煤層氣排采曲線特征及其影響因素分析

陳云濤

(山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司,山西 048000)

煤層氣排采曲線特征及其影響因素分析

陳云濤

(山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司,山西 048000)

本文對胡底工區(qū)124口煤層氣井排采曲線進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明：在各階段產(chǎn)氣量與套管壓力均呈正相關(guān)關(guān)系。在迅速加大抽水力度后的第二階段煤層氣井產(chǎn)氣量增加明顯，但衰減較快，單峰型煤層氣井產(chǎn)氣量主要取決于穩(wěn)定后第三階段的產(chǎn)氣量；“雙峰型”煤層氣井主要分布于產(chǎn)水量較大區(qū)域，產(chǎn)氣量與產(chǎn)水量呈正相關(guān)關(guān)系，產(chǎn)氣量的大小主要取決于產(chǎn)水量；“平穩(wěn)上升性”煤層氣井產(chǎn)氣量隨時間的增加而增加，但整體產(chǎn)氣量較小，應(yīng)在排采初期加大排水力度。

胡底工區(qū) 雙峰型 單峰型 平穩(wěn)上升型

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

胡底區(qū)按斷塊構(gòu)造劃分屬呂梁-太行斷塊之沁水坳陷的南部，晉獲褶斷帶的西側(cè)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造線方向與地層總體走向一致，為北北東或近南北，地層傾向北西，傾角一般小于10°，總體為一單斜構(gòu)造。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造極不發(fā)育且無巖漿活動，僅發(fā)育一些寬緩的次級褶皺或波狀起伏，褶皺是本井田的格架構(gòu)造，具體表現(xiàn)為蒲池背斜和石門上向斜。它們控制并決定了區(qū)內(nèi)地層及煤層的起伏形態(tài)和變化。

井田內(nèi)主要可采煤層有3號煤層，3號煤層位山西組下部，上距下石盒子組底砂巖(K8)31.74～42.33m，下距太原組K6灰?guī)r10.51～14.95m，煤層最厚5.91m，最薄5.20m，平均5.71m，3號煤層埋深分布在690～750m，根據(jù)鉆井取芯，選取本區(qū)塊的18口井，測取含氣量，最高含氣量為30.7m3/t，最低含氣量為12.11m3/t，平均含氣量為21.403m3/t。

2 煤層氣井排采動態(tài)過程

煤層氣的排采是通過排水降壓達(dá)到煤層氣井排水產(chǎn)氣的目的，在煤層井抽水之前，井內(nèi)液面的高度和煤層中地下水的水頭高度一致，因此不產(chǎn)生壓力差，地下水系統(tǒng)保持平衡，基本沒有流動。而在煤層氣井開始排采后，井筒中的液面開始下降，致使煤層中的壓力和井筒中的壓力不一致，產(chǎn)生了壓力差，使得地下水從壓力高的煤層中流動到壓力低的井筒中。由于這樣的一個連續(xù)的過程，使得煤儲層中的壓力不斷下降，并且不斷向煤層四周擴散，最終形成了一個以井筒為中心的壓降漏斗(圖1)。

圖1 煤層氣井排采壓降漏斗示意

第一階段，水的單相流。在欠飽和情況下，隨著井筒附近煤層壓力的下降，首先只有水及其中的溶解氣產(chǎn)出，需要大幅度降低井筒壓力才能使煤層氣解吸。在此階段，煤層裂隙空間被水所充滿，為地下水單相流動階段。

第二階段，非飽和單相流。隨著井筒附近壓力的進(jìn)一步降低，煤層氣開始從孔隙表面解吸。在濃度差的驅(qū)動下，解吸的煤層氣向裂隙空間擴散，在裂隙系統(tǒng)中形成氣泡，阻礙水的流動，水的相對滲透率降低，但煤層氣尚不能形成連續(xù)流動。這一階段，裂隙中為地下水的非飽和單相流階段，雖然出現(xiàn)氣-水兩相狀態(tài)，但只有水相才能夠連續(xù)流動。

第三階段，氣-水兩相流。隨著井筒附近煤儲層壓力的進(jìn)一步降低，更多的煤層氣解吸擴散進(jìn)入裂隙系統(tǒng)，與水形成兩相流，再經(jīng)裂縫網(wǎng)絡(luò)流向井筒。此時，水中氣體濃度達(dá)到飽和，氣泡相互連接形成連續(xù)流動，氣相的相對滲透率大于零。隨著儲層壓力下降和水飽和度的降低，水的相對滲透率不斷下降，氣的相對滲透率逐漸升高。最終，在煤層裂隙系統(tǒng)中形成了氣-水兩相Darcy流，煤層氣連續(xù)產(chǎn)出。

上述三個階段在時間和空間上均是一個連續(xù)的過程。隨著排采時間的延長，第三階段從井筒沿徑向逐漸向周圍煤層推進(jìn)，形成一個可以使煤層氣連續(xù)產(chǎn)出的壓降漏斗(見圖2)。

圖2 煤層氣井周圍氣水分布及流動狀態(tài)徑向剖面示意

圖3 單峰型煤層氣井排采參數(shù)曲線圖

圖4 雙峰型煤層氣井排采參數(shù)曲線圖

3 研究區(qū)排采曲線特征

本次研究對胡底工區(qū)124口煤層氣井排采曲線進(jìn)行了分析，根據(jù)排采歷史數(shù)據(jù)，將煤層氣井排采曲線主要分為“單峰型”(47口)、“雙峰型”(58口)、“平穩(wěn)上升型”(19口)三種類型。

3.1 單峰型

單峰型煤層氣井排采生產(chǎn)資料及各個排采參數(shù)間的關(guān)系如圖3所示。從圖中可以看出產(chǎn)氣量表現(xiàn)出先上升后減小的趨勢。本次研究將單峰型排采曲線分為三個階段，第一階段為煤層氣井產(chǎn)氣之日起至2013年2月26日，其排采曲線特點為產(chǎn)氣量隨著排采時間增加而成線性增加，其中產(chǎn)氣量與套管壓力呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.92。在第一階段，產(chǎn)水量呈先增加后減小趨勢。

第二階段從2013年2月26日至2013年11月30日，其中2013年2月26日套壓從5MPa急劇降低并穩(wěn)定在3MPa時，產(chǎn)氣量逐漸增大，在2013年8月30日產(chǎn)氣量達(dá)到頂峰(3840m3/d)，產(chǎn)水量隨著套壓的降低也急劇增加并穩(wěn)定在3m3/d。

在第三階段，隨著套壓的急劇降低到2MPa，產(chǎn)氣量也逐漸降低，產(chǎn)水量也同樣降低，等到套壓逐漸降低并穩(wěn)定，產(chǎn)氣量也逐漸降低并穩(wěn)定在2500m3/d左右，產(chǎn)水量也逐漸降低并穩(wěn)定在2m3/d。

由于第一階段產(chǎn)水量逐漸降低，在第二階段，加大抽水力度，從結(jié)果來看短期內(nèi)產(chǎn)氣量明顯增加，壓裂效果明顯，但是經(jīng)過半年左右，形成了產(chǎn)氣量逐漸降低并趨于穩(wěn)定的第三階段。整體上看，單峰型井煤層氣的產(chǎn)量主要取決于穩(wěn)定后的第三階段產(chǎn)氣量。

3.2 雙峰型

雙峰型煤層氣井排采生產(chǎn)資料及各個排采參數(shù)間的關(guān)系如圖4所示。從圖4中可以看出排采曲線表現(xiàn)為先增加后減小再增加的波浪形曲線，展現(xiàn)出兩個波峰。本次研究將雙峰型排采曲線分為兩個階段，第一階段為煤層氣井產(chǎn)氣之日起至2012年10月18日，其排采曲線特點為產(chǎn)氣量隨著排采時間增加而呈現(xiàn)出先增加后減小，其中產(chǎn)氣量與產(chǎn)水量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.75。在第一階段，套壓呈逐漸增加趨勢。

第二階段為2012年10月18日至今，在第二階段產(chǎn)氣量隨時間的變化與第一個階段相似，同樣為先增加大后減小，產(chǎn)氣量與產(chǎn)水量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.81。套壓呈逐漸穩(wěn)定并減小趨勢。

相對于單峰型煤層氣井，雙峰型煤層氣井產(chǎn)水量明顯增大，從產(chǎn)氣量與產(chǎn)水量的相關(guān)性可以看出，雙峰型煤層氣井產(chǎn)氣量的變化主要受日產(chǎn)水量變化的影響，而與套壓無關(guān)。整體上看，雙峰型煤層氣井的產(chǎn)氣量要小于單峰型煤層氣井的產(chǎn)氣量。

3.3 上升平穩(wěn)型

上升平穩(wěn)性煤層氣井排采生產(chǎn)資料及各個排采參數(shù)間的關(guān)系如圖5所示。從圖5中可以看出產(chǎn)氣量排采曲線隨時間增加而逐漸增加。其中產(chǎn)水量及套壓隨時間變化均為先增大后減小。產(chǎn)氣量在前期主要受日產(chǎn)水量影響，在排采穩(wěn)定后，產(chǎn)氣量與產(chǎn)水量關(guān)系減弱。但與單峰型煤層氣井相比，上升平穩(wěn)性煤層氣井產(chǎn)氣量較高，由于這種類型煤層氣井主要位于地質(zhì)條件較好區(qū)域煤層較為穩(wěn)定，在排采前期應(yīng)加大排采力度。

圖5 平穩(wěn)上升型煤層氣井排采參數(shù)曲線圖

[1] 田永東.沁水盆地南部煤儲層參數(shù)及其對煤層氣井產(chǎn)能的控制[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)(北京)，2009.

[2] 許浩，湯達(dá)禎，唐書恒，等.沁南地區(qū)重點區(qū)塊煤儲層滲透性控制因素及差能響應(yīng)[J].煤層氣地質(zhì)與儲存工程.

[3] 陶樹.沁南煤儲層滲透率動態(tài)變化效應(yīng)及氣井產(chǎn)能效應(yīng)[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，2011.

[4] 何偉鋼，葉建平.煤層氣井排采歷史地質(zhì)分析[N].高校地質(zhì)學(xué)報，2003(9)：385-389.

[5] 倪曉明，蘇現(xiàn)波，魏慶喜.煤儲層滲透率與煤層氣垂直井排采曲線關(guān)系[J].煤炭學(xué)報，2009(9):1194-1197.

[6] 孟召平，田永東，李國富.沁水盆地南部煤儲層滲透性與地應(yīng)力之間關(guān)系的控制機理[J].自然科學(xué)進(jìn)展，2009(10)：1142-1147.

[7] 羅山強，郎兆新，張麗華.影響煤層氣井產(chǎn)能因素的初步研究[J].斷塊油氣田，1997(1):42-46.[8] 曹立剛，郭海林，顧謙隆.煤層氣井排采過程中各排采參數(shù)間關(guān)系的探討[J].中國煤田地質(zhì)，2000(3)：32-35.

[9] 楊秀春，李明宅.煤層氣排采動態(tài)參數(shù)及其相互關(guān)系[J].煤田地質(zhì)與勘探，2008(4)：20-27.

[10] 萬玉金，曹雯林. 煤層氣單井產(chǎn)量影響因素分析[J]. 天然氣工業(yè)報, 2005，25(1): 124-126.

[11] 葉建平，史保生，張春才. 中國煤儲層滲透性及其主要影響因素[J]. 煤炭學(xué)報，1999，24(2): 118-122.

(責(zé)任編輯 黃 嵐)

CBM Emission and Exploitation Curve Features and Analysis of Influence Factors

CHEN Yuntao

(Shanxi Lanyan CBM Group Co., Ltd., Shanxi 048000)

The study has analyzed the CBM emission and exploitation curves of 124 CBM wells in Hudi working area. The study shows that all the gas production rates in different phases have the positive correlation relationship with the casing pressure. The gas production rate of CBM wells in the second phase after intensifying the pumping strength quickly rises apparently but declines quickly, and the gas production rate of unimodal type CBM wells mainly depends on that in the third phase after stabilization; the “bimodal type” CBM wells are mainly distributed in the area with a large water production rate, the gas and water production rates have a positive correlation relationship, and the former mainly depends on the latter; the gas production rate of “steady rising type” CBM wells rises with the increase of time but the whole gas production rate is small, so the strength of water draining should be intensified in the initial stage of CBM emission and exploitation.

Hudi working area; bimodal type; unimodal type; steady rising type

陳云濤，男,主要從事煤層氣地質(zhì)以及開發(fā)工作。