煤層氣井產(chǎn)能預(yù)測及提高產(chǎn)能方法

韓 勇

(山西潞安金源煤層氣開發(fā)有限責(zé)任公司，山西 長治 046200)

引 言

在能源日漸緊缺的背景下，煤層氣井開采還要獲得更高的產(chǎn)能，以便更好地滿足不斷增加的能源需求。而加強產(chǎn)能預(yù)測，可以更好地進行排采工作的安排，合理進行煤層氣開發(fā)，繼而使氣井產(chǎn)能得到提高。因此，還應(yīng)加強對煤層氣井產(chǎn)能預(yù)測及提高產(chǎn)能方法的分析，以便更好地推動煤層氣井開采工作的開展。

1 煤層氣井產(chǎn)能預(yù)測分析

在煤層氣井排采期間，想要獲得較大的煤層氣井排采效率和采收率，還要結(jié)合產(chǎn)能大小變化對排采工作制度進行合理調(diào)整。現(xiàn)階段，在煤層氣井產(chǎn)能預(yù)測上，可以采用的方法有較多，如數(shù)理統(tǒng)計方法、物質(zhì)平衡法、數(shù)值模擬方法和簡化解析模型方法等等。采用數(shù)理統(tǒng)計法，需要利用數(shù)學(xué)理論對產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)展開分析，無法對各種因素給產(chǎn)能帶來的影響展開分析。采用物質(zhì)平衡法和數(shù)值模擬法，需要獲取巖石流體、地質(zhì)等數(shù)據(jù)，方法的實用性不強。采用簡化解析模型方法，分析結(jié)果受簡化條件的限制，只能在一定范圍內(nèi)適用[1]。因此，還要尋求有效的煤層氣井產(chǎn)能預(yù)測方法，從而為煤層排采工作的開展提供科學(xué)指導(dǎo)。

2 煤層氣井產(chǎn)能預(yù)測及提高方法研究

2.1 產(chǎn)能預(yù)測模型

在對煤層氣井產(chǎn)能進行預(yù)測時，應(yīng)考慮氣井產(chǎn)能將受到生產(chǎn)中井底壓力、套壓等排采參數(shù)影響，并選擇對產(chǎn)能貢獻最大的因素，實現(xiàn)最優(yōu)產(chǎn)能預(yù)測模型的構(gòu)建，從而掌握煤層氣產(chǎn)能變化規(guī)律。而采用多元逐步回歸方式，能夠建立回歸方程，并帶入產(chǎn)能影響因素。通過對各因素進行檢驗，可以使方程在引入新變量前只包含給產(chǎn)能帶來顯著影響的變量。在實際分析時，以某煤層氣田部分區(qū)塊為例。該區(qū)塊煤層氣井的產(chǎn)氣過程包含三個階段，分別為排水降壓、穩(wěn)定產(chǎn)氣和產(chǎn)量遞減階段。在排水降壓階段，由于區(qū)塊煤層孔隙度和滲透率較低，壓力波傳播速度較慢，在煤層氣解析后日產(chǎn)氣量會出現(xiàn)短期降低情況，呈現(xiàn)由無到有，由高到低的變化趨勢[2]。采用多元逐步回歸及通徑分析方法，可以完成氣井產(chǎn)能模型的建立，對參數(shù)影響規(guī)律進行分析。通過對該區(qū)塊內(nèi)10口典型氣井排采參數(shù)及質(zhì)量進行分析，結(jié)合不同產(chǎn)能和處在不同排采階段的氣井動態(tài)排采參數(shù)，可以從中完成與產(chǎn)氣量相關(guān)程度較大的套壓、井底流壓和累積產(chǎn)氣量這三個主要因變量的選擇，基于多元逐步回歸原理進行軟件編制，完成氣井產(chǎn)能預(yù)測模型的建立，如第115頁式(1)所示。式中，xty、xjdly、xicp分別用于表示套壓、井底流壓和累積產(chǎn)氣量，y為氣井產(chǎn)能。通過對模型進行F和P檢驗可以發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)檢驗數(shù)為134.331，P檢驗數(shù)為0.001，說明自變量與因變量間差異顯著，模型具有統(tǒng)計學(xué)意義。

y=5 645.909-4 303.992xty-770.796xjdly+
0.000 025xicp

(1)

2.2 日產(chǎn)氣量構(gòu)成分析

采用多元回歸分析方法，可以使變量間的多重共線性得到消除，從而使各因素與產(chǎn)能間的真實關(guān)系得到反映。但在對偏歸回系數(shù)展開分析時，各因素單位不同，還要通過通徑分析對各因素對產(chǎn)能的直接和間接影響展開分析。如式(2)所示，為直接通徑系數(shù)與間接通徑系數(shù)的關(guān)系，ρj→y為直接通徑系數(shù)，ρi→j→y為間接通徑系數(shù)，rij為相關(guān)矩陣，為每兩個變量與因變量間的簡單相關(guān)系數(shù)。

ρi→j→y=rijρj→y

(2)

針對得到的回歸產(chǎn)能模型展開通徑分析，可以得到日產(chǎn)氣量構(gòu)成因素通徑分析表，如表1所示。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，在直接影響因素中，套壓給產(chǎn)氣量的影響較為顯著，直接通徑系數(shù)達到了-0.558。相比較而言，累積產(chǎn)氣的直接作用最小，僅為-0.042。從總體上來看，三個因素對產(chǎn)氣量都會產(chǎn)生負效應(yīng)。在間接影響因素中，井底流壓將通過套壓給予產(chǎn)氣量較大影響，通徑系數(shù)達-0.441。除此之外，累積產(chǎn)氣量給予產(chǎn)氣量的間接影響較大，并且為正效應(yīng)，其他因素間接通徑系數(shù)則較小，產(chǎn)生的間接作用可以忽略。從參數(shù)對產(chǎn)氣量的綜合影響來看，套壓、井底流壓和累積產(chǎn)氣量與產(chǎn)氣量相關(guān)系數(shù)分別為-0.636、-0.547和0.142。因此從總體來看，對產(chǎn)氣量影響最大的因素為套壓，該因素與其余兩個因素存在負相關(guān)關(guān)系。

表1 日產(chǎn)氣量構(gòu)成因素通徑分析表

2.3 產(chǎn)能預(yù)測結(jié)果分析

在區(qū)塊煤層氣井產(chǎn)能預(yù)測上，采用可行性較強的GM(1，1)模型與多元回歸預(yù)測模型展開比較，以10口典型井實際動態(tài)數(shù)據(jù)為檢驗數(shù)據(jù)，可以得到各時間點上產(chǎn)氣量相對誤差平均值。表2為2種方法產(chǎn)能相對誤差平均值統(tǒng)計分析表。從表中的數(shù)據(jù)可知，采用多元回歸模型進行產(chǎn)能預(yù)測，相對誤差平均值不超出12%。采用GM(1，1)模型進行預(yù)測，相對誤差平均值最大能夠達到50%。由此可見，采用多元回歸模型實現(xiàn)產(chǎn)能預(yù)測的相對誤差更小，預(yù)測精度更高。

表2 2種方法產(chǎn)能預(yù)測相對誤差平均值統(tǒng)計分析表 %

如表3所示，為采用2種方法的產(chǎn)能預(yù)測結(jié)果統(tǒng)計分析表。相比較而言，采用多元回歸模型進行產(chǎn)能預(yù)測，可以得到排水降壓階段、穩(wěn)定產(chǎn)氣階段和產(chǎn)量遞減階段的產(chǎn)能平均值分別為12.21%、5.77%、5.56%，可以更好地對前兩個產(chǎn)氣階段的產(chǎn)能進行預(yù)測。

表3 2種方法產(chǎn)能預(yù)測統(tǒng)計分析表 %

2.4 影響產(chǎn)能因素分析

分析影響產(chǎn)能的因素可以發(fā)現(xiàn)，在煤層氣井不同排采階段，套壓將對產(chǎn)氣量產(chǎn)生不同的影響。在排水降壓階段，套壓的增大將導(dǎo)致產(chǎn)氣量先增大后降低。在穩(wěn)產(chǎn)階段，產(chǎn)氣量在達到峰值前，套管與產(chǎn)氣量成正相關(guān)關(guān)系，達到峰值后為負相關(guān)關(guān)系。在穩(wěn)定產(chǎn)氣和遞減階段，套壓將發(fā)揮井筒儲集效應(yīng)，使產(chǎn)氣量在短時間內(nèi)改變。綜合來看，氣井產(chǎn)能受套壓影響較小。從累積產(chǎn)氣量影響來看，在排水降壓階段，該參數(shù)與產(chǎn)氣量先成正相關(guān)關(guān)系，之后轉(zhuǎn)變?yōu)樨撓嚓P(guān)關(guān)系。而在穩(wěn)定產(chǎn)氣和遞減階段，煤層中的水基本被排空，累積產(chǎn)氣量基本保持穩(wěn)定，因此與氣井產(chǎn)能間的關(guān)系不大。相比較而言，井底壓力對氣井產(chǎn)能產(chǎn)生的影響更大。在套壓和累積產(chǎn)氣量的雙重作用下，井底壓力將發(fā)生變化。而在任何排采階段，井底壓力的增加都會導(dǎo)致產(chǎn)氣量降低[3]。因為在井底壓力增加的情況下，生產(chǎn)壓差將隨之減小，煤層氣在從煤層向井筒滲流的過程中會受到阻礙。在排水降壓和穩(wěn)定產(chǎn)氣階段，井底流壓都與產(chǎn)氣量呈負相關(guān)關(guān)系，因此將對氣井產(chǎn)能產(chǎn)生較大的影響。

2.5 產(chǎn)能提高方法

針對煤層氣井產(chǎn)能預(yù)測結(jié)果，想要提高氣井產(chǎn)能，可以采用注氣增產(chǎn)技術(shù)。主要通過向煤儲層中進行高壓氣體的注入，以使生產(chǎn)壓差隨之增大，使煤層氣順利從煤層向井筒滲流。通常情況下，需要注入CO2、N2等高壓氣體，促使煤層氣由吸附態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)，從而使煤層氣解吸擴散速率提升，達到提高氣井產(chǎn)能的目標。從開采機理上來看，在儲層中注入高壓氣體的情況下，煤儲層能量得以增大。在相同的井底流壓下，煤儲層壓力梯度將得到提高，繼而使解吸出的煤層氣快速運移至井底，使井口產(chǎn)氣量增加。與此同時，注入對煤分子吸附力較強的氣體，也可以使煤對甲烷的吸附進行競爭，促使甲烷分子由煤基質(zhì)表面發(fā)生解吸，從而通過提高煤層氣濃度加快擴散滲流速度，使氣井產(chǎn)氣量得到增加。此外，注入高壓氣體，可以使煤儲層在小分子氣體作用下產(chǎn)生新的裂隙。伴隨著儲層孔-裂隙系統(tǒng)的發(fā)育，煤層氣的產(chǎn)出通道將得到增大，從而使煤層滲透率得到提高。在實際注氣的過程中，結(jié)合煤層實際情況，可以分別采用先注氣后采氣和邊注氣邊采氣的方式。采用第一種方式，需要以合適井距進行注入井的鉆探，然后將CO2等高壓氣體注入，使其與煤層中的煤層氣進行吸附置換，使煤層中的CH4得到解吸，通過孔、裂隙運移至井底。采用連續(xù)性注氣方法，需要在氣井生產(chǎn)期間進行高壓氣體注入，使氣體在較大孔、裂隙系統(tǒng)中參與產(chǎn)出氣體滲流[4]。采用該種方法，高壓氣體無法及時進入煤基質(zhì)單元與CH4發(fā)生吸附置換，但是能夠使儲層能量得到維持，使CH4的分壓得到減小，繼而使煤層氣滲流速度得到提高。

3 結(jié)語

通過研究可以發(fā)現(xiàn)，在煤層氣井排采期間，還要實現(xiàn)產(chǎn)能的合理預(yù)測。采用多元回歸模型進行預(yù)測，可以得到更加精確的產(chǎn)能預(yù)測結(jié)果，明確產(chǎn)能將受到井底流壓的影響，在流壓增大的情況下，出現(xiàn)日產(chǎn)氣量降低的問題。針對這一情況，還要采取注氣增產(chǎn)技術(shù)加大生產(chǎn)壓差，從而使日產(chǎn)氣量維持穩(wěn)定，最終達到提高產(chǎn)能的目的。