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        煤層氣井見氣時間預(yù)測方法及其應(yīng)用

        2013-08-31 08:33:26謝學(xué)恒秦學(xué)成
        關(guān)鍵詞:延川流壓產(chǎn)水量

        謝學(xué)恒,秦學(xué)成

        (1.中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司,天津300452;2.中石化華東分公司采油廠,江蘇泰州225300)

        煤層氣井的生產(chǎn)與常規(guī)油氣井不同,需要進(jìn)行一段時間的排水降壓,這一時間可定義為見氣時間。見氣時間一般在實際生產(chǎn)中通過觀測井的初始套壓確定,即啟抽排采至煤層氣井觀測到初始套壓所用的時間,其概念與實驗室中的煤巖解吸時間是相區(qū)別的。見氣時間的準(zhǔn)確預(yù)測直接關(guān)系到煤層氣井的下一步投產(chǎn)的時間安排,對煤層氣的開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

        目前國內(nèi)外關(guān)于見氣時間的相關(guān)研究資料較少,還處于探索階段,各項技術(shù)還不成熟。本文通過對延川南區(qū)塊生產(chǎn)井資料的統(tǒng)計,發(fā)現(xiàn)該地區(qū)見氣時間的兩個特點:首先,不同區(qū)域的地下煤層含水量不同,以及煤巖的滲透率的差異性明顯,這就造成了煤巖的原始地層壓力與滲流能力不同,從而導(dǎo)致煤層氣的見氣時間的差異;其次,由于不同區(qū)域煤層的物理特征不同,在維持煤巖儲集層不被破壞情況下排水降壓,這就要考慮到排水速率對煤巖滲透率敏感性 (即速敏)的影響,確定出泵的不同的轉(zhuǎn)速或沖次,從而導(dǎo)致不同井的見氣時間會不同??紤]到以上兩方面,結(jié)合生產(chǎn)實際,對延川南區(qū)塊的煤層氣井的見氣時間與見氣前平均日產(chǎn)水量、累計產(chǎn)水量、解吸壓力、初始井底流壓、舉升指數(shù) (沖程沖次或轉(zhuǎn)速)的關(guān)系進(jìn)行耦合分析,建立了見氣時間預(yù)測表達(dá)式,實踐證明其誤差較小,可應(yīng)用于該地區(qū)以后煤層氣生產(chǎn)。

        1 延川南區(qū)塊地質(zhì)背景

        延川南區(qū)塊位于晉陜交界處,構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地東南緣,隸屬于渭北隆起和晉西撓褶帶交匯處,整體構(gòu)造相對簡單,地層向NW傾斜,以NE向逆斷層為主,局部發(fā)育正斷層,走向NNE向。以黃河為界分為山西省部分和陜西省兩部分。區(qū)塊東西長 33.18km,南北寬 22.38km,面積701.4km2,含煤面積672km2。

        延川南地區(qū)資源量豐度高,保存較好,且地質(zhì)研究程度較高,為煤層氣開發(fā)的有利區(qū)。其中山西組2號煤層及太原組10號煤層全區(qū)穩(wěn)定可采,且兩煤層間距相對穩(wěn)定在40~50m之間,是煤層氣勘探開發(fā)的主要目標(biāo)層[1]。

        2 煤層氣井生產(chǎn)參數(shù)耦合及關(guān)聯(lián)分析

        煤層氣的解吸是由于排水降壓的結(jié)果,延川南多口井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn),煤層氣的解吸與產(chǎn)水量,等效壓力和舉升指數(shù)有關(guān)聯(lián)。當(dāng)排水量越多時,煤層氣的解吸就越早,即見氣時間越短;而等效壓力 (排水初期的井底流壓與見氣時的井底流壓之差)則與見氣時間成二次型相關(guān);舉升指數(shù)則與見氣時間成正相關(guān) (如圖1所示)。

        圖1 三個參數(shù)對見氣時間的影響

        除此之外,產(chǎn)水量與見氣時的井底流壓的分布具有一致性,產(chǎn)水量較多時,見氣時的井底流壓相對較高,反之較少。這是由于該區(qū)域的煤巖滲透率較大、煤層氣成藏時富集的較多,因而其解吸壓力就相對較高。其各參數(shù)的關(guān)聯(lián)分析見表1[2-4]。

        考慮到排水速度對煤層氣的敏感性影響,因此平均日產(chǎn)水量不能過大,這也就約束了舉升指數(shù)的上限。而受煤層的壓力敏感性影響,在未解吸出煤層氣時,煤層壓力的降低也應(yīng)該持續(xù)平穩(wěn)。對于該區(qū)塊而言,可以根據(jù)不同井的排采規(guī)律大致預(yù)測其見氣時間。

        表1 各參數(shù)的關(guān)聯(lián)性

        3 見氣時間預(yù)測表達(dá)式推導(dǎo)過程

        見氣時間預(yù)測表達(dá)式推導(dǎo)的研究思路是首先根據(jù)煤層氣井排采理論與實踐,建立見氣時間預(yù)測的理論模型,并結(jié)合延川南區(qū)塊煤層氣井生產(chǎn)參數(shù)耦合及關(guān)聯(lián)分析成果,得到該區(qū)塊見氣時間的統(tǒng)計模型,即經(jīng)驗公式。最后,運用理論模型與統(tǒng)計模型建立見氣時間預(yù)測表達(dá)式。

        3.1 理論模型

        第一方面,煤層氣井生產(chǎn)是排水降壓的過程,見氣時間直接與地層供液量相聯(lián)系,而生產(chǎn)時直接反映為2個動態(tài)參數(shù)——產(chǎn)水量與舉升指數(shù) (沖程沖次或轉(zhuǎn)速),從理論上而言 (避開壓竄含水層等),產(chǎn)水量越大,要求舉升指數(shù)越大,同時降壓通常較緩慢,見氣時間較長。則以見氣時間分別與產(chǎn)水量、舉升指數(shù)呈正相關(guān)表示。

        第二方面,初始井底流壓與解吸壓力 (見氣時的井底流壓)之差反映了需要降壓量的大小,假設(shè)只考慮單因素影響,則降壓量越小,見氣時間越短,反之降壓量越大,見氣時間越長。但是,受地層供液量差異的影響,降壓困難程度不同,降壓量與見氣時間并不呈線性相關(guān)[5-7]。

        綜合上述兩個方面,可假設(shè)預(yù)測模型為:

        式中,A,a,b為待統(tǒng)計回歸的常數(shù)。

        采用實際數(shù)據(jù)T,Q,ΔP。T=[44 42 82 105 121 124 63 225 29],Q= [3.13 2.46 3.76 0.89 9.44 8.84 3.14 19 1.3],ΔP= [1.98 1.69 1.95 2.81 0.41 0.49 0.4 1.02 1.94],得擬合公式為

        平均誤差為21%,理論模型擬合結(jié)果見圖2。

        3.2 統(tǒng)計模型

        根據(jù)煤層氣井生產(chǎn)參數(shù)耦合及關(guān)聯(lián)分析,可以得到見氣時間與見氣前平均日產(chǎn)水量、舉升指數(shù)以及等效壓力的統(tǒng)計模型,如表2。

        圖2 理論模型擬合結(jié)果

        表2 見氣時間預(yù)測統(tǒng)計模型

        考慮到見氣前平均日產(chǎn)水量與舉升指數(shù)呈明顯正相關(guān) (如圖3所示),見氣時間可由見氣前平均日產(chǎn)水量表示,平均誤差為23%。

        圖3 見氣前平均日產(chǎn)水量與舉升指數(shù)的相關(guān)性

        3.3 見氣時間預(yù)測表達(dá)式

        綜合理論模型與統(tǒng)計模型,試用了取平均值法、加三差分法、加權(quán)平均法,發(fā)現(xiàn)取平均值法誤差最小,最后采用取平均值法得到了見氣時間的預(yù)測表達(dá)式 (第一表達(dá)式),擬合度80%。

        4 適應(yīng)性評價與應(yīng)用實例

        在延川南區(qū)塊對見氣時間的預(yù)測發(fā)現(xiàn),當(dāng)見氣前平均日產(chǎn)水量小于1m3時,實測見氣時間超過100d,地質(zhì)分析證實這些井位于弱含水區(qū),并且等效壓力較大 (大于2MPa),也反映了儲層壓力較高、煤層解吸壓力較低,降壓困難。此部分井?dāng)?shù)據(jù)如表3所示。

        在這些區(qū)域則采用第二表達(dá)式:

        表3 弱含水區(qū)部分井?dāng)?shù)據(jù)

        因此,見氣時間預(yù)測表達(dá)式可修正為:

        對于延川南區(qū)塊而言,水文地質(zhì)分析得出弱含水區(qū)區(qū)域較小,主要運用累計產(chǎn)水量Q大于1m3時的表達(dá)式,其應(yīng)用實例如表4,預(yù)測誤差較小。

        表4 見氣時間預(yù)測應(yīng)用實例

        5 結(jié)論與建議

        見氣時間預(yù)測模型需要充分考慮到地質(zhì)因素的影響,例如水文地質(zhì)、含氣量 (影響解吸壓力)、原始儲層壓力等,文中所建模型首先通過見氣前平均日產(chǎn)水量差異,區(qū)分了水文地質(zhì)條件,同時運用見氣前平均日產(chǎn)水量與等效壓力 (初始井底流壓與解吸壓力之差)建立了預(yù)測見氣時間的理論模型,在數(shù)據(jù)統(tǒng)計時發(fā)現(xiàn)見氣前平均日產(chǎn)水量與見氣時間具有強相關(guān)性,以此作為統(tǒng)計模型。結(jié)合理論模型與統(tǒng)計模型,采用取平均的方法得到了見氣時間預(yù)測表達(dá)式,其相對誤差最小。

        [1]郭慶安,許祖?zhèn)?鄂爾多斯盆地延川南區(qū)塊延1井區(qū)煤層氣開發(fā)先導(dǎo)性試驗井組研究[J].石油天然氣學(xué)報,2010,32(4):349-350.

        [2]安豐華,程遠(yuǎn)平,吳冬梅,等.基于瓦斯解吸特性推算煤層瓦斯壓力的方法 [J].采礦與安全工程學(xué)報,2011,28(1):81-85.

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