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        大佛寺井田煤層氣井生產(chǎn)特征研究

        2022-07-09 02:13:14郭燕珩劉海濤
        西部探礦工程 2022年6期

        郭燕珩,張 林,陳 龍,劉海濤

        (陜西省煤層氣開發(fā)利用有限公司,陜西 西安 710065)

        1 井田概況

        大佛寺井田主體構造位置位于彬縣背斜以北的大佛寺向斜區(qū)南翼,并向南跨越彬縣背斜??傮w構造為一向北傾斜的單斜構造,由三疊系基底繼承而來。地層傾角平緩,一般3°~5°,最大17°~21°[1]。由于受同沉積構造作用的影響,煤礦內(nèi)由北向南依次有安化向斜、祁家背斜、師家店向斜、彬縣背斜等。據(jù)鉆孔揭露,未發(fā)現(xiàn)斷層(見圖1),但據(jù)三維地震勘探結果顯示,井田內(nèi)存在小斷層。

        井田內(nèi)延安組4 煤全井田可采,煤層全厚0~19.42m,平均11.65m,屬特厚煤層。剖面上:自下而上含煤性變差,下含煤段含煤性好,中段次之,上段極差。平面上:井田周邊向中心區(qū)含煤性變好,東部較西部含煤性好。

        井田侏羅系以上地層未經(jīng)受強烈的構造擠壓和變形,構造簡單,對煤體結構無重大破壞。各煤層均為細條帶—條帶結構,層狀構造,煤層劃分以原生結構煤為主,其次為碎裂結構煤,且4 煤滲透率為3.06~5.73mD,整體而言,該區(qū)煤層滲透率較好[2]。

        通過對測試的瓦斯含量有效數(shù)據(jù)統(tǒng)計:4煤空氣干燥基瓦斯含量為1.00~5.57m3/t,平均2.37m3/t;干燥無灰基瓦斯含量為1.19~6.29m3/t,平均2.75m3/t。甲烷濃度55.31%~89.8%,平均75.33%[3]。

        總體而言,大佛寺井田煤層氣地質條件比較優(yōu)越,是煤層氣勘探開發(fā)的有利區(qū)域。

        2 煤層氣井產(chǎn)能分級

        科學合理的分級分類有助于生產(chǎn)管理,并能夠為生產(chǎn)措施的實施提供依據(jù)。按照穩(wěn)產(chǎn)期的平均日產(chǎn)氣量、日產(chǎn)水量及穩(wěn)產(chǎn)期的穩(wěn)定程度,把本區(qū)塊煤層氣井劃分為4個級別:

        (1)高產(chǎn)氣井:氣井的日產(chǎn)氣量大于4000m3/d,穩(wěn)產(chǎn)期一般相對較長,在4個月以上;

        (2)中產(chǎn)氣井:氣井的日產(chǎn)氣量在500~4000m3/d之間,穩(wěn)產(chǎn)期較短或基本沒有穩(wěn)產(chǎn)期,排水期較短;

        (3)低產(chǎn)氣井:氣井的日產(chǎn)氣量在100~500m3/d之間,穩(wěn)產(chǎn)時間很短,基本在產(chǎn)氣量達到產(chǎn)氣峰值之后就迅速下降;

        (4)不產(chǎn)氣井:由于投產(chǎn)時間較短,氣井還處于排水階段,未開始產(chǎn)氣,產(chǎn)氣量為零或投產(chǎn)時間較長,氣井只產(chǎn)水不產(chǎn)氣。

        統(tǒng)計分析了礦區(qū)42口井的資料,高產(chǎn)氣井9口,占22%;中產(chǎn)氣井22 口,占52%;低產(chǎn)氣井4 口,占9%;不產(chǎn)氣井7口,占17%(圖1、圖2)。

        圖2 大佛寺井田產(chǎn)能分級圖

        3 不同類型井生產(chǎn)特征研究

        3.1 高產(chǎn)氣井生產(chǎn)特征

        本井田高產(chǎn)氣井通常穩(wěn)產(chǎn)時間相對較長(一般大于4 個月),且峰值產(chǎn)量高(氣井的日產(chǎn)氣量大于4000m3/d)。同樣,高產(chǎn)氣井排水期也較短,一般在產(chǎn)水量達到最高值時才開始產(chǎn)氣,之后產(chǎn)氣量逐漸上升,產(chǎn)水量逐漸下降。

        DFS-C02井為近端對接多分支水平井,煤層進尺累計3033m,煤層厚度17.5m,本井選井井位好,處于師家店向斜控制的中心地帶,煤層含氣量高,煤層厚度大,井眼軌跡上傾明顯并且平滑,最大程度的符合了井位重力、應力和壓力這三種力的控制[4],并且處在煤礦井下煤層開采擾動較遠區(qū)域,煤層圈閉性較好,地質水文條件好。并且實施了欠平衡作業(yè),欠壓值為0.50MPa 左右,同時在鉆井過程中發(fā)生井口嚴重失返的情況下,依然采用清水鉆進,實行邊漏邊補水邊鉆進,最大程度地防止了煤層污染和通道堵塞的情況,并且在完井后進行了清水洗井,進一步清潔了井眼,后期在排采過程中經(jīng)過了長期的降水降壓的過程,期間在排采制度上經(jīng)過多方專家論證進行了一系列的摸索、修訂和完善,逐步探索出適合于本區(qū)域、本井的排采制度,并且使用了自動化控制系統(tǒng),最大精度地控制了采氣過程,這一點從產(chǎn)水和產(chǎn)氣曲線的契合關系明顯得到驗證(圖3)。因此本井取得了峰值日產(chǎn)氣30537m3,累計產(chǎn)氣1771×104m3的高產(chǎn)氣量。并且在排采7 年時間后目前仍然維持在日產(chǎn)3500余立方的產(chǎn)氣量。

        圖3 大佛寺井田DFS-C02井生產(chǎn)曲線圖

        DFS-05井為近端對接多分支水平井,煤層累計進尺3000m,煤層厚度17.29m,本井選井井位好,處于師家店向斜控制的中心地帶,煤層含氣量高,煤層厚度大,井眼軌跡上傾明顯并且平滑,最大程度的符合了井位重力、應力和壓力這三種力的控制,并且處在煤礦井下煤層開采擾動較遠區(qū)域,煤層圈閉性較好,地質水文條件好。但從2017年4月份開始的排采制度不是太理想,井下動液面和壓力不是太匹配,無法形成穩(wěn)定和有效的解吸壓降,不能建立有效的解吸壓降漏斗,雖然不是太完美,但是瑕不掩瑜,本井從總體上評價還是屬于理想的,最終形成峰值日產(chǎn)氣13416m3,累計產(chǎn)氣1581×104m3(圖4),并且在排采將近6年時間,目前仍然維持在日產(chǎn)氣2700m3左右。

        圖4 大佛寺井田DFS-05井生產(chǎn)曲線圖

        DFS-M68 為遠端對接多分支水平井,本井屬于DFS-CO2 井、DFS-05 井的區(qū)域拓展井,在 2 口高產(chǎn)井的基礎上進行的合理化布井,符合以上兩口井的布井優(yōu)勢,目前累計排采時間18 個月,日產(chǎn)氣1 萬余方,累計產(chǎn)氣339×104m3。但是需要注意的是后期制定并且嚴格執(zhí)行合理的排采降壓制度,以期在后面的排采中延續(xù)取得高的煤層氣抽采氣量。

        3.2 中產(chǎn)氣井生產(chǎn)特征

        本井田中產(chǎn)氣井的特征為穩(wěn)產(chǎn)時間較短或基本沒有穩(wěn)產(chǎn)期,并且排水期較短,氣井的日產(chǎn)氣量在500~4000m3/d之間,峰值跨度較大,并且沒有較強的規(guī)律性(圖5)。煤層氣井的峰值產(chǎn)量具有重要的地質意義,在一定程度上反映了煤層的產(chǎn)氣潛能,因此,對于這類井,可以通過煤層氣井排采制度的優(yōu)化(包括確定合理的壓差、合理的排采速度等)、不同地質條件優(yōu)選合理的排采組合方式等一些措施來提高氣井產(chǎn)量。

        圖5 大佛寺井田DFS-124井生產(chǎn)曲線圖

        DFS-M124 井為近端對接多分支水平井,煤層進尺累計3000m,覆蓋范圍較大,煤層厚度11m,厚度較大,本井選井井位好,處于師家店向斜控制的中心地帶,煤層含氣量好,井眼軌跡總體上傾明顯但主分支右側分支末端稍有下傾,這會導致在煤層中鉆進時井眼軌跡難以把握,造成井眼軌跡不平滑部分井段有水封情況發(fā)生,但總體符合重力、應力和壓力這三種力的控制,并且處在煤礦井下煤層開采擾動較遠區(qū)域,煤層圈閉性較好,地質水文條件好。

        同樣,還有DFS-C04 井為“V”型遠端對接井,本井受祁家背斜控制,含氣量高,煤層厚度大,滲透率好,日產(chǎn)峰值達到4408m3,距離設計日產(chǎn)峰值6200m3尚有空間,最終累計產(chǎn)氣355×104m3。

        3.3 低產(chǎn)氣井生產(chǎn)特征

        穩(wěn)產(chǎn)時間特別短是低產(chǎn)氣井的一個顯著的生產(chǎn)特征,其產(chǎn)氣量達到產(chǎn)氣峰值之后就迅速下降,只有少數(shù)幾口井在達到產(chǎn)氣量峰值后能持續(xù)生產(chǎn)一段時間,大多日產(chǎn)氣量在100~500m3/d之間。另外這些低產(chǎn)氣井的排水期都較短,開始投產(chǎn)時地層壓力等于臨界解吸壓力,煤層中本來存在游離氣,只是氣相不連續(xù),隨著水量的產(chǎn)出,地層壓力下降,有越來越多的氣體解吸出來,氣體形成連續(xù)相,并伴隨著產(chǎn)水一起產(chǎn)出,并且這些井的產(chǎn)氣量低且波動較嚴重,生產(chǎn)不連續(xù)。

        這種井多數(shù)屬于儲層中近井地帶堵塞嚴重,砂堵加煤粉堵塞,難以在儲層中建立有效的解吸壓差,也不能迅速地擴大壓降漏斗,造成產(chǎn)水少甚至不產(chǎn)水,無套壓,產(chǎn)氣少甚至不產(chǎn)氣。

        3.4 不產(chǎn)氣井特征

        本井田不產(chǎn)氣井的產(chǎn)水量很小,每個月只有幾個立方米到十幾立方米,這類不產(chǎn)氣井大部分是選井位置不適,井型設計方面尚需研究論證,完井方式欠佳,以及本身所處地質構造部位引起的,本身煤層中的含水量較少,周圍供水量較少,這類氣井的地層壓力降低較慢,煤層達到臨界解吸壓力時間較長,因此排水期較長,對于這種井一般是開采一段時間后仍未有氣體產(chǎn)出,就進行關井處理或者采取其他措施。

        4 小結

        經(jīng)過中外煤層氣工作者大量的實踐經(jīng)驗,總結出煤層氣排采的八字原則:“緩慢、穩(wěn)定、長期、連續(xù)”[5]。煤層氣排采技術中最關鍵的三個控制是:液面控制、套壓控制、煤粉控制[6]。根據(jù)這一原則,對比分析本井田的排采特征時發(fā)現(xiàn),本井田在排采時出現(xiàn)了完全契合降壓、解吸從而形成穩(wěn)定的降壓漏斗的特征,并且排采制度嚴格執(zhí)行了這一制度,因此,排采效果整體良好。

        統(tǒng)計分析了礦區(qū)42 口井的資料,大多排采時間在3年多,其中高產(chǎn)氣井9口(>4000m3/d),占22%;中產(chǎn)氣井 22 口(500~4000m3/d),占 52%;低產(chǎn)氣井 4 口(100~500m3/d),占9%;不產(chǎn)氣井7 口(<100m3/d),占17%。整體來看,本井田這42 口排采井高、中產(chǎn)氣井數(shù)量占比高達74%,低產(chǎn)和不產(chǎn)氣井占比36%,整體效果較好,對比沁水盆地柿莊南區(qū)塊大部分生產(chǎn)井的排采時間達到6 年以上產(chǎn)氣井98 口,其中高產(chǎn)井(>1000m3/d)24 口,中產(chǎn)井(500~1000m3/d)21 口,低產(chǎn)井(<500m3/d)53 口,低產(chǎn)井的數(shù)量達到一半以上的情況來看[7-8],本井田產(chǎn)能等級劃分相比柿莊南區(qū)塊高4倍;本井田低產(chǎn)、不產(chǎn)氣井占比較柿莊南區(qū)塊低產(chǎn)、不產(chǎn)氣井低48%。和陜西韓城相比,效果更優(yōu)。和全國其他煤層氣區(qū)塊橫向對比,大佛寺井田煤層氣開發(fā)表現(xiàn)出產(chǎn)氣量高,高、中產(chǎn)井占比大,并且目前排采年限還較短,產(chǎn)氣前景較大。

        水平井井型產(chǎn)能貢獻對于本井田總體產(chǎn)能建設貢獻大,也為本井田后期井型布置提供了又一選井井型依據(jù)。

        大佛寺井田已經(jīng)研究透徹適合本地區(qū)煤層氣解吸抽排的相關參數(shù),摸清了相關煤層氣排采規(guī)律,建立了完善、優(yōu)化的排采制度。在后期的進一步排采過程中,要對排采制度進行持續(xù)優(yōu)化、跟蹤和調(diào)整。

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