柿莊南區塊煤層氣井產能影響因素分析

張亞飛 張 翔 王小東 王春東

(中聯煤層氣有限責任公司晉城分公司，山西 048000)

柿莊南區塊煤層氣井產能影響因素分析

張亞飛 張 翔 王小東 王春東

(中聯煤層氣有限責任公司晉城分公司，山西 048000)

通過系統分析該區構造地質條件、水文特征、儲層動態變化、鉆采工藝、排采制度和生產特征，總結了影響單井產量的地質因素、工程因素和排采因素，并以此對低產井進行了分類，揭示了低產井的主控影響因素。因含氣量低、發育小斷層和陷落柱等地質因素導致產氣量低的煤層氣井占低產井的9%；因部分區域煤體結構破碎、井徑擴大率超標、壓裂施工困難等工程因素導致產氣量低的煤層氣井占低產井的4%；因排采速率過快、排水降壓連續性差導致產氣量低的煤層氣井占低產井的87%。

煤層氣井 產能 含氣量 井徑擴大率 壓降速率

1 地質因素

1.1 含氣量影響

柿莊南區塊3號煤層原煤含氣量6～23m3/t，平均13.3m3/t，中部含氣量最高，由南向北隨著煤層埋深增加，含氣量有逐漸增高的趨勢。柿莊南區塊位于低含氣區(<8m3/t)的排采井共18口，排采2～3年，目前平均液柱高度12m，平均產氣量僅為215m3/d。

1.2 構造影響

1.2.1 斷層

由于斷層溝通了頂底板或含水層，導致斷層附近水動力條件活躍，甲烷氣體容易逸散，造成斷層附近煤層氣井產水量大、產氣量低甚至不產氣。柿莊南區塊20口直井位于斷層附近，排采1.5～2年，目前平均液柱高度9m，受斷層影響平均產氣僅為155m3/d；4口水平井鉆遇斷層，產水量大，液面下降困難，平均液柱高度164m，平均產氣50m3/d。針對斷層附近相鄰井產氣差異大的情況，選擇斷層附近的3口同期生產的煤層氣井，對其斷層兩盤巖性對接及封閉性進行對比，根據側向封閉差異性尋找低產原因。

3口井同期投產，產水量較大。由于Fa、Fb兩條斷層存在分段性特征，此位置斷距均較大，大于煤儲層蓋層厚度，封閉性蓋層完全被斷裂錯開，與對盤可疑砂巖含水層對接，從而造成液面下降緩慢，產水量大，影響產氣(圖1)。

圖1 斷層附近不同產能煤層氣井組連井剖面

1.2.2 陷落柱

陷落柱不利于煤層氣井的排采，表現在：(1)陷落柱導致煤層缺失，以致有些煤層氣井未見煤層；(2)由于煤層填充的上層巖石還未重新壓實，裂隙發育，造成煤層氣的散失，故陷落柱影響范圍內，煤層氣含量降低，含氣飽和度減小；(3)陷落柱煤層段如果膠結不好，可能溝通上覆砂巖含水層，對煤層氣井后期排采不利。

柿莊南區塊15口直井位于陷落柱附近，煤層氣逸散嚴重，排采4～5年，目前平均液柱高度9m，受陷落柱影響平均日產氣僅為176m3/d。

1.2.3 向斜軸部

向斜軸部處于構造低部位，地層水相對富集。位于該構造部位的煤層氣井初期產水大，見氣速度慢，產氣量低。柿莊南區塊48口井位于向斜軸部，排采2～3年，目前平均產氣263m3/d，附近位于向斜翼部的生產井平均產氣464m3/d(圖2)。

圖2 不同構造部位煤層氣井產能情況

向斜軸部對產能的影響是有時間性的，一般排采初期對見氣時間、產氣量、產水量影響較大，但隨著大面積壓降漏斗的形成，向斜軸部和翼部產氣井的差別會逐步縮小，最終的采出量取決于井區資源量，而不是所處的構造位置(圖3)。Z2井位于向斜軸部，排采924天達到高產(累產水5500m3)，最高產氣量2650m3/d，目前穩定在1800m3/d，累產171萬m3；Z1井位于軸部與翼部轉換帶，排采320天達到高產(累產水1000m3)，最高產氣量3948m3/d，目前穩定在3683m3/d，累產354萬m3。

圖3 不同構造部位煤層氣井生產動態

總之，位于向斜軸部的低產氣井，初期產水量大，對翼部高產氣井降壓、井間干擾的形成起到不可或缺的作用。

2 工程因素

煤巖具有低滲、低彈性模量、高泊松比的特征，在鉆完井和壓裂施工過程中，鉆井液和壓裂液容易對儲層造成污染，對煤層氣井的產能造成較大影響。

2.1 井徑擴大率的影響

井徑擴大率超標，會造成固井困難，鉆井液嚴重污染煤層，影響后期壓裂。柿莊南區塊共計14口井因井徑擴大問題造成產氣量較低，通過分析對比發現產氣量與井徑擴大率成負相關關系，高產井井徑擴大率一般不超過15%(圖4)。

2.2 壓裂施工異常

柿莊南區塊排采井共有12口井，壓裂時施工壓力較高，加砂困難，未形成有效支撐裂縫，排水降壓范圍較小，排采1～3年，平均累積產水693m3，均未產氣；另壓裂液浸泡時間過長，“水鎖效應”、煤體軟化、生成沉淀物沉淀造成儲層傷害，導致低產。柿莊南區塊中高產區產氣量與壓裂液浸泡時間相關性較好，成負相關關系，產氣量高的井壓裂液浸泡時間都低于200天(圖5)。

圖4 井徑擴大率與產氣量關系

圖5 壓裂液浸泡時間與產氣量關系

3 排采因素

煤層氣井排采初期，儲層壓力降低，有效應力增大，滲透率降低，但合理的排水降壓速度會使后期煤儲層滲透率逐步改善，是煤層氣井高產的保證。如果排采控制不合理，導致井底流壓下降過快，就會顯著增大生產壓差，有效應力明顯增大，同時產生速敏效應，煤粉或支撐劑堵塞裂縫，儲層滲透率嚴重降低，壓降漏斗得不到充分擴展，氣源補給范圍受限，造成煤層氣井低產；如發生停抽，地層供水使得井底流壓回升，地層流體流速減緩，正在排出的煤粉或支撐劑會發生沉淀，堵塞地層通道或造成卡泵。

通過對煤層氣井實際生產數據統計分析發現，該區見氣前臨界壓降速率為28.5kPa/d。然而，該區98口煤層氣低產井(<500m3/d)排采初期液面下降過快，見氣前壓降速率為131.0kPa/d，目前平均井底流壓為0.25MPa，平均產氣僅為126m3/d。

例如，S1井2012年11月投產后動液面控制較好，見氣前壓降速率為9.8kPa/d，排采65天后開始見氣。該井見氣后控壓階段持續時間較長，直到2014年11月份加強排采強度，動液面下降，產氣量迅速提高。該井目前液柱高度保持在10m以內，套壓0.36MPa(該區平均套壓0.2MPa)，產氣量3700m3/d，仍有較大提產潛力。S2井2012年6月投產后動液面下降較快，見氣前壓降速率為45.2kPa/d，投產45天后開始見氣，該井見氣后動液面波動較大，并中斷排采3個月之久。2014年底因泵效較低，對該井進行修井作業后產氣量逐漸恢復。目前該井液柱高度保持在15m左右，套壓0.2MPa，產氣量610m3/d，與S1井產量相差較大，且提產潛力不大(圖6)。

圖6 見氣前不同壓降速率煤層氣井生產動態數據(上為S1井，下為S2井)

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(責任編輯 王一然)

Analysis of Influencing Factors of CBM Wells Productivity in Shizhuang South Block

ZHANG Yafei, ZHANG Xiang, WANG Xiaodong, WANG Chundong

(Jincheng Subsidiary Company of China United CBM Co., Ltd, Shanxi 048000)

Based on the analysis of regional geological conditions, reservoir hydrological and dynamic characteristics, drilling process, drainage system and productivity fluctuation characteristics, this article divided the types of stripper wells and distinguished the main controlling factors among different stripper wells. Poor geological conditions such as low gas concentration, small fault and collapse column led to 9% of stripper wells; Engineering factors such as crushed coal structure, exceeded well-hole enlargement rate and hard fracturing process accounted for 4% stripper well. There are about 87% stripper wells caused by too fast drainage rate and poor continuity of drainage pressure drops.

CBM well; productivity; gas concentration; the ratio of well-hole enlargement; the rate of pressure drop

張亞飛，男，碩士，工程師,從事煤層氣開發生產工作。