝，意識(shí)到通過(guò)壓裂改造可以在高階煤儲(chǔ)層取得工業(yè)氣流。那么，對(duì)于滲透率更低、直井井均產(chǎn)量不足500方的鄭莊區(qū)塊，如何才能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)？

華北油田煤層氣以“地質(zhì)工程一體化”為思路，打破專(zhuān)業(yè)技術(shù)壁壘，通過(guò)頂層設(shè)計(jì)思考運(yùn)籌，以地質(zhì)思維攻關(guān)工程技術(shù)，編制科學(xué)合理的技術(shù)方案，找準(zhǔn)定位、有的放矢，實(shí)現(xiàn)工程地質(zhì)相匹配。在鉆井工程方面，以“低污染、優(yōu)質(zhì)煤層鉆進(jìn)”為理念，研發(fā)新型鉆井液，降低污染保護(hù)原始滲透率;采用近鉆頭測(cè)量，仿佛給鉆頭配上“眼睛”增加優(yōu)質(zhì)煤層進(jìn)尺提高井眼滲透率。為了滿足不同井場(chǎng)條件、壓裂規(guī)模和排量工藝的要求，在工程方面，工程技術(shù)人員克服前期煤層氣水平井壓裂工藝技術(shù)單一、施工進(jìn)度慢、改造范圍小等問(wèn)題，分而治之、逐個(gè)擊破，依據(jù)煤體物性、埋深及地應(yīng)力分析煤體差異，形成了當(dāng)前以橋射聯(lián)作和連續(xù)油管工藝為主體的水平井分段改造工藝。

通過(guò)大力實(shí)施“地質(zhì)工程一體化”，華北油田目前已實(shí)現(xiàn)煤層氣鉆井提速10%，煤層鉆遇率達(dá)到96%。

? 三、解碼機(jī)理提高效率，變“慢排”為“快返”

隨著煤層氣開(kāi)發(fā)的不斷深入，對(duì)煤層氣井排采管控提出了更高的新的要求，排采管控不僅要保障煤層氣井產(chǎn)能的有效釋放，更要通過(guò)科學(xué)合理的控制縮短排水提產(chǎn)期，提高動(dòng)態(tài)滲透率，提高流體產(chǎn)出效率。

技術(shù)人員以“疏導(dǎo)式排采”為理念，依托室內(nèi)試驗(yàn)，深化機(jī)理研究，細(xì)化流體產(chǎn)出規(guī)律研究，針對(duì)不同儲(chǔ)層特征、井網(wǎng)條件，形成了水平井差異化排采管控技術(shù)。針對(duì)井網(wǎng)內(nèi)已降壓區(qū)，采用“快降快提”排采模式，有效縮短排水周期，快速降壓解吸產(chǎn)氣，減小壓裂對(duì)儲(chǔ)層的增壓作用，充分釋放單井產(chǎn)能。針對(duì)井網(wǎng)外未降壓區(qū)，采用擴(kuò)邊井定水-定壓排采模式，延長(zhǎng)排水周期，實(shí)現(xiàn)壓降漏斗最大化擴(kuò)展，延長(zhǎng)穩(wěn)產(chǎn)期。

二季度，該分公司已實(shí)現(xiàn)煤層氣井產(chǎn)量和煤層氣開(kāi)發(fā)效率的雙提升，排水提產(chǎn)期由原來(lái)的半年以上縮短至3～4個(gè)月，提產(chǎn)效率顯著提升，從控制上優(yōu)化排采技術(shù)保障上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

? 四、解碼現(xiàn)場(chǎng)最優(yōu)保障，變“傳統(tǒng)”為“數(shù)控”

與常規(guī)油氣儲(chǔ)層相比，煤儲(chǔ)層往往在生產(chǎn)過(guò)程中更容易造成儲(chǔ)層傷害。因此，現(xiàn)場(chǎng)的精細(xì)管理始終是煤層氣井全生命周期永恒的主體，考驗(yàn)著每一名煤層氣人。

以“最優(yōu)保障”為理念，為科學(xué)合理上產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，技術(shù)人員深化微觀滲流與宏觀流動(dòng)匹配，建立符合地下氣、水客觀規(guī)律的排采方法與管控指標(biāo)，從宏觀指標(biāo)控制向微觀指標(biāo)轉(zhuǎn)變，利用控制指標(biāo)，讓現(xiàn)場(chǎng)工人快速掌握現(xiàn)場(chǎng)操作流程;利用滲流指標(biāo)，讓開(kāi)發(fā)人員快速讀懂地下滲流狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制。同時(shí)，以“穩(wěn)定、高效、節(jié)能、環(huán)?！睘楹诵模瑑?yōu)化舉升排采工藝設(shè)備，實(shí)現(xiàn)水平井排采設(shè)備多元化，建立水平井排采工藝選型圖版，保障L型水平井實(shí)現(xiàn)智能化、遠(yuǎn)程化、精細(xì)化、數(shù)字化精細(xì)控制。

華北油田以智能排采為切入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了由自動(dòng)化向智慧化的轉(zhuǎn)變。智能排采的廣泛應(yīng)用和智能間抽排采規(guī)模的不斷推廣，使得數(shù)據(jù)能夠溯源，排采參數(shù)最優(yōu)化，惡劣天氣可遠(yuǎn)程管控，滿足了煤層氣井排采規(guī)律的要求。智能排采控制系統(tǒng)的實(shí)施，避免員工到井場(chǎng)上進(jìn)行操作，不僅降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且節(jié)約了勞動(dòng)力成本。用計(jì)算機(jī)替代生產(chǎn)中各種危險(xiǎn)和耗費(fèi)大量人力物力的環(huán)節(jié)，提高了安全生產(chǎn)系數(shù)。在此控制系統(tǒng)下，煤層氣井的排采符合連續(xù)、漸變、穩(wěn)定、高效的排采模式，降低了煤層氣井排采成本，提高了排采效率和精細(xì)排采程度，使煤層氣的勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)入了安全化生產(chǎn)、智能化排采、精細(xì)化管理階段。從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)到調(diào)控中心立體化氣田生產(chǎn)監(jiān)控、運(yùn)行、指揮的模式已逐步形成，華北油田正加速建設(shè)更加快捷高效的智慧型煤層氣及生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)。

走過(guò)16年煤層氣勘探開(kāi)發(fā)路，華北油田公司依托科技創(chuàng)新，持續(xù)升級(jí)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)、創(chuàng)新現(xiàn)場(chǎng)管理模式，在高階煤儲(chǔ)層中刨出了華北油田煤層氣“半壁江山”，夯實(shí)了煤層氣業(yè)務(wù)高質(zhì)量發(fā)展的技術(shù)、管理、經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。

（作者單位：華北油田山西煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分公司 邱宜東 黃韜 任遠(yuǎn)）