閆 霞，徐鳳銀，張 雷，聶志宏，張 偉，馮延青，張雙源

(1.中聯(lián)煤層氣國(guó)家工程研究中心有限責(zé)任公司，北京 100095；2.中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100028)

煤層氣資源靜態(tài)評(píng)價(jià)較為成熟，但煤層氣開發(fā)地質(zhì)研究仍有待深入。將地質(zhì)研究與開發(fā)地質(zhì)變化有效結(jié)合起來，這一重要“中間環(huán)節(jié)”長(zhǎng)期受到了不應(yīng)有的忽視。隨著10 a來國(guó)內(nèi)煤層氣區(qū)塊開發(fā)效果顯現(xiàn)，利用勘探開發(fā)工程實(shí)踐后取得的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和開發(fā)特征，對(duì)開發(fā)地質(zhì)再認(rèn)識(shí)已有不少報(bào)道。例如，沁水盆地樊莊區(qū)塊開發(fā)初期存在2種情況：一種情況為局部構(gòu)造高部位產(chǎn)氣早但產(chǎn)氣周期短，而局部構(gòu)造斜坡地帶為煤層氣井高產(chǎn)的有利部位；另一種情況則是局部構(gòu)造高部位利于產(chǎn)氣，局部構(gòu)造低部位利于產(chǎn)水。隨著開發(fā)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，樊莊區(qū)塊上述第2種情況成為局部構(gòu)造控產(chǎn)的主流，進(jìn)一步指出這一現(xiàn)象起源于煤層氣規(guī)模性開發(fā)過程中的“氣水分異”作用，提出了合理布局開發(fā)井網(wǎng)、先施工低部位的生產(chǎn)井等開發(fā)方案構(gòu)想。再如，發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯盆地西南緣彬長(zhǎng)礦區(qū)構(gòu)造高點(diǎn)煤層氣井在排采初期的抽采效果好于構(gòu)造低部位的井。然而，前人有關(guān)認(rèn)識(shí)依然局限于統(tǒng)計(jì)規(guī)律的梳理和氣水分異原理的討論，未能上升到“氣藏”高度來理解微構(gòu)造對(duì)煤層氣的控藏機(jī)理和控產(chǎn)特征。鑒于此，筆者進(jìn)一步從現(xiàn)象出發(fā)分析原因，系統(tǒng)闡述了微構(gòu)造控藏控產(chǎn)原理，提出了“動(dòng)態(tài)氣藏”的觀點(diǎn)，根據(jù)不同微構(gòu)造部位產(chǎn)氣規(guī)律將煤層氣井劃分為6種類型，為預(yù)測(cè)未開發(fā)區(qū)相似地質(zhì)條件煤層氣井產(chǎn)能及開發(fā)規(guī)律提供了新的思路和依據(jù)。

1 煤層微構(gòu)造控藏控產(chǎn)原理

1.1 微構(gòu)造對(duì)煤儲(chǔ)層地質(zhì)條件和開發(fā)動(dòng)態(tài)的控制與影響

微構(gòu)造是指在構(gòu)造變動(dòng)過程中煤層及其圍巖產(chǎn)生的微細(xì)構(gòu)造起伏以及落差小于5.0 m的斷層，包括微幅褶皺、小斷層、層間滑動(dòng)等，大致劃分為正向微構(gòu)造、平緩微構(gòu)造、負(fù)向微構(gòu)造、構(gòu)造陡變區(qū)4類。微構(gòu)造相對(duì)較大規(guī)模構(gòu)造更加普遍，這些局部構(gòu)造細(xì)節(jié)及其變化會(huì)影響到鉆完井、壓裂改造程度以及排采連續(xù)性等。為此，筆者討論的主要對(duì)象為微構(gòu)造，但不局限于微構(gòu)造。

微構(gòu)造控藏機(jī)理的內(nèi)涵涉及兩大范疇(圖1)：一是微構(gòu)造對(duì)煤儲(chǔ)層地質(zhì)條件的影響(圖1灰色橢圓)，二是微構(gòu)造對(duì)煤層氣開發(fā)生產(chǎn)的影響(圖1黃色方框)，即微構(gòu)造直接或者通過煤儲(chǔ)層地質(zhì)條件對(duì)煤層氣開發(fā)動(dòng)態(tài)施加影響。其中，微構(gòu)造對(duì)煤儲(chǔ)層地質(zhì)條件影響包括2個(gè)方面:一是煤層氣保存條件，如圍巖條件、水動(dòng)力場(chǎng)、含氣量等，如果構(gòu)造陡變部位或微構(gòu)造曲率過大時(shí)，小斷層發(fā)育、層間滑動(dòng)、裂隙溝通煤層的圍巖或外來水，會(huì)造成保存條件變差；二是煤層氣開發(fā)地質(zhì)條件，包括地應(yīng)力、微裂隙發(fā)育程度、滲透率等，這些參數(shù)影響著能否形成利于煤層氣開發(fā)的低應(yīng)力-高滲透條件。正向微構(gòu)造軸部主要受張應(yīng)力作用，發(fā)育大量張性裂隙，滲透性增加，當(dāng)其形態(tài)越寬緩，高滲區(qū)范圍越大；負(fù)向微構(gòu)造一般受擠壓應(yīng)力影響，裂隙閉合，滲透性降低。

微構(gòu)造對(duì)煤層氣開發(fā)動(dòng)態(tài)的影響存在于生產(chǎn)全過程，如壓裂改造效果、壓降漏斗形態(tài)、出煤粉程度等，特別是解吸后氣、水動(dòng)態(tài)變化及采動(dòng)流場(chǎng)改變，在微構(gòu)造高部位形成“動(dòng)態(tài)氣藏”，最終影響了全生命周期的煤層氣開發(fā)效益。在此過程中，滲透率銜接了煤層氣地質(zhì)條件與開發(fā)條件，2者耦合構(gòu)成了“動(dòng)態(tài)氣藏”發(fā)育特點(diǎn)的關(guān)鍵因素。斷層、陷落柱、層間滑動(dòng)面附近、褶皺構(gòu)造陡變部位易出現(xiàn)構(gòu)造煤，為煤粉高產(chǎn)區(qū)，特別是構(gòu)造陡變區(qū)的井在生產(chǎn)中極易產(chǎn)生煤粉，進(jìn)而影響排采連續(xù)性。在相同壓裂規(guī)模設(shè)計(jì)情況下，不同微構(gòu)造部位井的壓裂改造效果會(huì)有差異：正向微構(gòu)造為低應(yīng)力-高滲區(qū)，原始裂隙發(fā)育，該部位井壓裂施工壓力低、排量高、易于加砂，改造后的人工裂縫易連通原始裂縫，形成體積縫網(wǎng)，從而這些部位易較早形成“井間干擾壓降漏斗”，整體表現(xiàn)為產(chǎn)量高、穩(wěn)產(chǎn)能力好；負(fù)向微構(gòu)造為高應(yīng)力-低滲區(qū)，裂縫監(jiān)測(cè)在井筒附近易形成短縫，壓裂改造效果相對(duì)較差，形成“獨(dú)立狹長(zhǎng)漏斗”。除了通過壓裂或作業(yè)污染改變滲透率大小、進(jìn)而影響壓降漏斗擴(kuò)展之外，鉆井井型與井網(wǎng)、排采連續(xù)性與排采制度等也會(huì)影響到壓降漏斗形態(tài)(圖1)。下面將重點(diǎn)闡述微構(gòu)造對(duì)解吸后氣、水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律和“動(dòng)態(tài)氣藏”形成的影響。

圖1 煤層微構(gòu)造控藏機(jī)理及要素之間銜接關(guān)系

1.2 微構(gòu)造對(duì)解吸后氣、水動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的影響

開發(fā)之前，煤層保持一種平衡的狀態(tài)。煤層氣井抽采之后，打破了這種平衡狀態(tài)，隨著氣體不斷解吸出來，煤層中不同部位的動(dòng)態(tài)含氣、含水飽和度也將發(fā)生變化。微構(gòu)造影響了煤層氣解吸產(chǎn)出后的氣水分布，因重力分異作用，解吸氣體容易沿著優(yōu)勢(shì)降壓方向不斷向上運(yùn)移至張性裂隙相對(duì)發(fā)育的局部構(gòu)造高部位，水容易沿下傾方向匯聚于構(gòu)造低部位。這種動(dòng)態(tài)調(diào)整導(dǎo)致微構(gòu)造高、低部位氣水占比發(fā)生變化，根據(jù)氣水相滲原理，將進(jìn)一步影響不同部位氣、水的流動(dòng)能力，從而影響煤層氣井的見氣見水時(shí)間以及氣水產(chǎn)量。

正向微構(gòu)造高部位煤儲(chǔ)層原位條件下一般水較少，含水飽和度低，解吸煤層氣更易匯聚至構(gòu)造高部位；隨著該部位煤儲(chǔ)層含氣飽和度迅速上升，對(duì)應(yīng)的氣相滲透率也迅速升高，氣體更容易流動(dòng)，表現(xiàn)為正向微構(gòu)造部位的井見氣早，以產(chǎn)氣為主。在負(fù)向微構(gòu)造，高部位煤層的部分水受到重力作用也易沿下傾方向匯聚于低部位，造成低部位含水飽和度持續(xù)較高，水相滲透率隨之增高，表現(xiàn)為產(chǎn)水為主，產(chǎn)氣量較低，進(jìn)而影響煤層氣井見氣時(shí)間的快慢以及產(chǎn)水和產(chǎn)氣量的大小。

煤層滲透率越低，束縛水飽和度會(huì)越大，殘余氣飽和度越高，兩相流動(dòng)范圍會(huì)變的更小，可動(dòng)水流動(dòng)范圍變小，含水或含氣飽和度的輕微變化對(duì)氣相、水相滲透率變化程度的影響更為明顯。相比淺煤層，深部煤儲(chǔ)層滲透率更低，兩相流動(dòng)范圍小，對(duì)開發(fā)過程中不同微幅構(gòu)造部位氣、水飽和度的輕微變化更為敏感，會(huì)對(duì)開發(fā)效果產(chǎn)生明顯影響，需要對(duì)深部煤層開展更為精細(xì)構(gòu)造的刻畫研究。

1.3 微構(gòu)造與煤層氣“動(dòng)態(tài)氣藏”

煤儲(chǔ)層分布連續(xù)穩(wěn)定，屬于連續(xù)性“甜點(diǎn)區(qū)”非常規(guī)油氣。然而，部分區(qū)塊煤層氣高產(chǎn)井主要位于微構(gòu)造高點(diǎn)的客觀現(xiàn)象，說明開發(fā)方式(如規(guī)則井網(wǎng)部署)和當(dāng)前工程技術(shù)可能不完全適用于所有構(gòu)造部位的煤層。相比其他部位，正向微構(gòu)造最大的優(yōu)勢(shì)在于地應(yīng)力相對(duì)較低、微裂隙發(fā)育、滲透性好，而應(yīng)力低、保持煤層良好滲透性正是煤層氣井高產(chǎn)的關(guān)鍵。同時(shí)，如果正向微構(gòu)造變化不劇烈且上覆地層具有較好封蓋性，則這種部位也利于解吸氣體保存及次生聚集。正向微構(gòu)造發(fā)育的裂隙提供了相對(duì)較大的氣體儲(chǔ)集空間，不斷解吸出來的煤層氣順著優(yōu)勢(shì)降壓方向向上運(yùn)移至相對(duì)構(gòu)造高部位。隨著排采降壓及煤層氣不斷解吸，這個(gè)運(yùn)移過程是持續(xù)的，只要解吸氣“源”不斷，解吸出來的氣體就會(huì)不斷地向高部位運(yùn)移，從而在正向微構(gòu)造高部位形成“動(dòng)態(tài)氣藏”(圖2)。

圖2 正向微構(gòu)造高部位煤層氣“動(dòng)態(tài)氣藏”形成過程示意

與常規(guī)天然氣控藏機(jī)理相比，煤層氣“動(dòng)態(tài)氣藏”差異性主要體現(xiàn)在以下2點(diǎn)：

第1，表象相似但本質(zhì)不同(圖3)。常規(guī)天然氣大型背斜圈閉的天然氣在原位條件下就是“游離氣”，在儲(chǔ)層開發(fā)之前已客觀存在。原位條件下煤層氣主要以吸附態(tài)賦存，開發(fā)過程中“動(dòng)態(tài)氣藏”的氣源來自不斷解吸出來的“解吸氣”，這種“氣藏”形成于開發(fā)過程，需要正向微構(gòu)造和封蓋性圍巖2個(gè)基本條件。

圖3 煤層微構(gòu)造“動(dòng)態(tài)氣藏”控藏機(jī)理示意

第2，生產(chǎn)特征表現(xiàn)出較大差異性。常規(guī)天然氣圈閉氣藏氣井生產(chǎn)曲線通常呈現(xiàn)為遞減趨勢(shì)，而煤層正向微構(gòu)造“動(dòng)態(tài)氣藏”氣井的產(chǎn)氣歷史具有解吸氣“峰型”曲線的典型特征(圖4)。煤層正向微構(gòu)造“動(dòng)態(tài)氣藏”具有背斜圈閉性質(zhì)，高產(chǎn)氣源除了該部位煤層解吸氣外，另一重要來源是來自構(gòu)造相對(duì)低部位煤層的解吸氣，只有當(dāng)排水降壓到一定程度后才能開始產(chǎn)氣，而且補(bǔ)充氣源隨著排采時(shí)間延長(zhǎng)而不斷增強(qiáng)，產(chǎn)氣量不斷增高，當(dāng)有限解吸影響半徑范圍內(nèi)補(bǔ)充氣源逐漸耗竭之后，產(chǎn)氣量隨之衰減。這些部位單井產(chǎn)量通常要比該井的井控儲(chǔ)量高的多，呈現(xiàn)采出程度超過100%的現(xiàn)象，如沁水盆地潘莊區(qū)塊和潘河區(qū)塊、鄂爾多斯盆地保德區(qū)塊(下述)以及美國(guó)、澳大利亞一些區(qū)塊。

圖4 常規(guī)天然氣圈閉氣藏與煤層正向微構(gòu)造“動(dòng)態(tài)氣藏”的氣井生產(chǎn)特征曲線對(duì)比

2 微構(gòu)造控產(chǎn)模式案例分析

鄂爾多斯盆地東緣北段保德區(qū)塊是國(guó)內(nèi)首個(gè)規(guī)模開發(fā)的中低階煤層氣田，為一西傾的單斜構(gòu)造，局部發(fā)育多個(gè)次級(jí)褶皺。主力煤層為山西組4+5號(hào)煤層和太原組8+9號(hào)煤層，厚度平均分別為6.6,11.3 m，含氣量呈東低西高的趨勢(shì)。區(qū)塊北部是主要開發(fā)區(qū)，整體位于弱徑流區(qū)，煤層厚度大，煤層頂板以泥巖為主、局部泥質(zhì)砂巖，底板以泥巖為主；南部主力煤層減薄、構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，發(fā)育兩條大斷層，東部靠近煤層露頭線，資源條件相對(duì)較差。區(qū)塊不同(微)構(gòu)造單元的劃分、煤層頂板巖性分布、總礦化度平面分布隨時(shí)間變化等詳見文獻(xiàn)[35-37]。

2.1 不同微構(gòu)造部位煤儲(chǔ)層流場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

保德區(qū)塊煤儲(chǔ)層流場(chǎng)隨時(shí)間呈現(xiàn)明顯的變化規(guī)律(圖5，6)。截止目前，區(qū)塊已開發(fā)11 a，從見氣后的解吸初期到進(jìn)入穩(wěn)產(chǎn)階段歷時(shí)5 a，從穩(wěn)產(chǎn)到解吸中后期歷時(shí)6 a。煤層氣解吸規(guī)律與煤層厚度、含氣量平面分布的對(duì)應(yīng)關(guān)系不太明顯，而與微構(gòu)造分布密切相關(guān)(表1)。正向微構(gòu)造、埋深淺的部位優(yōu)先解吸，隨著時(shí)間推移，氣場(chǎng)高值范圍逐漸擴(kuò)展到斜坡部位。負(fù)向構(gòu)造、正向構(gòu)造背景下的負(fù)向微構(gòu)造、斷層附近井，在解吸初中期，無論頂板封蓋性如何都普遍表現(xiàn)出高產(chǎn)水、低產(chǎn)氣；到解吸后期，隨著水的大量排出，位于正向構(gòu)造背景下的負(fù)向微構(gòu)造部位的煤層氣井，開發(fā)后期將出現(xiàn)較高產(chǎn)量。分析區(qū)塊累產(chǎn)水分布動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，高產(chǎn)水井主要位于破壞性斷層附近、負(fù)向構(gòu)造和正向構(gòu)造背景下的負(fù)向微構(gòu)造部位等(圖7)。據(jù)此，劃分出既能為周邊井做貢獻(xiàn)后期還能高產(chǎn)氣、僅為周邊井做貢獻(xiàn)、無效排水等3種類型的井，為區(qū)塊后期煤層氣井部署和老區(qū)綜合治理提供了依據(jù)(表2)。

圖5 保德區(qū)塊煤層氣流場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

圖6 保德區(qū)塊煤儲(chǔ)層地下水流場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

表1 保德區(qū)塊煤儲(chǔ)層流場(chǎng)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律與預(yù)測(cè)

圖7 保德區(qū)塊不同微構(gòu)造部位煤層氣井平均排采曲線

表2 煤層氣高產(chǎn)水井類型所在構(gòu)造部位及微構(gòu)造部位水場(chǎng)變化規(guī)律

2.2 不同微構(gòu)造部位煤層氣井平均單井曲線特征

統(tǒng)計(jì)顯示，保德區(qū)塊高、低產(chǎn)井分布與正向微構(gòu)造、負(fù)向微構(gòu)造相關(guān)性高達(dá)到94%，高產(chǎn)井主要位于頂板為泥巖的寬緩正向微構(gòu)造。區(qū)塊2015年底進(jìn)入穩(wěn)產(chǎn)階段，排采效果最好的為正向微構(gòu)造部位井，29.85%的井?dāng)?shù)為區(qū)塊貢獻(xiàn)了55%的累產(chǎn)，單井平均穩(wěn)產(chǎn)水平4 500 m/d；其次是斜坡部位井，單井穩(wěn)產(chǎn)水平1 800 m/d；負(fù)向微構(gòu)造部位井的產(chǎn)氣最低，生產(chǎn)近10 a后單井平均為300 m/d，且仍有未產(chǎn)氣的井(圖7)。正向微構(gòu)造和斜坡部位井整體表現(xiàn)為上產(chǎn)快、日產(chǎn)氣和累產(chǎn)氣均高、產(chǎn)水較少；負(fù)向微構(gòu)造井產(chǎn)水大、產(chǎn)氣量低、上產(chǎn)緩慢。保德區(qū)塊北部單斜構(gòu)造上發(fā)育一大型正向構(gòu)造(背斜)，其上發(fā)育保1次隆、保8次隆2處正向微構(gòu)造，中間發(fā)育3V次洼(圖5，6，9(a))。其中，楊家灣大井組(圖9(b))位于保1次隆單元最高部位，由24口井組成。保1次隆煤層氣整體采出程度為41%，構(gòu)造更高部位的楊家灣大井組采出程度為50%，采出程度高出9%。在楊家灣大井組中，位于最高部位的保1-3向2井采出程度為116%，目前仍保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

圖9 保德區(qū)塊構(gòu)造剖面及楊家灣井組位置

不同微構(gòu)造部位煤層氣井產(chǎn)量遞減時(shí)間明顯不一：楊家灣大井組的出現(xiàn)了3口遞減井，平均生產(chǎn)8.3 a開始遞減，保1次隆單元中出現(xiàn)遞減現(xiàn)象的井平均生產(chǎn)5 a開始遞減，高部位大井組開始遞減時(shí)間平均延遲3.3 a。開始遞減時(shí)的采出程度也存在明顯差異，楊家灣老井開始遞減時(shí)的采出程度達(dá)到52%，保1次隆單元出現(xiàn)遞減現(xiàn)象的井開始遞減時(shí)的采出程度只有22.8%，高部位楊家灣大井組開始遞減時(shí)的采出程度是其他部位井遞減井采出程度的2.3倍(圖10)。也就是說，構(gòu)造高部位煤層氣井并非暫時(shí)高產(chǎn)，而是長(zhǎng)期高產(chǎn)。

圖10 保1次隆單元與其構(gòu)造高部位楊家灣井組遞減特征對(duì)比

根據(jù)保德區(qū)塊煤層氣井生產(chǎn)曲線特征，除因修井恢復(fù)，開始時(shí)刻和整個(gè)生產(chǎn)過程產(chǎn)量沒有明顯突增現(xiàn)象，整體趨勢(shì)為產(chǎn)水漸降、產(chǎn)氣漸升、壓力平穩(wěn)下降，說明整個(gè)過程都在解吸，排除了由原始游離氣的補(bǔ)給(圖8)。既然沒有原始游離氣，鼻隆井之所以采出程度特別高還能持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，表明除該井解吸氣外，惟一穩(wěn)定氣源就是在開發(fā)過程中翼部周邊井不斷緩慢解吸出來的氣體補(bǔ)給，補(bǔ)給氣源向上運(yùn)移至高部位聚集形成的“動(dòng)態(tài)氣藏”。

圖8 保德區(qū)塊不同微構(gòu)造部位典型井排采曲線

2.3 負(fù)向構(gòu)造煤層氣井產(chǎn)氣產(chǎn)水效果分區(qū)規(guī)律

以次級(jí)向斜軸部為基準(zhǔn)，將煤層氣排采井劃分為緩側(cè)和陡?jìng)?cè)井。保德區(qū)塊排采井到向斜軸部的距離，與穩(wěn)定日產(chǎn)氣關(guān)系均表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)，與見氣時(shí)間關(guān)系均具有明顯的負(fù)相關(guān)。隨著與向斜軸線距離的增大，陡?jìng)?cè)井穩(wěn)產(chǎn)氣量變化增大，見氣也快；大于向斜陡?jìng)?cè)曲率半徑73.5% 或向斜緩側(cè)曲率半徑78%范圍為主力產(chǎn)氣區(qū)，小于向斜陡?jìng)?cè)曲率半徑51%或向斜緩側(cè)曲率半徑40%范圍為產(chǎn)水主力區(qū)(圖11)。

圖11 保德區(qū)塊距向斜軸部距離的煤層氣井產(chǎn)氣效果分區(qū)

3 基于微構(gòu)造控產(chǎn)模式的增產(chǎn)工程措施

3.1 甜點(diǎn)區(qū)評(píng)價(jià)、井位部署和開發(fā)方案調(diào)整

在煤層氣資源條件評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上，開展正向微構(gòu)造和平緩斜坡有利區(qū)的精細(xì)評(píng)價(jià)，將煤層氣資源有利區(qū)與微構(gòu)造有利區(qū)疊合，最終獲得煤層氣地質(zhì)-工程共甜點(diǎn)的開發(fā)甜點(diǎn)區(qū)，形成了一套基于微構(gòu)造控藏理論的井位優(yōu)化部署技術(shù)?；谖?gòu)造分析的煤層氣高效開發(fā)精準(zhǔn)部署和中高產(chǎn)井培育模式包括：“正向微構(gòu)造+圍巖封閉條件好”高產(chǎn)井模式；“平緩斜坡構(gòu)造+圍巖封閉條件較好”中產(chǎn)井模式；避免部署“斷層構(gòu)造/煤礦采動(dòng)區(qū)/徑流區(qū)”低產(chǎn)低效井模式。需要強(qiáng)調(diào)指出：獨(dú)立向斜軸部一般難有效益產(chǎn)量井，但對(duì)向斜翼部井排水降壓起到一定作用，因此研發(fā)更快排水降壓技術(shù)可能成為突破向斜部位煤層氣井產(chǎn)氣瓶頸的重要研究方向。與油藏“注水井”、“采油井”一樣，亦可考慮專門定義少量向斜軸部井為煤層氣“排水井”、斜坡或正向構(gòu)造部位井為“采氣井”，在向斜軸部單相水為主狀態(tài)下，“排水井”以較高水量?jī)?yōu)先生產(chǎn)，以實(shí)現(xiàn)向斜翼部和構(gòu)造高部位煤層整體排水降壓，達(dá)到煤層氣面積降壓解吸釋放的目的，從而整體上實(shí)現(xiàn)煤層氣田整體高效開發(fā)。針對(duì)“正向構(gòu)造背景的負(fù)向微構(gòu)造”煤層氣井，可通過加強(qiáng)排采強(qiáng)度，可望在后期獲得較高產(chǎn)量。

在煤層氣井開發(fā)中期方案調(diào)整時(shí)，可優(yōu)選位于斜坡或正向微構(gòu)造、圍巖條件較好的井網(wǎng)不完善部位，采取井網(wǎng)加密井、滾動(dòng)擴(kuò)邊方式，以提高煤層氣資源動(dòng)用程度；位于負(fù)向(向斜)構(gòu)造區(qū)域，可采用對(duì)已有井更換大型泵的途徑，加大排采強(qiáng)度。

利用微構(gòu)造的相似性，在保德區(qū)塊未開發(fā)區(qū)資源落實(shí)的相同正向微構(gòu)造或平緩斜坡部位，目前已優(yōu)化部署井網(wǎng)完善和滾動(dòng)擴(kuò)邊I期、II期、國(guó)內(nèi)首個(gè)煤層氣大平臺(tái)保8項(xiàng)目等4期開發(fā)方案累計(jì)233口。已投產(chǎn)井具有上產(chǎn)快、穩(wěn)得住的特點(diǎn)，9個(gè)月全見套壓。其中，正向微部位井產(chǎn)氣效果最好，排采1 a的煤層氣井產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到13 000 m/d。同時(shí)，基于深部微構(gòu)造成果認(rèn)識(shí)，還指導(dǎo)了中石油煤層氣有限責(zé)任公司國(guó)內(nèi)首個(gè)埋深大于2 000 m深層煤層氣先導(dǎo)試驗(yàn)方案的編制，利用微構(gòu)造相似性，通過已試采老井直井的開發(fā)效果和生產(chǎn)規(guī)律，明確了深部煤層氣高產(chǎn)主控因素為有利微構(gòu)造(正向和平緩微構(gòu)造)與壓裂改造規(guī)模(加砂量和排量)，指出了突破深部煤層氣的勘探開發(fā)方向。在大吉地區(qū)正向微構(gòu)造和平緩構(gòu)造部位優(yōu)化部署20口先導(dǎo)試驗(yàn)水平井，其中位于平緩構(gòu)造部位的吉深6-7平01井，試驗(yàn)極限大規(guī)模壓裂技術(shù)攻關(guān)成功，日產(chǎn)氣量突破100 000 m，埋深大于2 000 m的深部煤層氣井獲得高產(chǎn)突破，為國(guó)內(nèi)深部煤層氣規(guī)模開發(fā)做出了典型示范。

3.2 老井產(chǎn)量遞減原因分析與綜合治理指導(dǎo)

依據(jù)微構(gòu)造控藏機(jī)理，可劃分出正向微構(gòu)造、負(fù)向微構(gòu)造、斜坡單元和斷層附近區(qū)、煤礦采動(dòng)區(qū)5類構(gòu)造單元，明確不同微構(gòu)造單元各種遞減類型井整體平面趨勢(shì)規(guī)律，梳理清楚老井遞減井原因，針對(duì)性地指導(dǎo)不同構(gòu)造部位的煤層氣井的綜合治理。

以保德區(qū)塊為例，將問題老井劃分為高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型、緩慢遞減A型、近期產(chǎn)量突停B型、修井污染影響C型、水大低產(chǎn)D型、間斷產(chǎn)氣E型6類，發(fā)現(xiàn)不同類型問題井的典型特征曲線和分布規(guī)律，從正向微構(gòu)造單元到斜坡單元，到負(fù)向微構(gòu)造單元，再到采空區(qū)附近、斷層附近，整體上好井比例減少，差井比例增大(表3)。

表3 煤層氣老井特征曲線及其微構(gòu)造平面分布規(guī)律(據(jù)文獻(xiàn)[36]修改)

在6類煤層氣井中，有5種類型與微構(gòu)造分布有關(guān)。正向微構(gòu)造及斜坡單元以高穩(wěn)產(chǎn)和緩慢遞減A型為主，占比近60%，其中緩慢遞減井液面已降至煤層附近，主要是由于降壓幅度有限而導(dǎo)致的遞減；B型井主要分布在在構(gòu)造線相對(duì)密集或構(gòu)造陡變部位；C型井與修井工程污染有關(guān)，地質(zhì)分布規(guī)律不明顯；負(fù)向構(gòu)造部位以持續(xù)水大低產(chǎn)D型為主；采空區(qū)附近、斷層附近以間斷產(chǎn)氣E型為主。

針對(duì)這些實(shí)際特點(diǎn)，提出了延緩老井遞減的分級(jí)應(yīng)對(duì)措施建議，給出了B類井一級(jí)優(yōu)先、C類井2級(jí)優(yōu)先、D類井3級(jí)優(yōu)先的分級(jí)治理方案。深入剖析每個(gè)微構(gòu)造單元所有老井，摸清遞減類型占比，明確了具備治理潛力的井名、井?dāng)?shù)和分布，為更為精細(xì)、更有針對(duì)性地開展綜合治理提供依據(jù)。

3.3 生產(chǎn)井管理與設(shè)備選型

針對(duì)不同微構(gòu)造單元，制定“一藏一策”、“一井一法”的生產(chǎn)井精細(xì)管理措施。未產(chǎn)氣井要分類對(duì)待，特別針對(duì)位于正向構(gòu)造背景下的負(fù)向微構(gòu)造及向斜構(gòu)造部位井，建議采用大型泵排采，針對(duì)位于“正向構(gòu)造背景下的負(fù)向微構(gòu)造、頂板封蓋性較好”的井，開發(fā)后期有望獲得較高產(chǎn)量。

根據(jù)距向斜軸部距離與產(chǎn)氣的量化關(guān)系，可優(yōu)化煤層氣井井網(wǎng)井距和優(yōu)選排采設(shè)備(圖11)：在正向微構(gòu)造和斜坡區(qū)以較小井距進(jìn)行新井部署，排采設(shè)備優(yōu)選中小型泵；在向斜曲率半徑40%的主力產(chǎn)水范圍內(nèi)，按照較大井距部署井位，排采設(shè)備優(yōu)選大型泵。

對(duì)于進(jìn)入遞減后期的區(qū)塊或井區(qū)，平均套壓較低，甚至可能會(huì)比地面管網(wǎng)輸送壓力還低的現(xiàn)象，導(dǎo)致煤層氣進(jìn)管網(wǎng)困難，從而抑制區(qū)塊或井區(qū)煤層氣進(jìn)一步解吸，從整體穩(wěn)產(chǎn)角度，可以采取降低地面管網(wǎng)壓力為主的方法，進(jìn)一步釋放煤層氣解吸空間。

3.4 微構(gòu)造控藏機(jī)理的可推廣性

國(guó)內(nèi)外不少區(qū)塊已經(jīng)呈現(xiàn)出微構(gòu)造控藏現(xiàn)象，特別是正向微構(gòu)造部位單井高產(chǎn)已有不少報(bào)道。微構(gòu)造是可見可描述的，可以通過地震解釋剖面予以揭示，可以用構(gòu)造曲率參數(shù)來定量表征，亦可以通過三維精細(xì)構(gòu)造建模直觀展示，特別可以通過是水平井鉆井(導(dǎo)向)軌跡和隨鉆測(cè)井解釋即可得到煤層微幅構(gòu)造的識(shí)別與刻畫，規(guī)避了由于計(jì)算參數(shù)獲取困難、生產(chǎn)測(cè)試等樣品數(shù)不足等造成的煤層氣區(qū)塊難以精細(xì)描述等問題，現(xiàn)場(chǎng)操作性更強(qiáng)。通過微構(gòu)造控藏機(jī)理和控產(chǎn)規(guī)律研究，利用生產(chǎn)大數(shù)據(jù)和微構(gòu)造的相似性，通過研究已知微構(gòu)造部位煤層氣井的生產(chǎn)特征，可以預(yù)測(cè)同區(qū)塊未開發(fā)區(qū)相似微構(gòu)造部位井產(chǎn)能和生產(chǎn)特征，從而預(yù)測(cè)區(qū)塊整體的開發(fā)規(guī)律。

4 結(jié) 論

(1)提出了微構(gòu)造對(duì)煤層氣的控藏機(jī)理，其基本內(nèi)涵包括兩大范疇：微構(gòu)造對(duì)煤儲(chǔ)層地質(zhì)條件影響和微構(gòu)造對(duì)煤層氣開發(fā)生產(chǎn)影響，明確了控藏機(jī)理各要素之間銜接關(guān)系，微構(gòu)造對(duì)煤層含氣性、地應(yīng)力、滲透率、壓裂改造效果、煤粉產(chǎn)出、解吸后氣水分布等地質(zhì)條件與開發(fā)動(dòng)態(tài)特征各要素的共同耦合作用，造就了不同微構(gòu)造部位產(chǎn)氣效果的明顯差異。

(2)指出了微構(gòu)造對(duì)煤層氣開發(fā)動(dòng)態(tài)的影響存在于生產(chǎn)全過程，特別是煤層氣井抽采解吸后，打破了煤層原始平衡狀態(tài)，這種動(dòng)態(tài)調(diào)整導(dǎo)致微構(gòu)造高、低部位氣水占比發(fā)生變化，進(jìn)一步影響不同部位氣、水兩相的流動(dòng)能力，從而影響煤層氣井的見氣、見水時(shí)間以及氣水產(chǎn)量。生產(chǎn)過程中，在微構(gòu)造高部位逐漸形成新生的“動(dòng)態(tài)氣藏”，最終影響了全生命周期的煤層氣開發(fā)效益。在此過程中，滲透率銜接了煤層氣地質(zhì)條件與開發(fā)條件，2者耦合構(gòu)成了“動(dòng)態(tài)氣藏”發(fā)育特點(diǎn)的關(guān)鍵因素。當(dāng)煤層滲透率越低時(shí)，兩相流動(dòng)范圍會(huì)變的更小，可動(dòng)水流動(dòng)范圍變小，動(dòng)態(tài)含水或含氣飽和度的輕微變化對(duì)氣相、水相滲透率變化程度的影響更為敏感，需開展更加精細(xì)構(gòu)造研究。

(3)煤層氣屬于連續(xù)性“甜點(diǎn)區(qū)”非常規(guī)氣，然而，部分區(qū)塊煤層氣高產(chǎn)井主要位于微構(gòu)造高點(diǎn)的客觀現(xiàn)象，說明微構(gòu)造對(duì)開發(fā)生產(chǎn)過程影響更為重要。相比其他部位，正向微構(gòu)造最大的優(yōu)勢(shì)在于地應(yīng)力相對(duì)較低、微裂隙發(fā)育、滲透性好，而應(yīng)力低、保持煤層良好滲透性正是煤層氣井高產(chǎn)的關(guān)鍵，指出了未來煤層氣工程技術(shù)(釋放應(yīng)力、增滲改造等)的攻關(guān)方向。

(4)發(fā)現(xiàn)了煤儲(chǔ)層流場(chǎng)在不同解吸階段的變化規(guī)律與微構(gòu)造形態(tài)的密切相關(guān)，指導(dǎo)了高產(chǎn)水井類型的劃分和6類煤層氣井的生產(chǎn)管理。明確了高產(chǎn)水井的微構(gòu)造分布特點(diǎn)，進(jìn)一步劃分出“為周邊井做貢獻(xiàn)且后期高產(chǎn)”、“為周邊井做貢獻(xiàn)”、“無效排水”3種類型。梳理了不同類型煤層氣井典型特征曲線及其微構(gòu)造平面分布規(guī)律，對(duì)煤層氣井排采管理、綜合治理具有重要指導(dǎo)意義。

(5)利用微構(gòu)造的相似性，提出了預(yù)測(cè)未開發(fā)區(qū)相似地質(zhì)條件煤層氣井產(chǎn)能和開發(fā)規(guī)律的新思路。建議加大對(duì)煤層精細(xì)構(gòu)造研究，對(duì)于不同微構(gòu)造部位，開展針對(duì)性的井網(wǎng)井距優(yōu)化、分別按照排水/采氣為目的來部署井位、針對(duì)性的壓裂規(guī)模設(shè)計(jì)、差異化的排采制度管理和綜合治理，以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的開發(fā)技術(shù)對(duì)策和排采管理方法，促進(jìn)煤層氣高效開發(fā)。