王衛(wèi)東

(中國煤炭地質(zhì)總局第一勘探局地質(zhì)勘查院，河北邯鄲 056004)

井間干擾是煤層氣井?dāng)U大解吸區(qū)域、有效動(dòng)用儲(chǔ)量的必要條件，而干擾試井測(cè)試是判斷區(qū)域或井組是否達(dá)到井間干擾的重要手段。干擾試井測(cè)試可以獲得井間連通性、方位滲透率、孔隙度等參數(shù)，還可以通過對(duì)測(cè)試井的井底流壓、壓力恢復(fù)速率等參數(shù)的分析，計(jì)算目前地層壓力及單井滲透率，為產(chǎn)能分析、開發(fā)方案制定等提供依據(jù)[1]。

保德區(qū)塊是我國煤層氣開發(fā)利用最為成功的地區(qū)之一[2]，也是我國最早投入開發(fā)的低煤階煤層氣區(qū)，該區(qū)中石油已建產(chǎn)能8億m3[3]。經(jīng)過十多年的開采，煤層氣日產(chǎn)量已達(dá)到150×104m3/d，大部分井已經(jīng)進(jìn)入了穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)階段。保德區(qū)塊試驗(yàn)區(qū)當(dāng)前共有排采井215口，平均單井產(chǎn)量可達(dá)2 300 m3/d，但日產(chǎn)氣量低于500 m3的單井仍占總井?dāng)?shù)的25%左右[2]。部分井產(chǎn)氣效果并不理想，主要表現(xiàn)為區(qū)域性低產(chǎn)和個(gè)體性低產(chǎn)(個(gè)體性低產(chǎn)即同一井組內(nèi)，部分井高產(chǎn)，部分井低產(chǎn))。保德區(qū)塊區(qū)域性低產(chǎn)的原因已比較明確，主要是資源豐度低或區(qū)域滲透性差，而個(gè)體性低產(chǎn)的原因尚不夠清晰。因此，本文在保德區(qū)塊選取多個(gè)已經(jīng)進(jìn)行了5年以上排采歷史的井組進(jìn)行了干擾試井測(cè)試，獲取了豐富的開發(fā)期地質(zhì)參數(shù)，進(jìn)而探尋其個(gè)體性低產(chǎn)的原因。

本文選取三個(gè)代表性的井組(個(gè)體性低產(chǎn)井組)，擬通過對(duì)井組均質(zhì)性、井間連通性、儲(chǔ)層能量等與井組產(chǎn)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分類分析，從而得出個(gè)體性低產(chǎn)井的產(chǎn)量制約及影響因素。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

保德區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地東緣，構(gòu)造位置屬于晉西褶曲帶北段，山西河?xùn)|煤田的北端。區(qū)域地層與鄂爾多斯盆地及華北地區(qū)其他成煤盆地基本一致。出露的地層由老到新：中奧陶統(tǒng)峰峰組，上石炭統(tǒng)本溪組、太原組，下二疊統(tǒng)山西組，中二疊統(tǒng)石盒子組，上二疊統(tǒng)石千峰組，下三疊統(tǒng)劉家溝組、和尚溝組，中三疊統(tǒng)二馬營組，新生界新近系及第四系。含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組和山西組，主要由砂巖、泥巖和煤層組成，厚度120～210m。區(qū)內(nèi)發(fā)育煤層15～16層，總厚14～34m[4-6]。

研究區(qū)構(gòu)造性質(zhì)既有別于活動(dòng)強(qiáng)烈的山西地塊先期擠壓褶皺和后期伸展斷陷，又不同于相對(duì)穩(wěn)定的鄂爾多斯盆地內(nèi)部構(gòu)造，總體表現(xiàn)為過渡性質(zhì)的盆緣構(gòu)造類型，褶皺、斷裂主要發(fā)育于該區(qū)的中南部，多呈NNE或NE向展布?？傮w構(gòu)造形態(tài)簡單，表現(xiàn)為向西傾的單斜構(gòu)造，走向南北[7]，斷層和褶皺不發(fā)育，同時(shí)煤層構(gòu)造形態(tài)簡單，東高西低，地層平緩，一般1°～5°，局部發(fā)育5°～10°。斷裂稀少且規(guī)模不大，斷層以北東方向?yàn)橹?，斷?0～25m。全區(qū)煤層較厚，無巖漿活動(dòng)。分布穩(wěn)定而且厚度較大的煤層的存在，為煤層氣藏的形成提供了基礎(chǔ)，煤層的厚度及其穩(wěn)定性，是評(píng)價(jià)煤層氣藏的一個(gè)重要參數(shù)。

研究區(qū)主要可采煤層為山西組4#、5#煤層和太原組8#、9#煤層。煤層發(fā)育較厚，平面分布較穩(wěn)定[6]，是勘探區(qū)的主力煤層，也是煤層氣主要開發(fā)目的層(圖1)。

圖1 保德區(qū)塊煤系地層綜合柱狀圖Figure 1 Comprehensive stratigraphic columnof coal measures strata in Baode block

其中4#+5#煤層平均厚7.2m，埋深300～1 000m，煤層結(jié)構(gòu)多樣，具較強(qiáng)的非均質(zhì)性，夾矸1～3層，從北向南煤層逐漸變薄，埋深變大，從東向西煤層變厚，埋深變大。8#+9#煤平均厚9.7m，埋深350～1 200m，非均質(zhì)性強(qiáng)，夾矸1～3層，從北向南煤層厚度變薄，埋深變大，從東向西煤層厚度先變薄后逐漸變厚，埋深變大[6]。

8#+9#煤鏡質(zhì)組平均含量55.7%，宏觀煤巖類型主要為半暗煤-暗淡型，部分為半亮型[8]。煤心多呈碎塊狀，大小1.0～5.4cm，部分為短柱狀，柱長2.7～5.5cm。層理較清晰，手捻不易碎。割理十分發(fā)育，顯示其煤層氣儲(chǔ)層滲透性較好。對(duì)3口井進(jìn)行DST試井測(cè)試，8#+9#煤滲透率為2～12.9mD，均值7.1mD[9]。

保德區(qū)塊屬于中低階煤層氣田，該區(qū)域煤層氣具有低壓、低滲和低飽和度的特點(diǎn)，布井密度大，井間距小，單井產(chǎn)量低，因此該區(qū)多采用叢式井進(jìn)行煤層氣開發(fā)[10]。

2 煤層氣生產(chǎn)井干擾試井測(cè)試及解釋方法

氣藏生產(chǎn)過程中地層壓力傳播速度的快慢，井間干擾大小，以及井間連通性等問題備受關(guān)注，傳統(tǒng)的方法就是開展井間干擾試井測(cè)試或全氣藏關(guān)井測(cè)壓[11-12]。

2.1 測(cè)試工藝

煤層氣排采井干擾試井測(cè)試技術(shù)目前已趨于成熟，測(cè)試工藝為設(shè)置激動(dòng)井(干擾井)和觀察井，同時(shí)下入高靈敏度的電子壓力計(jì)，改變激動(dòng)井(干擾井)的工作制度，即以恒定排量進(jìn)行注入激動(dòng)，從觀察井上接收由于激動(dòng)井工作制度改變所造成的壓力變化，同時(shí)為了縮短測(cè)試時(shí)間，激動(dòng)井及觀測(cè)井均下入井下封隔器并采用井下關(guān)井，減少井筒儲(chǔ)集效應(yīng)影響。通過觀察井與激動(dòng)井井下壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與壓力比較，判斷兩個(gè)井之間流體(水力)連通性，獲得井間的流動(dòng)參數(shù)結(jié)果[13]。

2.2 解釋方法和測(cè)試結(jié)果

煤儲(chǔ)層滲透率是影響煤層氣產(chǎn)量和開采效率的關(guān)鍵參數(shù)之一，煤層氣開發(fā)過程中儲(chǔ)層滲透性會(huì)隨著地層壓力動(dòng)態(tài)變化，早期以應(yīng)力敏感為主[14-15]。

借鑒于常規(guī)油氣干擾試井解釋原理與方法，煤層氣生產(chǎn)井干擾試井的解釋方法與之基本相同，通常采用極值點(diǎn)分析法和圖版擬合法，二者主要區(qū)別：在常規(guī)的油氣井干擾試井測(cè)試中，凈干擾壓力一般采用直線法進(jìn)行計(jì)算，但本次選取的目標(biāo)井均為排采兩年以上的井，觀測(cè)井的背景壓力不再是線性變化，所以需要通過研究背景壓力的變化規(guī)律再進(jìn)行背景壓力剔除。

干擾試井測(cè)試結(jié)果包括井間連通性、目前地層壓力、方位滲透率等地層特性參數(shù)。目前地層壓力可以反映區(qū)域地層壓力的下降程度，滲透率反映了排采對(duì)地層物性的影響，邊界距離則在一定程度上反映了小區(qū)域的非均質(zhì)性。

3 測(cè)試結(jié)果及討論

3.1 均質(zhì)性井組

保德區(qū)塊共進(jìn)行了8個(gè)井組的干擾試井測(cè)試，其中4個(gè)井組表現(xiàn)為很好的均質(zhì)性：即井組井間連通性好，井間滲透率差值小，井底流壓一致性強(qiáng)且產(chǎn)量相近。B3-11井組為典型的高均質(zhì)性井組(表1)。

目前地層壓力是指用觀測(cè)井壓力恢復(fù)曲線分析所得的外推壓力，代表目前狀態(tài)下該井探測(cè)半徑范圍內(nèi)的平均地層壓力，測(cè)試前井底流壓指干擾試井測(cè)試之前監(jiān)測(cè)的井底流壓，二者的差值反映了井的壓降漏斗形態(tài)(圖2)。

B3-11井組四口井滲透率為17.45～31.87mD，平均值為23.17mD，滲透率遠(yuǎn)高于勘探期的區(qū)域平均滲透率4.5mD，且滲透率與產(chǎn)水量呈明顯的正相關(guān)(圖3)；井組目前地層壓力為3.92～4.03MPa，分布范圍小，平均目前地層壓力為3.97MPa，基本可以代表井組區(qū)域內(nèi)的目前地層壓力；差值2.14～2.59MPa，平均值為2.42MPa，指示該井組已達(dá)到多井干擾和區(qū)域壓降，這和干擾試井測(cè)試所獲得的井間連通性是一致的。B3-11井組4口井均表現(xiàn)為較高的產(chǎn)水量和很低的產(chǎn)氣量，基本可以排除工程技術(shù)和排采制度兩方面的因素，而整個(gè)井組滲透率均較高，推測(cè)低其產(chǎn)氣量與區(qū)域低含氣量有關(guān)。

表1 B3-11井組解釋結(jié)果

圖2 井底流壓與目前地層壓力示意圖Figure 2 Schematic diagram of well bottom flowpressure and current formation pressure

圖3 B3-11井組產(chǎn)水量與滲透率相關(guān)性Figure 3 Interdependency between water yield andpermeability in B3-11 well group

3.2 非均質(zhì)性井組

保德區(qū)塊8個(gè)井組中，有4個(gè)表現(xiàn)為較強(qiáng)的非均質(zhì)性，其中2個(gè)井組產(chǎn)氣量較低或無產(chǎn)氣量，本文選取兩個(gè)產(chǎn)氣量相對(duì)較高的井進(jìn)行分析(表2)。

兩個(gè)井組受工程因素影響，在排采期有多次停排情況，平均產(chǎn)氣、產(chǎn)水量不具有代表性，因此本文采用最高日產(chǎn)氣量和最高日產(chǎn)水量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

最高日產(chǎn)氣量、最高日產(chǎn)水量與滲透率均無明顯的相關(guān)性，說明該井組在經(jīng)歷長時(shí)間的排采后，滲透率已不是產(chǎn)量的制約因素(圖4、圖5)。

B1-09井組的滲透率低于B3-03井組的滲透率，但B1-09井組產(chǎn)氣量要高于B3-03井組產(chǎn)氣量，產(chǎn)水量低于B3-03井組產(chǎn)氣量，可見，保德區(qū)塊產(chǎn)氣量的主要受資源豐度控制。

3.2.1 目前地層壓力與產(chǎn)氣量、產(chǎn)水量關(guān)系

目前地層壓力實(shí)質(zhì)上反映了目前地層能量，B1-09井組投產(chǎn)早于B3-03井組，而產(chǎn)氣量及目前地層壓力均高于B3-03井組，證明B1-09井組的資源豐度及潛力均優(yōu)于B3-03井組。這與實(shí)際生產(chǎn)情況一致。

表2 B1-09、B3-03井組干擾試井成果

滲透率/mD圖4 最高日產(chǎn)氣量與滲透率相關(guān)性Figure 4 Interdependency between maximum dailyCBM output and permeability

滲透率/mD圖5 最高日產(chǎn)水量與滲透率相關(guān)性Figure 5 Interdependency between maxium dailywater yield and permeability

差值/MPa圖6 最高日產(chǎn)氣量與差值相關(guān)性Figure 6 Interdependency between maximum dailyCBM output and D-values

3.2.2 差值與產(chǎn)氣量關(guān)系

圖6為兩個(gè)井組差值與最高日產(chǎn)氣量的相關(guān)性圖，兩個(gè)井組的差值與最高日產(chǎn)氣量成明顯的負(fù)相關(guān)。說明在非均質(zhì)性的井組中，解吸區(qū)域是氣產(chǎn)量的主要制約因素。兩個(gè)井組的趨勢(shì)線成平行關(guān)系，兩條線之間的間距大約為1 000m3/d，即在同等差值條件下，B1-09井組比B3-03井組日產(chǎn)高1 000m3左右(圖7、圖8)。

差值/MPa圖7 B3-03井組最高日產(chǎn)水量與差值相關(guān)性Figure 7 Interdependency between maximum dailywater yield and D-values in well group B3-03

差值/MPa圖8 B1-09井組最高日產(chǎn)水量與差值相關(guān)性Figure 8 Interdependency between maximum dailywater yield and D-values in well group B1-09

4 結(jié)論

保德區(qū)塊煤層氣井產(chǎn)量影響因素包括資源條件(含氣量、煤儲(chǔ)層厚度、資源豐度、含氣飽和度等)、開發(fā)條件(埋深、滲透率、儲(chǔ)層壓力梯度等)、工程因素(鉆井、壓裂、排采等)。

保德區(qū)塊均質(zhì)性井組整體低產(chǎn)的原因包括資源條件差、開發(fā)條件差，因此導(dǎo)致的低產(chǎn)，二次可改造性較差，高效率開發(fā)潛力弱。

如果同一井組中，即存在高產(chǎn)井，又存在不產(chǎn)或低產(chǎn)井，則為非均質(zhì)性井組。造成非均質(zhì)性井組低產(chǎn)的主要原因?yàn)闈B透率低及工程因素影響。資源條件造成低產(chǎn)的可能性小。開發(fā)條件中，有可能造成單井低產(chǎn)的條件為滲透率，此類井進(jìn)行二次改造有一定的提產(chǎn)潛力，可通過多次壓裂提高儲(chǔ)層滲透性實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。