大傾角儲(chǔ)層煤層氣多層合采產(chǎn)量控制地質(zhì)與工程因素

韋波, 馬君慧, 胡永, 張冀, 吳斌, 李鑫*, 王博, 崔德廣

(1.新疆維吾爾自治區(qū)煤田地質(zhì)局, 烏魯木齊 830009; 2.新疆大學(xué)新疆中亞造山帶大陸動(dòng)力學(xué)與 成礦預(yù)測(cè)自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 烏魯木齊 830047; 3.新疆地質(zhì)學(xué)會(huì), 烏魯木齊 830009)

煤層氣開采對(duì)清潔能源供給、降低煤層瓦斯含量、煤礦區(qū)減少溫室效應(yīng)有顯著意義[1-2]。大傾角煤儲(chǔ)層是指由于地殼運(yùn)動(dòng)作用,煤層傾角大于45°。多層合層排采是提高煤層氣產(chǎn)能的重要手段。巢海燕等[3]認(rèn)為合層排采時(shí)地層供液能力差異導(dǎo)致排采嚴(yán)重層間干擾現(xiàn)象,需要根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)條件來選擇合適的排采組合。許耀波[4]研究認(rèn)為儲(chǔ)層壓力梯度、臨界解吸壓力和滲透率的差異性是導(dǎo)致不同儲(chǔ)層分壓合采層間干擾及產(chǎn)能低下的主要原因,提出大間距多煤層大井眼雙套管分層控制合采工藝方法,實(shí)現(xiàn)兩層煤分開控制達(dá)到合采產(chǎn)能疊加的目標(biāo)。文獻(xiàn)[5-6]認(rèn)為低豐度煤層氣開發(fā)宜采用多層合采,由于煤層的各向異性特征顯著,因此控制煤層氣合采產(chǎn)能是需要必要條件的。中國目前煤層氣合層排采已取得較豐富的經(jīng)驗(yàn),但對(duì)于大傾角煤儲(chǔ)層多層合采的研究相對(duì)匱乏。

新疆庫拜煤田大傾角煤儲(chǔ)層發(fā)育,如圖1所示,同時(shí)該區(qū)煤層氣開發(fā)方式以多層合采為主[7]。前人研究偏重于對(duì)庫拜煤田煤層氣開發(fā)基礎(chǔ)地質(zhì)條件進(jìn)行分析,如厘清了庫拜煤田儲(chǔ)層孔裂隙系統(tǒng)特征[8-9]、揭示了庫拜煤田煤儲(chǔ)層地應(yīng)力特征[10-11];文獻(xiàn)[12]對(duì)煤層氣產(chǎn)量預(yù)測(cè)提供了具體的數(shù)學(xué)方法;但前人對(duì)庫拜煤田煤儲(chǔ)層大傾角儲(chǔ)層合層排采地質(zhì)與工程因素影響下的產(chǎn)能控制研究較為薄弱。現(xiàn)通過系統(tǒng)分析庫拜煤田煤層氣井合層排采產(chǎn)能特征,指出大傾角儲(chǔ)層合層排采控制產(chǎn)能的地質(zhì)因素和工程因素,并運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析指出對(duì)單井日產(chǎn)氣量影響由強(qiáng)到弱的參數(shù)依次為儲(chǔ)層壓力梯度、儲(chǔ)層壓力、臨界解吸壓力、初始降液幅度、臨儲(chǔ)比、滲透率、初始見氣時(shí)間、單井資源豐度、吸附時(shí)間和初始排水速度;認(rèn)為相對(duì)于緩傾斜儲(chǔ)層,大傾角儲(chǔ)層靶點(diǎn)儲(chǔ)層壓力、含氣量、滲透率基本處于同一水平,排采層間干擾作用小,更適合合層排采。研究成果有望為中國大傾角儲(chǔ)層煤層氣合層開發(fā)產(chǎn)能分析提供支持。

1 地質(zhì)背景

庫拜煤田主要包括鐵列克西區(qū)、鐵列克東區(qū)、以及阿艾礦區(qū),其位于塔里木盆地庫車凹陷北緣,總體構(gòu)造形態(tài)為一向南傾斜的單斜構(gòu)造,地層總體為近東西走向,傾角一般為30°～85°局部地段直立倒轉(zhuǎn),具有東陡、西緩、中部直立倒轉(zhuǎn)的變化規(guī)律,如圖2所示。煤沉積地層從古生界到中、新生界均有發(fā)育,煤系地層包括侏羅系下統(tǒng)塔里奇克組、陽霞組以及侏羅系中統(tǒng)克孜努爾組,以河流相、湖濱及泥炭沼澤相沉積為主,主要由礫巖、粗細(xì)砂巖、粉砂巖、砂泥巖和煤層組成,巖層平均厚168 m,煤層累計(jì)平均厚23.90 m,如圖3所示。自上至下煤層編號(hào)A1～A13,主要排采煤層包括:A3、A5、A7、A9、A10、A12。煤層頂板多為砂泥巖互層,隔水性好,有利于各個(gè)層段形成獨(dú)立壓力系統(tǒng),減少合層排采時(shí)的層間干擾,為合采提供條件[7]。

2 排采工程產(chǎn)量指標(biāo)提取

2.1 初始排水階段典型排采指標(biāo)

本次采用康永尚等[14]提出的反映初始排水階段工程強(qiáng)度及時(shí)間的典型指標(biāo),包括初始見氣時(shí)間(煤層氣井開抽后到出現(xiàn)15 d以上較連續(xù)產(chǎn)氣量之前的單一排水階段的延續(xù)時(shí)間)、初始累計(jì)排水量(從煤層氣井開抽后到初始見氣時(shí)間之間煤層氣井的累計(jì)產(chǎn)水量)、初始降液幅度(煤層氣井原始液面與初始見氣時(shí)動(dòng)液面的差值)、初始排水速度(初始降液幅度與初始見氣時(shí)間的比值)等。以研究區(qū)某井為例,該井于2019年5月20日投產(chǎn),于2019年7月31日開始連續(xù)產(chǎn)氣,故見氣時(shí)間為87 d,初始累計(jì)產(chǎn)水量為107.65 m3,初始降液幅度為258.35 m,如圖4、圖5所示,初始排水速度為3.15 m/d。

圖2 庫拜煤田區(qū)域位置Fig.2 Location map of Kubai Coalfiel

圖3 庫拜煤田阿艾礦區(qū)侏羅系含煤地層綜合柱狀圖 (修改自文獻(xiàn)[13] )Fig.3 Comprehensive columnar map of Jurassic coal-bearing strata in Aai mining area Kubai Coalfield (modify from Ref[13])

圖4 研究區(qū)某井排采動(dòng)態(tài)曲線(井底流壓、套壓、動(dòng)液面)Fig.4 The dynamic curve of a well in the study area (bottom hole flow pressure, casing pressure, dynamic liquid level)

2.2 氣、水同產(chǎn)階段典型排采指標(biāo)

為了在不同井之間開展對(duì)比分析,需要將典型日產(chǎn)水量和典型日產(chǎn)氣量折算成典型米產(chǎn)水指數(shù)和典型米產(chǎn)氣指數(shù)[14],具體典型指標(biāo)如下:①典型日產(chǎn)水量,為煤層氣井在氣水同產(chǎn)階段動(dòng)液面較穩(wěn)定期間的平均日產(chǎn)水量,單位為m3/d;②典型日產(chǎn)氣量,為煤層氣井在氣水同產(chǎn)階段連續(xù)15 d以上較穩(wěn)定期間的平均日產(chǎn)氣量,單位為m3/d;③典型米產(chǎn)水指數(shù),為典型日產(chǎn)水量對(duì)應(yīng)期間的單位平均動(dòng)液面降幅、單位射孔段長(zhǎng)度下的典型日產(chǎn)水量;④典型米產(chǎn)氣指數(shù),為典型產(chǎn)氣量對(duì)應(yīng)期間的單位平均動(dòng)液面降幅、單位射孔段長(zhǎng)度下的典型日產(chǎn)氣量。根據(jù)以上定義,研究區(qū)某井的典型日產(chǎn)水量Qw=1.18 m3/d,典型日產(chǎn)氣量Qg=395.36 m3/d,典型米產(chǎn)水指數(shù)Iw=0.02 m3/(d·m·m),典型米產(chǎn)氣指數(shù)Ig為7.01 m3/(d·m·m)。

3 地質(zhì)因素對(duì)大傾角儲(chǔ)層合層排采產(chǎn)量的控制

影響煤層氣井產(chǎn)量的因素主要包括地質(zhì)條件、壓裂效果和排采制度等[15]。其中地質(zhì)因素考量的參數(shù)有:單井動(dòng)用資源豐度、儲(chǔ)層能量、滲透率、煤體結(jié)構(gòu)、臨界解吸壓力和吸附時(shí)間等。

3.1 單井動(dòng)用資源豐度

煤層氣資源豐度是煤層氣開發(fā)的物質(zhì)基礎(chǔ),其他條件相同的情況下,煤層氣資源豐度越大,氣源越充足,穩(wěn)產(chǎn)階段持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)、峰值產(chǎn)氣量高,產(chǎn)能效果好[14]。計(jì)算公式為[16]

R=10-2hρGC

(1)

式(1)中:R為煤層氣資源豐度,108m3/km2;h為煤層有效厚度,m;ρ為原煤基密度,t/m3;GC為原煤基(水分平衡基)含氣量,m3/t。

由圖6可知,研究區(qū)大傾角煤儲(chǔ)層煤層氣單井動(dòng)用資源豐度與日產(chǎn)氣量具有良好的正相關(guān)性(R2=0.656 89),表明單井動(dòng)用資源豐度對(duì)合采井的產(chǎn)氣量起到關(guān)鍵作用。

3.2 滲透率

儲(chǔ)層滲透率是影響煤層氣井產(chǎn)量的重要地質(zhì)因素之一[17]。由于本次研究的是未改造儲(chǔ)層試井滲透率,而非壓裂改造后的儲(chǔ)層滲透率,所以滲透率與產(chǎn)氣量的關(guān)系不是很明顯,如圖7所示。例如:研究區(qū)某兩口井對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層試井滲透率相差較大(分別為0.008 mD和0.02 mD),典型日產(chǎn)氣量卻相差不大(分別為835 m3/d和1 066.76 m3/d)。滲透率與典型日產(chǎn)水量相關(guān)性也不明顯,如圖8所示。

圖6 單井動(dòng)用資源豐度和典型日產(chǎn)氣量關(guān)系Fig.6 Relationship between resource abundance and typical daily gas production

圖7 滲透率和典型日產(chǎn)氣量關(guān)系Fig.7 Relationship between permeability and typical daily gas production

3.3 儲(chǔ)層能量

儲(chǔ)層能量是煤層氣井產(chǎn)水、產(chǎn)氣的動(dòng)力來源[18],儲(chǔ)層壓力狀態(tài)一般由儲(chǔ)層壓力梯度來確定。儲(chǔ)層壓力梯度與典型日產(chǎn)氣量、日產(chǎn)水量具有較好的正相關(guān)關(guān)系,如圖9、圖10所示,證明壓力梯度對(duì)合采井的產(chǎn)氣量起到關(guān)鍵作用。由于BCS-12井(圖10框標(biāo)記)對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層的試井滲透率高達(dá)8.51 mD,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他儲(chǔ)層測(cè)試點(diǎn),所以其典型日產(chǎn)水量較高。

圖8 滲透率和典型日產(chǎn)水量關(guān)系Fig.8 Relationship between permeability and typical daily water production

圖9 儲(chǔ)層壓力梯度和典型日產(chǎn)氣量關(guān)系Fig.9 Relationship between reservoir pressure gradient and typical daily gas production

圖10 儲(chǔ)層壓力梯度和典型日產(chǎn)水量關(guān)系Fig.10 Relationship between reservoir pressure gradient and typical daily water production

3.4 煤體結(jié)構(gòu)

煤體結(jié)構(gòu)是煤體構(gòu)造變形程度的宏觀描述。前人按照煤體構(gòu)造破壞程度,將煤體結(jié)構(gòu)劃分為原生結(jié)構(gòu)煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤[19-21]。本次工作對(duì)研究區(qū)部分排采井取心樣品進(jìn)行了煤體結(jié)構(gòu)宏觀描述,綜合發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)含一定量糜棱結(jié)構(gòu)煤的煤層氣井產(chǎn)氣量最高,原生結(jié)構(gòu)的煤層氣井日產(chǎn)氣量反而偏低,如圖11所示,主要原因是:以糜棱結(jié)構(gòu)為主煤大部分位于庫拜煤田近直立大傾角儲(chǔ)層倒轉(zhuǎn)位置,該位置構(gòu)造曲率大,動(dòng)力變質(zhì)作用強(qiáng),受構(gòu)造力高壓影響,煤成熟度高,含氣量相對(duì)較高,有利于高產(chǎn)。

圖11 煤體結(jié)構(gòu)和典型日產(chǎn)氣量關(guān)系Fig.11 Relationship between coal structure and typical daily gas production

3.5 臨界解吸壓力

煤儲(chǔ)層有效解吸量根本上決定了煤層氣井產(chǎn)能,反映解吸能力的指標(biāo)參數(shù)主要包括臨界解吸壓力和臨儲(chǔ)比。研究區(qū)大傾角儲(chǔ)層臨界解吸壓力分布在0.4～6 MPa,當(dāng)解吸壓力最小為0.4 MPa時(shí),典型日產(chǎn)氣量為257.15 m3/d,當(dāng)解吸壓力最大為5.43 MPa時(shí),典型日產(chǎn)氣量可達(dá)到1 633.13 m3/d。隨著臨界解吸壓力和臨儲(chǔ)比的增大,典型日產(chǎn)氣量逐漸增加,如圖12所示;臨界解吸壓力及臨儲(chǔ)比與典型日產(chǎn)氣量之間呈較為明顯的正相關(guān)性,如圖13所示。

3.6 吸附時(shí)間

吸附時(shí)間是指實(shí)測(cè)解吸氣體體積累積達(dá)到總解吸氣量的63.2%時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間,它取決于煤的組成、煤基塊大小、煤化程度和煤的裂隙間距。該研究區(qū)大傾角煤儲(chǔ)層的吸附時(shí)間與典型日產(chǎn)氣量沒有明顯的相關(guān)性,如圖14所示。研究區(qū)大傾角煤儲(chǔ)層的吸附時(shí)間整體上介于1～8 d,吸附時(shí)間較短,表明煤層氣井可能在短期內(nèi)達(dá)到產(chǎn)能高峰,有利于縮短開發(fā)周期但不利于氣井的長(zhǎng)期穩(wěn)產(chǎn)。

圖12 臨界解吸壓力和典型日產(chǎn)氣量關(guān)系Fig.12 Relationship between critical desorption pressure and typical daily gas production

圖13 臨儲(chǔ)比和典型日產(chǎn)氣量關(guān)系Fig.13 Relationship between temporary storage ratio and typical daily gas production

圖14 吸附時(shí)間與典型日產(chǎn)氣量關(guān)系Fig.14 Relationship between adsorption time and typical daily gas production

4 大傾角煤儲(chǔ)層中工程因素對(duì)產(chǎn)能的影響

煤層氣井能否高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)很大程度上取決于排采工程合理程度[16],其次與壓裂效果也有密切關(guān)系。本次分析了初始排水速度、壓裂效果和排水時(shí)間等工程因素對(duì)庫拜煤田大傾角儲(chǔ)層多層合采煤層氣井產(chǎn)能的影響。

4.1 初始排水速度

初始排水速度主要受人為因素的控制,實(shí)際上代表了見氣前純排水降壓期間的排采工作制度。初始排水速度過快可能導(dǎo)致速敏傷害、壓敏傷害,弱化有效降壓,初始排水速度太慢則延長(zhǎng)了初始排水的時(shí)間或滯后了氣井見氣的時(shí)間,加大了排水的時(shí)間和成本的投入[22]。研究區(qū)大傾角煤儲(chǔ)層井典型日產(chǎn)氣量與典型日產(chǎn)水量與初始排水速度呈較明顯負(fù)相關(guān)性,如圖15、圖16所示。這是由于研究區(qū)大傾角儲(chǔ)層構(gòu)造煤相對(duì)較發(fā)育,初始排水速度過快,誘導(dǎo)排采過程構(gòu)造煤煤粉產(chǎn)出,導(dǎo)致速敏傷害與應(yīng)力敏感傷害相疊加,阻礙了儲(chǔ)層排水降壓效果,誘導(dǎo)低產(chǎn)井出現(xiàn)。

圖15 初始排水速度與典型日產(chǎn)氣量的關(guān)系Fig.15 Relationship between initial drainage velocity and typical daily gas production

圖16 初始排水速度與典型日產(chǎn)水量的關(guān)系Fig.16 Relationship between initial drainage rate and typical daily water yield

4.2 壓裂效果

采用微地震壓裂監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)庫拜煤田鐵東礦區(qū)4口井壓裂裂縫進(jìn)行了監(jiān)測(cè),并提取了監(jiān)測(cè)裂縫總長(zhǎng)L(微裂縫監(jiān)測(cè)各水平方向裂縫長(zhǎng)度之和)作為指標(biāo)評(píng)價(jià)其壓裂效果。研究區(qū)內(nèi)大傾角煤儲(chǔ)層監(jiān)測(cè)裂縫總長(zhǎng)和典型日產(chǎn)氣量呈明顯正相關(guān),如圖17所示。由此可見,增產(chǎn)效果是影響庫拜煤田大傾角儲(chǔ)層多層合采產(chǎn)能的重要因素。

圖17 監(jiān)測(cè)裂縫總長(zhǎng)與典型日產(chǎn)氣量的關(guān)系Fig.17 Relationship between total crack length and typical daily gas production

4.3 排水時(shí)間

由圖18可知,研究區(qū)大傾角煤儲(chǔ)層煤層氣井初始見氣時(shí)間和典型日產(chǎn)氣量幾乎無相關(guān)性(R2=0.559 41),表明此階段初始見氣時(shí)間可能不是決定典型日產(chǎn)氣量的主控因素。由圖19可知,初始見氣時(shí)間和初始累計(jì)產(chǎn)水量呈較明顯正相關(guān)性,即初始見氣時(shí)間越長(zhǎng),初始累計(jì)產(chǎn)水量越大;上述兩個(gè)指標(biāo)具有密切的同向變化性,影響二者的地質(zhì)因素是相同的[8]。從煤層氣排采的機(jī)理上來看,這兩個(gè)指標(biāo)的關(guān)鍵影響因素為地解壓差,地解壓差對(duì)初始見氣時(shí)間和初始累計(jì)產(chǎn)水量的影響表現(xiàn)為:地解壓差越小,初始見氣時(shí)間越短,初始累計(jì)產(chǎn)水量越小;反之亦然。由圖20可知,初始累計(jì)產(chǎn)水量與初始降液幅度具有一定相關(guān)性,表明初始降液幅度對(duì)初始累計(jì)產(chǎn)水量起著決定性的控制作用;整體上隨著初始降液幅度的加大,初始累計(jì)產(chǎn)水量不斷上升,可能由于煤層氣井內(nèi)動(dòng)液面必須在降到臨界解吸壓力以下時(shí),煤層氣才能解吸產(chǎn)出,也就是說初始動(dòng)液面降幅這一典型指標(biāo)間接反映了地解壓差的相對(duì)大小,當(dāng)?shù)亟鈮翰钤酱髸r(shí),初始累計(jì)產(chǎn)水量越大。

圖18 初始見氣時(shí)間與典型日產(chǎn)氣量的關(guān)系Fig.18 The relationship between initial gas breakthrough time and typical daily gas production

圖20 初始降液幅度與初始累計(jì)產(chǎn)水量的關(guān)系Fig.20 The relationship between initial drop amplitude and initial cumulative water production

綜上所述,地解壓差是影響典型日產(chǎn)氣量和初始累計(jì)產(chǎn)水量的主控地質(zhì)因素,其通過影響初始見氣時(shí)間長(zhǎng)短及初始降液幅度的大小,決定典型日產(chǎn)氣量和初始累計(jì)產(chǎn)水量的豐缺。

5 基于灰色關(guān)聯(lián)法的煤層氣井產(chǎn)能影響因素分析

由于影響煤層氣產(chǎn)氣量的因素眾多,無法確定單一因素對(duì)產(chǎn)量的影響程度,為了定量確定煤層氣井產(chǎn)能主控因素,采用灰色關(guān)聯(lián)法分析上述產(chǎn)能影響參數(shù)與典型日產(chǎn)氣量間的關(guān)聯(lián)度[23-25],確定煤層氣井產(chǎn)量的主控因素,進(jìn)而形成有效的產(chǎn)能定量預(yù)測(cè)方法。

5.1 產(chǎn)能影響因素

根據(jù)上述影響產(chǎn)能的地質(zhì)、工程因素分析,選取滲透率、儲(chǔ)層壓力、儲(chǔ)層壓力梯度、臨界解吸壓力、臨儲(chǔ)比、單井動(dòng)用資源豐度、吸附時(shí)間、初始排水速度、初始見氣時(shí)間、初始降液幅度10個(gè)與典型日產(chǎn)氣量相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行研究。獲取煤層氣井與日產(chǎn)氣量數(shù)據(jù),如表1所示。

將表1中最后一列典型日產(chǎn)氣量(m3/ d)作為參考數(shù)列X0,將取滲透率、儲(chǔ)層壓力、儲(chǔ)層壓力梯度、臨界解吸壓力、臨儲(chǔ)比、單井動(dòng)用資源豐度、吸附時(shí)間、初始排水速度、初始見氣時(shí)間、初始降液幅度等作為比較數(shù)列(Xi,i=1,2,…,9),計(jì)算比較數(shù)列(Xi)與參考數(shù)列(X0)間的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)來進(jìn)一步確定產(chǎn)能的主要影響因素。

5.2 產(chǎn)能影響因素分析

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)理論,設(shè)參考數(shù)列為

X0={X0(k)∣k=1,2,…,n}

(2)

式(2)中:X0為參考數(shù)列;k為井號(hào)序列;n為總井?dāng)?shù),本研究采用10口井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行研究,因此n=10。設(shè)比較數(shù)列為

Xi=Xi(k)∣k=1,2,…,n},

i=1,2,…,N

(3)

式(3)中:Xi為比較數(shù)列;i為影響參數(shù)序列;N為影響參數(shù)個(gè)數(shù),本研究采用滲透率等10個(gè)影響參數(shù)進(jìn)行分析,因此N=10。

采用均值法對(duì)各數(shù)列進(jìn)行歸一化,參考數(shù)列和比較數(shù)列計(jì)算公式分別為

(4)

i=1,2,…,N

(5)

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)理論,參考數(shù)列X0和比較數(shù)列Xi之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算公式為

εi(k)=

(6)

式(6)中:εi(k)為關(guān)聯(lián)度,i=1,2,…,10;k=1,2,…,10;ρ為分辨系數(shù),取值0.5。根據(jù)式(6)和表2計(jì)算各比較數(shù)列與參考數(shù)列間的關(guān)聯(lián)系數(shù),結(jié)果如表3所示。分別對(duì)表3中各比較數(shù)列10口井的關(guān)聯(lián)系數(shù)取平均值,該平均值即為各比較數(shù)列與參考數(shù)列間的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

結(jié)果表明,各參數(shù)對(duì)單井日產(chǎn)氣量影響由強(qiáng)到弱依次為儲(chǔ)層壓力梯度、儲(chǔ)層壓力、臨界解吸壓力、初始降液幅度、臨儲(chǔ)比、滲透率、初始見氣時(shí)間、單井資源豐度、吸附時(shí)間和初始排水速度。其中,除吸附時(shí)間和初始排水速度以外,其余參數(shù)與典型日產(chǎn)氣量的關(guān)聯(lián)系數(shù)均超過0.85,關(guān)聯(lián)系數(shù)在0.88以上的儲(chǔ)層壓力梯度和儲(chǔ)層壓力可作為產(chǎn)能的主控因素[24]。

表1 煤層氣井關(guān)鍵參數(shù)與日產(chǎn)氣量關(guān)系Table 1 Relationship between key parameters and daily gas production in CBM wells

表2 參考數(shù)列和比較數(shù)列歸一化值Table 2 Normalized values of reference sequence and comparison sequence

表3 比較數(shù)列與參考數(shù)列灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)Table 3 Comparison of grey correlation coefficient between sequence and reference sequence

6 大傾角儲(chǔ)層多層合采地質(zhì)適應(yīng)性分析

庫拜煤田部分煤層傾角接近直立甚至倒轉(zhuǎn),為大傾角煤層,研究區(qū)大部分煤層氣井采用了定向井進(jìn)行多層合采。對(duì)于緩傾斜或近水平煤儲(chǔ)層而言,由于多層煤層氣藏垂向上儲(chǔ)層物性多具有非均質(zhì)性的特征,不同含氣系統(tǒng)儲(chǔ)層能量、滲透率、含氣量等參數(shù)值差異較大[26],隨埋深變化,緩傾斜或水平煤層的滲透率、儲(chǔ)層壓力、儲(chǔ)層壓力梯度等均在變化,在織納煤田比德—三塘礦區(qū)中2#、16#、23#儲(chǔ)層壓力梯度分別為0.8、0.77、0.7 MPa/hm,儲(chǔ)層壓力差距較大且層間干擾大,導(dǎo)致合層開采效果不佳。傅雪海等[27]曾模擬該礦區(qū)煤層氣1井產(chǎn)氣量,該井的產(chǎn)氣量介于306～905 m3/d,平均為431 m3/d,15年排采的累計(jì)產(chǎn)氣量為2.13×106m3。

庫拜煤田大傾角煤儲(chǔ)層合層排采與上述緩傾斜或近水平煤儲(chǔ)層合層排采不同。由于定向井條件下大傾角儲(chǔ)層靶點(diǎn)埋深較為接近,靶點(diǎn)儲(chǔ)層孔隙壓力、壓力梯度、含氣量、滲透率基本處于同一水平,同埋深不同煤層物性非均質(zhì)性較小,合層排采時(shí)可認(rèn)為各靶點(diǎn)儲(chǔ)層處于同一壓力系統(tǒng)中,層間干擾作用小,有利于合層排采的進(jìn)行。如研究區(qū)某井合層排采的三目標(biāo)儲(chǔ)層靶點(diǎn)儲(chǔ)層壓力分別為7.25、8.00、8.91 MPa,儲(chǔ)層壓力梯度分別為9.41×10-3、9.36×10-3MPa/hm下該井典型日產(chǎn)氣量和峰值日產(chǎn)氣量分別達(dá)1 024.35、1 345.00 m3/d。以該井為代表的庫拜煤田大傾角煤儲(chǔ)層在含氣量相對(duì)較低的情況下,合層排采產(chǎn)氣量總體高于貴州比德向斜緩傾斜、跨含氣系統(tǒng)儲(chǔ)層合層排采井,取得了較好的合層排采效果。綜上分析,庫拜煤田大傾角儲(chǔ)層具備開展合層排采的有利地質(zhì)條件。

7 結(jié)論

針對(duì)大傾角儲(chǔ)層煤層氣多層合采,以庫拜煤田為研究區(qū),剖析了大傾角儲(chǔ)層多層合采煤層氣井產(chǎn)量的控制因素,主要取得以下結(jié)論。

(1)地質(zhì)因素對(duì)大傾角儲(chǔ)層煤層氣多層合采產(chǎn)量影響方面:單井動(dòng)用資源豐度越高、儲(chǔ)層壓力梯度越大,產(chǎn)氣量越高。原生結(jié)構(gòu)煤對(duì)應(yīng)煤層氣井產(chǎn)氣量較低,反而含一定糜棱結(jié)構(gòu)煤儲(chǔ)層的煤層氣井產(chǎn)氣量較高。隨著臨界解吸壓力的增大,典型日產(chǎn)氣量逐漸增加。

(2)工程因素對(duì)大傾角儲(chǔ)層煤層氣多層合采產(chǎn)量影響方面:初始見氣時(shí)間和初始累計(jì)產(chǎn)水量具有密切的正相關(guān)性,地解壓差是影響煤層氣初期排采動(dòng)態(tài)的重要地質(zhì)因素;隨著初始排水速度的增大,典型日產(chǎn)氣量反而減少;煤儲(chǔ)層改造效果越好,煤層氣井產(chǎn)量越好。

(3)灰色關(guān)聯(lián)分析顯示,對(duì)單井日產(chǎn)氣量影響由強(qiáng)到弱的參數(shù)依次為儲(chǔ)層壓力梯度、儲(chǔ)層壓力、臨界解吸壓力、初始降液幅度、臨儲(chǔ)比、滲透率、初始見氣時(shí)間、單井資源豐度、吸附時(shí)間和初始排水速度。

(4)相比于緩傾斜儲(chǔ)層,大傾角儲(chǔ)層不同儲(chǔ)層儲(chǔ)層能量差異小,層間干擾弱,具有更適合煤層氣多層合采的地質(zhì)條件。