大佛寺井田煤層氣井生產(chǎn)特征研究

郭燕珩，張 林，陳 龍，劉海濤

（陜西省煤層氣開發(fā)利用有限公司，陜西 西安 710065）

1 井田概況

大佛寺井田主體構(gòu)造位置位于彬縣背斜以北的大佛寺向斜區(qū)南翼，并向南跨越彬縣背斜。總體構(gòu)造為一向北傾斜的單斜構(gòu)造，由三疊系基底繼承而來。地層傾角平緩，一般3°～5°，最大17°～21°[1]。由于受同沉積構(gòu)造作用的影響，煤礦內(nèi)由北向南依次有安化向斜、祁家背斜、師家店向斜、彬縣背斜等。據(jù)鉆孔揭露，未發(fā)現(xiàn)斷層（見圖1），但據(jù)三維地震勘探結(jié)果顯示，井田內(nèi)存在小斷層。

井田內(nèi)延安組4 煤全井田可采，煤層全厚0～19.42m，平均11.65m，屬特厚煤層。剖面上：自下而上含煤性變差，下含煤段含煤性好，中段次之，上段極差。平面上：井田周邊向中心區(qū)含煤性變好，東部較西部含煤性好。

井田侏羅系以上地層未經(jīng)受強(qiáng)烈的構(gòu)造擠壓和變形，構(gòu)造簡單，對煤體結(jié)構(gòu)無重大破壞。各煤層均為細(xì)條帶—條帶結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，煤層劃分以原生結(jié)構(gòu)煤為主，其次為碎裂結(jié)構(gòu)煤，且4 煤滲透率為3.06～5.73mD，整體而言，該區(qū)煤層滲透率較好[2]。

通過對測試的瓦斯含量有效數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：4煤空氣干燥基瓦斯含量為1.00～5.57m3/t，平均2.37m3/t；干燥無灰基瓦斯含量為1.19～6.29m3/t，平均2.75m3/t。甲烷濃度55.31%～89.8%，平均75.33%[3]。

總體而言，大佛寺井田煤層氣地質(zhì)條件比較優(yōu)越，是煤層氣勘探開發(fā)的有利區(qū)域。

2 煤層氣井產(chǎn)能分級

科學(xué)合理的分級分類有助于生產(chǎn)管理，并能夠?yàn)樯a(chǎn)措施的實(shí)施提供依據(jù)。按照穩(wěn)產(chǎn)期的平均日產(chǎn)氣量、日產(chǎn)水量及穩(wěn)產(chǎn)期的穩(wěn)定程度，把本區(qū)塊煤層氣井劃分為4個(gè)級別：

（1）高產(chǎn)氣井：氣井的日產(chǎn)氣量大于4000m3/d，穩(wěn)產(chǎn)期一般相對較長，在4個(gè)月以上；

（2）中產(chǎn)氣井：氣井的日產(chǎn)氣量在500～4000m3/d之間，穩(wěn)產(chǎn)期較短或基本沒有穩(wěn)產(chǎn)期，排水期較短；

（3）低產(chǎn)氣井：氣井的日產(chǎn)氣量在100～500m3/d之間，穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間很短，基本在產(chǎn)氣量達(dá)到產(chǎn)氣峰值之后就迅速下降；

（4）不產(chǎn)氣井：由于投產(chǎn)時(shí)間較短，氣井還處于排水階段，未開始產(chǎn)氣，產(chǎn)氣量為零或投產(chǎn)時(shí)間較長，氣井只產(chǎn)水不產(chǎn)氣。

統(tǒng)計(jì)分析了礦區(qū)42口井的資料，高產(chǎn)氣井9口，占22%；中產(chǎn)氣井22 口，占52%；低產(chǎn)氣井4 口，占9%；不產(chǎn)氣井7口，占17%（圖1、圖2）。

圖2 大佛寺井田產(chǎn)能分級圖

3 不同類型井生產(chǎn)特征研究

3.1 高產(chǎn)氣井生產(chǎn)特征

本井田高產(chǎn)氣井通常穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間相對較長(一般大于4 個(gè)月)，且峰值產(chǎn)量高(氣井的日產(chǎn)氣量大于4000m3/d)。同樣，高產(chǎn)氣井排水期也較短，一般在產(chǎn)水量達(dá)到最高值時(shí)才開始產(chǎn)氣，之后產(chǎn)氣量逐漸上升，產(chǎn)水量逐漸下降。

DFS-C02井為近端對接多分支水平井，煤層進(jìn)尺累計(jì)3033m，煤層厚度17.5m，本井選井井位好，處于師家店向斜控制的中心地帶，煤層含氣量高，煤層厚度大，井眼軌跡上傾明顯并且平滑，最大程度的符合了井位重力、應(yīng)力和壓力這三種力的控制[4]，并且處在煤礦井下煤層開采擾動(dòng)較遠(yuǎn)區(qū)域，煤層圈閉性較好，地質(zhì)水文條件好。并且實(shí)施了欠平衡作業(yè)，欠壓值為0.50MPa 左右，同時(shí)在鉆井過程中發(fā)生井口嚴(yán)重失返的情況下，依然采用清水鉆進(jìn)，實(shí)行邊漏邊補(bǔ)水邊鉆進(jìn)，最大程度地防止了煤層污染和通道堵塞的情況，并且在完井后進(jìn)行了清水洗井，進(jìn)一步清潔了井眼，后期在排采過程中經(jīng)過了長期的降水降壓的過程，期間在排采制度上經(jīng)過多方專家論證進(jìn)行了一系列的摸索、修訂和完善，逐步探索出適合于本區(qū)域、本井的排采制度，并且使用了自動(dòng)化控制系統(tǒng)，最大精度地控制了采氣過程，這一點(diǎn)從產(chǎn)水和產(chǎn)氣曲線的契合關(guān)系明顯得到驗(yàn)證（圖3）。因此本井取得了峰值日產(chǎn)氣30537m3，累計(jì)產(chǎn)氣1771×104m3的高產(chǎn)氣量。并且在排采7 年時(shí)間后目前仍然維持在日產(chǎn)3500余立方的產(chǎn)氣量。

圖3 大佛寺井田DFS-C02井生產(chǎn)曲線圖

DFS-05井為近端對接多分支水平井，煤層累計(jì)進(jìn)尺3000m，煤層厚度17.29m，本井選井井位好，處于師家店向斜控制的中心地帶，煤層含氣量高，煤層厚度大，井眼軌跡上傾明顯并且平滑，最大程度的符合了井位重力、應(yīng)力和壓力這三種力的控制，并且處在煤礦井下煤層開采擾動(dòng)較遠(yuǎn)區(qū)域，煤層圈閉性較好，地質(zhì)水文條件好。但從2017年4月份開始的排采制度不是太理想，井下動(dòng)液面和壓力不是太匹配，無法形成穩(wěn)定和有效的解吸壓降，不能建立有效的解吸壓降漏斗，雖然不是太完美，但是瑕不掩瑜，本井從總體上評價(jià)還是屬于理想的，最終形成峰值日產(chǎn)氣13416m3，累計(jì)產(chǎn)氣1581×104m3（圖4），并且在排采將近6年時(shí)間，目前仍然維持在日產(chǎn)氣2700m3左右。

圖4 大佛寺井田DFS-05井生產(chǎn)曲線圖

DFS-M68 為遠(yuǎn)端對接多分支水平井，本井屬于DFS-CO2 井、DFS-05 井的區(qū)域拓展井，在 2 口高產(chǎn)井的基礎(chǔ)上進(jìn)行的合理化布井，符合以上兩口井的布井優(yōu)勢，目前累計(jì)排采時(shí)間18 個(gè)月，日產(chǎn)氣1 萬余方，累計(jì)產(chǎn)氣339×104m3。但是需要注意的是后期制定并且嚴(yán)格執(zhí)行合理的排采降壓制度，以期在后面的排采中延續(xù)取得高的煤層氣抽采氣量。

3.2 中產(chǎn)氣井生產(chǎn)特征

本井田中產(chǎn)氣井的特征為穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間較短或基本沒有穩(wěn)產(chǎn)期，并且排水期較短，氣井的日產(chǎn)氣量在500～4000m3/d之間，峰值跨度較大，并且沒有較強(qiáng)的規(guī)律性（圖5）。煤層氣井的峰值產(chǎn)量具有重要的地質(zhì)意義，在一定程度上反映了煤層的產(chǎn)氣潛能，因此，對于這類井，可以通過煤層氣井排采制度的優(yōu)化(包括確定合理的壓差、合理的排采速度等)、不同地質(zhì)條件優(yōu)選合理的排采組合方式等一些措施來提高氣井產(chǎn)量。

圖5 大佛寺井田DFS-124井生產(chǎn)曲線圖

DFS-M124 井為近端對接多分支水平井，煤層進(jìn)尺累計(jì)3000m，覆蓋范圍較大，煤層厚度11m，厚度較大，本井選井井位好，處于師家店向斜控制的中心地帶，煤層含氣量好，井眼軌跡總體上傾明顯但主分支右側(cè)分支末端稍有下傾，這會(huì)導(dǎo)致在煤層中鉆進(jìn)時(shí)井眼軌跡難以把握，造成井眼軌跡不平滑部分井段有水封情況發(fā)生，但總體符合重力、應(yīng)力和壓力這三種力的控制，并且處在煤礦井下煤層開采擾動(dòng)較遠(yuǎn)區(qū)域，煤層圈閉性較好，地質(zhì)水文條件好。

同樣，還有DFS-C04 井為“V”型遠(yuǎn)端對接井，本井受祁家背斜控制，含氣量高，煤層厚度大，滲透率好，日產(chǎn)峰值達(dá)到4408m3，距離設(shè)計(jì)日產(chǎn)峰值6200m3尚有空間，最終累計(jì)產(chǎn)氣355×104m3。

3.3 低產(chǎn)氣井生產(chǎn)特征

穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間特別短是低產(chǎn)氣井的一個(gè)顯著的生產(chǎn)特征，其產(chǎn)氣量達(dá)到產(chǎn)氣峰值之后就迅速下降，只有少數(shù)幾口井在達(dá)到產(chǎn)氣量峰值后能持續(xù)生產(chǎn)一段時(shí)間，大多日產(chǎn)氣量在100～500m3/d之間。另外這些低產(chǎn)氣井的排水期都較短，開始投產(chǎn)時(shí)地層壓力等于臨界解吸壓力，煤層中本來存在游離氣，只是氣相不連續(xù)，隨著水量的產(chǎn)出，地層壓力下降，有越來越多的氣體解吸出來，氣體形成連續(xù)相，并伴隨著產(chǎn)水一起產(chǎn)出，并且這些井的產(chǎn)氣量低且波動(dòng)較嚴(yán)重，生產(chǎn)不連續(xù)。

這種井多數(shù)屬于儲層中近井地帶堵塞嚴(yán)重，砂堵加煤粉堵塞，難以在儲層中建立有效的解吸壓差，也不能迅速地?cái)U(kuò)大壓降漏斗，造成產(chǎn)水少甚至不產(chǎn)水，無套壓，產(chǎn)氣少甚至不產(chǎn)氣。

3.4 不產(chǎn)氣井特征

本井田不產(chǎn)氣井的產(chǎn)水量很小，每個(gè)月只有幾個(gè)立方米到十幾立方米，這類不產(chǎn)氣井大部分是選井位置不適，井型設(shè)計(jì)方面尚需研究論證，完井方式欠佳，以及本身所處地質(zhì)構(gòu)造部位引起的，本身煤層中的含水量較少，周圍供水量較少，這類氣井的地層壓力降低較慢，煤層達(dá)到臨界解吸壓力時(shí)間較長，因此排水期較長，對于這種井一般是開采一段時(shí)間后仍未有氣體產(chǎn)出，就進(jìn)行關(guān)井處理或者采取其他措施。

4 小結(jié)

經(jīng)過中外煤層氣工作者大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出煤層氣排采的八字原則：“緩慢、穩(wěn)定、長期、連續(xù)”[5]。煤層氣排采技術(shù)中最關(guān)鍵的三個(gè)控制是：液面控制、套壓控制、煤粉控制[6]。根據(jù)這一原則，對比分析本井田的排采特征時(shí)發(fā)現(xiàn)，本井田在排采時(shí)出現(xiàn)了完全契合降壓、解吸從而形成穩(wěn)定的降壓漏斗的特征，并且排采制度嚴(yán)格執(zhí)行了這一制度，因此，排采效果整體良好。

統(tǒng)計(jì)分析了礦區(qū)42 口井的資料，大多排采時(shí)間在3年多，其中高產(chǎn)氣井9口（＞4000m3/d），占22%；中產(chǎn)氣井 22 口(500～4000m3/d)，占 52%；低產(chǎn)氣井 4 口(100～500m3/d)，占9%；不產(chǎn)氣井7 口（＜100m3/d），占17%。整體來看，本井田這42 口排采井高、中產(chǎn)氣井?dāng)?shù)量占比高達(dá)74%，低產(chǎn)和不產(chǎn)氣井占比36%，整體效果較好，對比沁水盆地柿莊南區(qū)塊大部分生產(chǎn)井的排采時(shí)間達(dá)到6 年以上產(chǎn)氣井98 口，其中高產(chǎn)井(＞1000m3/d)24 口，中產(chǎn)井(500～1000m3/d)21 口，低產(chǎn)井(＜500m3/d)53 口，低產(chǎn)井的數(shù)量達(dá)到一半以上的情況來看[7-8]，本井田產(chǎn)能等級劃分相比柿莊南區(qū)塊高4倍；本井田低產(chǎn)、不產(chǎn)氣井占比較柿莊南區(qū)塊低產(chǎn)、不產(chǎn)氣井低48%。和陜西韓城相比，效果更優(yōu)。和全國其他煤層氣區(qū)塊橫向?qū)Ρ?，大佛寺井田煤層氣開發(fā)表現(xiàn)出產(chǎn)氣量高，高、中產(chǎn)井占比大，并且目前排采年限還較短，產(chǎn)氣前景較大。

水平井井型產(chǎn)能貢獻(xiàn)對于本井田總體產(chǎn)能建設(shè)貢獻(xiàn)大，也為本井田后期井型布置提供了又一選井井型依據(jù)。

大佛寺井田已經(jīng)研究透徹適合本地區(qū)煤層氣解吸抽排的相關(guān)參數(shù)，摸清了相關(guān)煤層氣排采規(guī)律，建立了完善、優(yōu)化的排采制度。在后期的進(jìn)一步排采過程中，要對排采制度進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化、跟蹤和調(diào)整。