肖翠

（中國石化華東分公司石油勘探開發(fā)研究院，江蘇 南京 210011）

和順區(qū)塊屬于沁水盆地高煤階煤層氣田，具有低壓、低滲、低飽和、非均質性強的“三低一強”的地質特征，開發(fā)難度大。由于影響煤層氣井高產(chǎn)的因素較復雜，各井生產(chǎn)特征差異較大，穩(wěn)產(chǎn)周期與產(chǎn)能也復雜多變。剖析影響煤層氣產(chǎn)能的主控因素，可以更精細地認識儲層，有效地指導煤層氣開發(fā)選區(qū)和井網(wǎng)部署，為其它地區(qū)高煤階煤層氣勘探開發(fā)提供可借鑒的信息和經(jīng)驗。

1 研究區(qū)地質概況

和順區(qū)塊位于沁水盆地東北翼，構造上位于壽陽—陽泉單斜帶、東部單斜帶和榆社—武鄉(xiāng)構造帶交會地區(qū)。區(qū)內(nèi)以單斜構造為特征，局部發(fā)育寬緩褶皺構造。太原組15號煤層為煤層氣開發(fā)的主要煤層[1]。15號煤層厚2.0～9.9 m，平均5.71 m，屬于中厚—厚層煤。為潮坪及泥炭沼澤沉積，弱富含水性。含氣量分布范圍為4～17 m3/t，注入/壓降試井測試煤層平均滲透率為0.045×10-3μm2。

2 產(chǎn)能主控因素分析

和順區(qū)塊在實際生產(chǎn)過程中，煤層氣井產(chǎn)氣量差異較大，最高日產(chǎn)氣量100～2 100 m3，部分低產(chǎn)井影響了煤層氣井整體開發(fā)效果?；诤晚槄^(qū)塊煤層氣井開發(fā)實踐，從地質和工程兩方面著手，分析和順區(qū)塊煤層氣井產(chǎn)能影響因素，對區(qū)塊下一步規(guī)?；_發(fā)具有顯著的指導意義。

2.1 含氣量

和順區(qū)塊太原組15號煤層含氣量分布變化較大，在450～1 120 m深度區(qū)間內(nèi)，單井原煤含氣量（空氣干燥基）平均值變化于4.63～16.54 m3/t之間，平均為10.49 m3/t。統(tǒng)計結果顯示，含氣量與單井最高日產(chǎn)氣量呈正相關關系,含氣量越高，日產(chǎn)氣量越高（圖1）。

圖1 和順區(qū)塊含氣量—產(chǎn)氣量關系Fig.1 Relation between gas content and gas production rate in Heshun block

2.2 煤層氣保存條件

和順區(qū)塊煤層氣保存條件制約著含氣量的高低，因此單井產(chǎn)能受煤層氣保存條件的影響明顯。煤層氣藏的保存條件又取決于煤層頂?shù)装宓姆馍w條件、構造條件以及水動力條件。

1）封蓋條件

良好的封蓋層不但可以阻止煤層氣的垂向逸散，保持較高的地層壓力和煤層氣的吸附量，而且還可阻止地層水的垂向交替，減少煤層氣的逸散量[2]。和順區(qū)塊頂板巖性和厚度直接影響煤層含氣量，主力煤層15號煤蓋層整體以泥巖沉積為主，含氣量與泥巖頂板累厚呈正相關關系，累厚大于10 m，含氣量高于10 m3/t（圖2）。

圖2 和順區(qū)塊泥巖頂板累厚—含氣量關系Fig.2 Relation between cumulative thickness of mudstone roof and gas content in Heshun block

2）構造條件

和順區(qū)塊以褶皺構造為主要特征，中小斷裂發(fā)育，同時發(fā)育陷落柱。斷層和陷落柱構成了煤層氣逸散的通道，對煤層氣的保存不利。單井產(chǎn)能受斷層、陷落柱的影響明顯，距離斷層、陷落柱越近，含氣性變差，產(chǎn)氣效果差（圖3、圖4）。

3）水文地質條件

水動力條件是影響煤層氣富集高產(chǎn)的一個重要因素，它對煤層氣的保存影響很大，承壓水有助于阻止煤層甲烷的逸散，進而提高煤層含氣量，而且還有利于煤層甲烷的排水降壓和開采抽放[3]。

圖3 和順區(qū)塊單井距陷落柱、斷層距離與含氣量關系Fig.3 Relation between gas content and the distance from single well to collapse column and faults in Heshun block

圖4 和順區(qū)塊煤層氣井距斷層、陷落柱距離與日產(chǎn)氣量關系Fig.4 Relation between daily gas production and the distance from single well to faults and collapse column in Heshun block

工區(qū)的東南部和中部分別部署了XH井組及XC井組，東南部的XH井組靠近地下水的補露頭，且發(fā)育較多陷落柱，為地下水的流動提供了條件，是地下水徑流區(qū)，不利于煤層氣的保存。中部的XC井組水動力條件弱，屬于弱徑流區(qū)—滯流區(qū)，水壓封閉，保存條件優(yōu)于XH井組，其產(chǎn)氣效果也明顯優(yōu)于XH井組。

2.3 解吸壓力

解吸壓力的大小直接影響煤層氣的開采難易程度及采收率。和順區(qū)塊15號煤整體解吸壓力偏低，解吸壓力變化范圍較大，為0.4～2.52 MPa。統(tǒng)計結果顯示，解吸壓力越高，產(chǎn)氣效果越好（圖5）。

圖5 15號煤層解吸壓力與產(chǎn)氣量關系Fig.5 Relation between desorption pressure and daily gas production of No.15coalbed

3 工程因素

和順區(qū)塊煤層氣井產(chǎn)能差異較大，產(chǎn)氣曲線波動性強，單井產(chǎn)氣特征普遍出現(xiàn)單駝峰特征，產(chǎn)能不穩(wěn)定。造成這種現(xiàn)象的原因除了有各井地質條件差異外，人為控制的工程因素更為重要[4]，和順區(qū)塊目前排采井產(chǎn)能主要受壓竄以及排采過快等工程因素的影響，其中排采制度的影響尤為明顯。

3.1 壓裂溝通已排采井，造成已排采井產(chǎn)氣量難以恢復

區(qū)塊內(nèi)X井具有較好的地質條件，前期排采產(chǎn)氣量過千方，受鄰井XL井壓裂溝通影響，產(chǎn)氣量難以恢復。

3.2 排采控制

煤層氣井生產(chǎn)以排水為核心，在見氣前壓裂液返排率和返排速度（井底流壓的下降速度）是決定氣井高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的關鍵因素。

XC井組產(chǎn)液量低，由于前期排采過快，泄壓范圍有限，煤層穩(wěn)產(chǎn)期短，單井產(chǎn)氣特征普遍出現(xiàn)單駝峰特征。煤儲層受到壓敏和速敏效應傷害，煤層滲透性下降，壓降漏斗不能充分擴展，供氣源受限，最終煤層產(chǎn)氣量和產(chǎn)液量均下降較快（圖6）。

圖6 XC-8井底流壓下降情況與產(chǎn)量關系曲線Fig.6 Relation curves of bottom hole flowing pressure reduction and daily gas production of well XC-8

針對類似和順區(qū)塊滲透率較低、產(chǎn)水量較低的儲層，抽排速度需按照煤層的產(chǎn)水潛能，進行合理排液。在見氣前單相排水階段求取煤層供液指數(shù)，確保排采過程中動液面平穩(wěn)下降。

煤層供液能力以煤層供液指數(shù)（J）表示，它指單位生產(chǎn)壓差下煤層日供液能力。即：

單相排水階段產(chǎn)水量穩(wěn)定，符合達西滲流定律，IPR曲線為直線，井底壓力Pwf與日產(chǎn)液量Q呈線性負相關關系，其斜率的負倒數(shù)便是供液指數(shù)，即：

由式（1）和式（2）得：

當井底流壓降至臨界解吸壓力P臨，煤層氣開始解吸，井筒環(huán)形空間內(nèi)產(chǎn)生套壓，單相排水階段結束，這一階段排采時間：

累積產(chǎn)水量：

由式（4）和式（5）得：

式中：J——煤層供液指數(shù)，m3·（d·MPa）-1；Pi——啟抽壓力，MPa；P臨——臨界解吸壓力，MPa;q0——壓裂放噴量，m3。

通過分析和順區(qū)塊壓裂液返排率與產(chǎn)氣量的關系可以看出，當壓裂液返排率達到80%以上時，能夠取得較好的產(chǎn)氣效果（圖7）。

圖7 和順區(qū)塊壓裂液返排率—產(chǎn)氣量關系Fig.7 Relation between fracturing fluid flowback rate and daily gas production in Heshun block

因此,我們設定累積產(chǎn)液量Q為80%壓裂液總量的前提下，由式（6）可以求出每日合理降液面量，實現(xiàn)定量化排采。

通過計算，單相流階段XC井組的理論壓降速度為0.003～0.027 MPa/d，而實際排采速度偏快，壓降速度為0.045～0.062 MPa/d（表1）。利用此計算公式可依據(jù)每口煤層氣井的產(chǎn)水潛能，進行合理排液，為煤層氣井制定合理的排采速度提供參考，實現(xiàn)一井一策的精細化管理。

表1 和6井組理論排采強度與實際排采強度對比Table 1 Theoretical and actual production intensity comparison of He-6 well group

4 結論

通過綜合和順區(qū)塊煤層氣井地質特征和生產(chǎn)特征，得出以下認識和結論：

1）基于氣井產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)分析，影響和順區(qū)塊煤層氣井產(chǎn)能的主要控制地質因素是含氣量、煤層氣保存條件、解吸壓力等，此外壓竄、排采控制等工程因素也影響煤層氣井的產(chǎn)氣量。

2）我國大多數(shù)煤層屬于低含水煤層，因此抽排速度一定要按照煤層的產(chǎn)水潛能，進行合理排液。如果排采強度過大，則會造成儲層傷害，影響單井產(chǎn)量。單相流階段合理排采強度的確定，既可防止煤層激動，又可避免不必要的能源消耗，具有較好推廣應用前景。

[1]秦學成，段永剛，謝學恒，等.煤層氣井產(chǎn)氣量控制因素分析[J].西南石油大學學報,2012,34（2）∶99-103.

[2]高波，馬玉貞，陶明信，等.煤層氣富集高產(chǎn)的主控因素[J].沉積學報,2003,21（2）∶345-349.

[3]李騰.影響煤層氣富集的地質因素[J].煤礦現(xiàn)代化,2011,100（1）∶108-109.

[4]陶樹.沁南煤儲層滲透率動態(tài)變化效應及氣井產(chǎn)能響應[D].北京：中國地質大學，2011.