胡秋嘉 李夢溪 王立龍 閆 玲 劉國偉

(中國石油華北油田煤層氣勘探開發(fā)分公司，山西 048000)

1 地質(zhì)概況

樊莊區(qū)塊行政區(qū)劃隸屬山西省晉城市沁水縣，主體為丘陵山地，地面海拔600～1000m。區(qū)塊構(gòu)造位于沁水盆地東南部晉城斜坡帶，總體呈東南高，北西低的構(gòu)造特征，區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，北東向斷層發(fā)育，局部被東西向斷層切割。褶皺構(gòu)造以背斜、向斜相間發(fā)育為特征。煤系地層由下而上為中石炭統(tǒng)本溪組、上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組，其中以太原組和山西組為主要含煤地層。目前中石油在該區(qū)主要勘探開發(fā)目的層為山西組3#煤層。3#煤層埋深介于400～800m之間，厚度介于5～8m之間，分布穩(wěn)定，總體由南西向北東逐漸增厚。3#煤層含氣量介于7～32m3/t之間，一般大于20m3/t。含氣量變化主要受構(gòu)造及水動(dòng)力條件控制明顯。斷層、陷落柱和甲烷風(fēng)化帶附近煤層含氣量顯著降低。3#煤層屬低孔低滲儲(chǔ)層，以微孔為主，孔隙度一般2.90%～7.09%;次生割理發(fā)育，割理寬約lμm;滲透率總體呈現(xiàn)出隨煤層埋藏深度增加而降低的趨勢，一般小于1.0×10－3μm2。

2 開發(fā)現(xiàn)狀

2005年12月15日，中國石油華北油田在樊莊區(qū)塊以羽狀水平井晉平2井組的開鉆為標(biāo)志，拉開了該區(qū)煤層氣規(guī)模開發(fā)建設(shè)的序幕。截至到2011年底，共鉆直井、從式井、水平井594口，建產(chǎn)能4.5億m3。建設(shè)完成1座煤層氣處理中心、7座集氣站、14座閥組、495km采集氣管線的配套工程，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化外輸。目前開井473口，日產(chǎn)氣量81萬m3左右。通過對(duì)這些單井生產(chǎn)特征的跟蹤研究，對(duì)區(qū)塊內(nèi)煤層氣井的產(chǎn)氣特征有了一定的認(rèn)識(shí)，并總結(jié)出了一些規(guī)律。

3 產(chǎn)氣曲線特征

樊莊區(qū)塊從規(guī)模開發(fā)以來，分年度共投產(chǎn)煤層氣直井6批次，目前開井424口。分析結(jié)果顯示，該區(qū)塊直井從投產(chǎn)到解吸見氣的時(shí)間一般為2～4個(gè)月 (表1)。

表1 樊莊直井分批次投產(chǎn)及見氣時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

產(chǎn)氣到穩(wěn)定產(chǎn)氣的時(shí)間一般需要1～1.5年;穩(wěn)定產(chǎn)氣后穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間長，如2006年底投產(chǎn)的第一批排采井，目前依然在穩(wěn)定生產(chǎn)，還未出現(xiàn)產(chǎn)量遞減現(xiàn)象 (圖1)。但與相鄰潘莊區(qū)塊相比，樊莊區(qū)塊煤層氣井見氣時(shí)間明顯較晚，潘莊試驗(yàn)區(qū)單井一般在投產(chǎn)15天內(nèi)便能產(chǎn)氣。分析見氣較晚的原因主要有兩方面，一是埋深較大，煤儲(chǔ)層滲透性較差。樊莊區(qū)塊3#煤層埋深400～800m，滲透率0.025～0.58μm2;潘莊區(qū)塊 3#煤層埋深 200～590m，滲透率0.3～2.1μm2;二是含氣飽和度低、臨儲(chǔ)壓力比低，煤層氣解吸速率慢、時(shí)間長。樊莊區(qū)塊3#煤層含氣飽和度89.7% ～96.8%，平均臨儲(chǔ)壓力比0.5;潘莊區(qū)塊3#煤層含氣飽和度高，介于95% ～100%，平均臨儲(chǔ)壓力比0.7。

圖1 樊莊第一批直井綜合生產(chǎn)曲線

根據(jù)產(chǎn)氣量的變化趨勢，筆者把樊莊區(qū)塊煤層生產(chǎn)直井排采曲線歸為5類:“雙峰型”、“臺(tái)階型”、“緩坡型”、“單峰型”、“直線型”(圖2)。其中前三類是效果較理想的產(chǎn)氣趨勢，后兩類是效果較差產(chǎn)氣趨勢。

3.1 “雙峰型”產(chǎn)氣曲線特征

樊莊區(qū)塊生產(chǎn)直井中，有10%的井呈現(xiàn)出此類生產(chǎn)特征，典型排采曲線見圖3。

圖2 樊莊區(qū)塊直井產(chǎn)氣曲線模型

圖3 樊莊區(qū)塊1#直井生產(chǎn)曲線

筆者認(rèn)為，結(jié)合低壓、低孔、低滲的儲(chǔ)層特征及目前直井的改造工藝，該類型曲線應(yīng)該是高階煤直井的理論生產(chǎn)曲線。原因是直井在經(jīng)過壓裂改造后，在近井地帶形成了一條高導(dǎo)流能力的裂縫，滲透性明顯改善，從而使“解吸－擴(kuò)散－滲流”過程加速，初期在未控壓排采的情況下，產(chǎn)量持續(xù)上升，形成了壓裂投產(chǎn)后的高產(chǎn)，產(chǎn)量的高低主要取決于單井含氣量的高低及壓裂裂縫有效控制半長，但此時(shí)壓降漏斗尚未充分形成;隨著近井氣體的不斷產(chǎn)出，煤層的原始滲透率開始占據(jù)主導(dǎo)地位，近井地帶高滲區(qū)的甲烷在產(chǎn)氣初期已基本產(chǎn)出，此時(shí)壓降范圍已經(jīng)波及到壓裂裂縫波及范圍以外，煤層甲烷氣體的產(chǎn)出主要依靠煤層原始的滲透率，因原始滲透率較壓裂改造后的滲透率小，此時(shí)產(chǎn)量呈現(xiàn)較低的態(tài)勢，產(chǎn)量的高低主要受控于煤層的原始滲透率;隨著前階段甲烷氣體和煤層水的不斷排出，區(qū)域壓降逐漸形成，遠(yuǎn)端的甲烷氣體解吸并大量產(chǎn)出，產(chǎn)氣量穩(wěn)步上升達(dá)到第二產(chǎn)氣高峰。

實(shí)際統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，樊莊區(qū)塊直井第一峰到來時(shí)間一般為6個(gè)月，第二次產(chǎn)量上升時(shí)間一般為18個(gè)月。但目前該類型井所占比例僅有10%，且基本分布于地質(zhì)條件好，井網(wǎng)完善，井距200～250m的井區(qū)。分析原因主要為該區(qū)塊物性相對(duì)較差，開發(fā)早期，井位部署受地質(zhì)認(rèn)識(shí)、礦權(quán)形勢、地形地貌等多重因素影響，井距大于350m的井?dāng)?shù)占總井?dāng)?shù)的50%，最大可達(dá)600m。使得多數(shù)井成為孤立井，難以實(shí)現(xiàn)井間干擾、形成區(qū)域面積降壓。

3.2 “臺(tái)階型”產(chǎn)氣曲線特征

樊莊區(qū)塊生產(chǎn)直井中，有24%的井呈現(xiàn)出此類生產(chǎn)特征，典型排采曲線見圖4。

該類型井在排采控制方式上有別于“雙峰型”，主要表現(xiàn)為不在追求短期高產(chǎn)，延長單相排水期，且在解吸見氣后，采取控壓產(chǎn)氣的方式，即控制井底流壓和產(chǎn)氣量，使地面產(chǎn)氣與地下供氣相匹配，有效減緩了第一峰的出現(xiàn)。同時(shí)這類井多分布于埋深相對(duì)較淺 (600m以淺)，物性較好，含氣飽和度較高，井網(wǎng)完善，井距較小的井區(qū)，有利于區(qū)域壓降的形成。隨著甲烷氣體和煤層水的不斷排出，煤基塊彈性自調(diào)節(jié)正效應(yīng)開始顯現(xiàn)，基質(zhì)塊收縮，引起裂隙拉張，滲透率得到改善，壓降漏斗進(jìn)一步擴(kuò)展，產(chǎn)氣曲線呈上升平穩(wěn)的趨勢。

3.3 “緩坡型”產(chǎn)氣曲線特征

樊莊區(qū)塊生產(chǎn)直井中，有7%的井呈現(xiàn)出此類生產(chǎn)特征，典型排采曲線見圖5。

圖4 樊莊區(qū)塊2#直井生產(chǎn)曲線

圖5 樊莊區(qū)塊3#直井生產(chǎn)曲線

該類型井主要表現(xiàn)為在套壓、動(dòng)液面已降至相對(duì)較低的情況下，產(chǎn)氣量仍保持低水平穩(wěn)定，一般小于800m3/天，沒有出現(xiàn)明顯的產(chǎn)氣高峰。通過長時(shí)間的排水降壓，一般需要2年以上，產(chǎn)氣量開始緩慢升高。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，該類井含氣量中等，一般在15m3/t左右，壓裂效果一般，多分布于井網(wǎng)完善，井距較小的井區(qū)。分析原因?yàn)橛捎诘谝环瀹a(chǎn)量的高低主要取決于含氣量的高低及壓裂裂縫的有效控制半長。而該類井含氣量中等，壓裂效果一般，導(dǎo)致解吸見氣后難以形成高產(chǎn)。但隨著甲烷氣體和煤層水的不斷排出，區(qū)域壓降逐漸形成，遠(yuǎn)端的甲烷氣體解吸并大量產(chǎn)出，產(chǎn)氣量逐漸緩慢升高。筆者認(rèn)為該類曲線的產(chǎn)生也充分體現(xiàn)了煤層氣井連續(xù)、長期排采的重要性。

3.4 “單峰型”產(chǎn)氣曲線特征

樊莊區(qū)塊生產(chǎn)直井中，有25%的井呈現(xiàn)出此類生產(chǎn)特征，典型排采曲線見圖6。

該類型曲線中的“單峰”階段與“雙峰型”產(chǎn)氣曲線中第一產(chǎn)氣高峰的形成機(jī)理及控制因素類似。不同的是該類曲線累計(jì)產(chǎn)水量少，尤其是在產(chǎn)氣高峰形成以后，日產(chǎn)水量多在0.5m3以下，經(jīng)過長時(shí)間的排采，未出現(xiàn)第二產(chǎn)氣高峰，一直保持低產(chǎn)趨勢。據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，該類井含氣量普遍較高，一般在20m3/t以上，但埋深相對(duì)較大，一般在600m以深，主要分布在井網(wǎng)不完善，井距大的井區(qū)。分析原因主要為單井含氣量高，壓裂改造后易形成高產(chǎn)，但儲(chǔ)層物性較差，原始滲透率低，導(dǎo)致產(chǎn)出水少，壓降面積擴(kuò)散緩慢，降壓困難，同時(shí)井網(wǎng)不完善、井距大，難以形成區(qū)域壓降，地下供氣面積小。

3.5 “直線型”產(chǎn)氣曲線特征

樊莊區(qū)塊生產(chǎn)直井中，有34%的井呈現(xiàn)出此類生產(chǎn)特征，典型排采曲線見圖7。

圖6 樊莊區(qū)塊4#直井生產(chǎn)曲線

圖7 樊莊區(qū)塊5#直井生產(chǎn)曲線

該類型井主要表現(xiàn)為當(dāng)近井地帶甲烷氣體充分解吸后，所產(chǎn)生的套管壓力低，一般小于1.0MPa，且放氣后，無產(chǎn)氣高峰，日產(chǎn)氣量普遍小于500m3。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，該類井主要分布在斷層附近或區(qū)塊東部、靠近水頭補(bǔ)給區(qū)，氣藏遭到破壞，保存條件差，含氣量一般小于10m3/t，多為低效井。主要是開發(fā)初期缺少地質(zhì)資料，構(gòu)造不落實(shí)，地質(zhì)認(rèn)識(shí)不足所致。

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