煤層氣井排采初期穩壓排采效果分析及其排采制度優化意義

王海僑

(中聯煤層氣有限責任公司研究院，北京 100016)

1 引言

煤層氣井的排采遵守“連續、緩慢、穩定、長期”的基本原則，通常按照開抽、解吸、產氣、達產和衰減等節點分為排水降壓、見套憋壓、放氣提產、保持穩產、自然降產等主要的排采階段(或進一步細分)，在各個階段根據儲層特點和流體特性的差異分別采用不同的排采制度進行生產控制，以最大程度的挖掘單井產氣潛力。

圖1 X-1井排采曲線

在排采初期的排水降壓階段，應通過合理的排采制度盡量擴展壓降漏斗的范圍，尤其在儲層滲透率偏低的情況下，如果見氣過快，井筒附近部分滲流通道會被氣相占據，導致產水衰減，壓降漏斗擴展的難度增大，導致后續提產潛力不足。

本文研究的目標井X-1井位于沁水盆地北部壽陽區塊，本地區發育3號煤、9號煤和15號煤三套主力煤層，其中以15號煤厚度和含氣量最高、煤層氣資源最為豐富，為本地區目前煤層氣開發的主力煤層。本地區15號煤的煤層氣資源較為豐富，但也存在埋深偏大、破碎程度偏高、儲層壓力系數低、臨儲比低等不利因素，對煤層氣開發效果有較大的影響。由于儲層壓力偏低，煤層氣井的壓降漏斗擴展難度偏大；加之臨儲比也偏低，造成煤層氣井壓降范圍中能夠貢獻產氣的有效壓降范圍更加偏小，因此本地區在排采時尤其是在排采初期的排水降壓階段需要盡量擴展壓降漏斗，為整個生產周期創造盡可能大的壓降漏斗基礎。

為了實驗本地區煤層氣井排采初期采用穩壓排采的效果，在本地區X-1井的見氣前進行了兩次穩壓排采，同時對其壓降漏斗和儲層滲透率進行了動態分析，跟蹤其動態變化，以此分析穩壓排采的效果，為排采制度優化提供參考。

2 穩壓排采表現

2.1 整體排采表現

目標井X-1井為單產層直井，目標煤層為15號煤，厚度5.3m，含氣量14.6m3/t，埋深696.8m，采用常規水力加砂壓裂的儲層改造方式，排采設備為螺桿泵+自動化的常規組合。本井儲層壓力2.47MPa，壓力系數0.36；臨界解吸壓力1.45MPa，臨儲比0.59。目前的排采天數已超過1680天，日產水量在2～17m3/d左右，目前井底流壓降至0.42MPa，日產氣量1852m3/d(圖1)。

根據排采動態數據的分析擬合結果，目前本井的壓降漏斗半徑約117.8m，有效產氣半徑約59.1m(圖2)。

圖2 X-1井壓降/產氣半徑監控曲線

圖3 兩次穩壓排采的壓力和產水量曲線

圖4 兩次穩壓過程的壓降漏斗半徑和儲層動態滲透率

2.2 兩次穩壓排采實驗情況

第一次穩壓排采在開抽第216天后開始，此時井底流壓為2.12MPa，高于本井區的儲層臨界解吸壓力，未見套壓，日產水量為6.6m3/d左右。本次穩壓安全運行了96天后產水量開始明顯下降，隨后停止穩壓開始降壓，但產水量在5天后持續下降至1.6m3/d，之后開始進行檢泵作業。作業用時1天，復排后流壓恢復至2.16MPa，上升40kPa，等效壓降半徑從77.8m縮小至72.1m(圖3a)。

第二次穩壓排采在開抽第646天開始，此時井底流壓為1.66MPa，高于本井區的儲層臨界解吸壓力，未見套壓，日產水量為8.9m3/d左右。本次穩壓安全運行了71天后，產水量一天之內快速下降至3.6m3/d，隨后發生卡泵并進行解卡作業。作業用時1天，復排后流壓恢復至1.96MPa，上升300kPa，等效壓降半徑從119.5m縮小至116.3m(圖3b)。

兩次穩壓排采實驗的最后均以產水量快速下降而結束，為避免再次出現類似的儲層傷害，且本井的排水降壓階段已超過700天，壓降漏斗已擴展至接近120m，因此后續不再繼續進行穩壓排采實驗，采用連續穩定的降壓策略持續排采生產至今。

3 穩壓排采過程分析

3.1 壓降漏斗和動態滲透率分析

第一次穩壓的流壓為2.12MPa，前期累計壓降0.29MPa，前期流壓平均降速1.34kPa/d。本次穩壓排采過程中本井的壓降漏斗半徑從62.8m擴展到78.7m，擴展速度0.17m/d，即在穩流壓的情況下壓降半徑仍然能夠持續擴大。從該角度來看，穩壓排采的降壓擴徑效率非常高，既擴展了壓降漏斗，又節約了寶貴的井底流壓。但同時對儲層進行動態滲透率跟蹤發現，穩壓排采過程中儲層動態滲透率一直在緩慢下降，從開始時的0.76mD緩慢下降到后期的0.59mD，下降幅度約22.4%，最后3天產水快速下降，滲透率也同步快速下降到0.4mD以下，下降幅度約47.4%(圖4a)。

第二次穩壓的流壓為1.66MPa，前期累計壓降0.75MPa，前期流壓平均降速1.16kPa/d。本次穩壓排采過程中本井的壓降漏斗半徑從102.7m擴展到107.9m，擴展速度0.07m/d，在穩流壓的情況下壓降半徑仍然能夠持續擴展。本次穩壓過程中儲層動態滲透率基本維持在1.01mD左右無變化(此時滲透率比第一次穩壓時提高了32.9%)，但本次穩壓運行至第72天時，儲層滲透率一天之內快速下降至0.43mD，一天之內的傷害程度達到57.4%(圖4b)。

從兩次穩壓排采過程中的滲透率表現來看，穩壓排采時井底的生產壓差不再變化，而隨著排水的持續，壓降范圍不斷擴展，井筒外側的壓降梯度不斷下降，對儲層裂隙中流體的驅動力也相應的逐漸下降。當壓降梯度低于攜帶煤粉所需要的最小壓力時，煤粉開始發生沉淀，造成裂隙堵塞，滲透率快速下降。

更為重要的是，第二次穩壓排采結束之后，本井后續的壓降漏斗擴展就變得非常困難，雖然目前的日產氣量已超過1800m3/d，但壓降漏斗已基本不再擴展(圖3)，目前的產氣量主要來自井底流壓下降而產生的壓降空間，即目前是在用壓降來換取產量，這種情況下，只能用持續的降壓空間來維持產氣量，一旦流壓耗盡，產氣量將迅速衰減。

3.2 壓降漏斗擴展速度對比分析

為了對穩壓排采和降壓排采的效果進行直接的分析對比，分別對兩次穩壓階段前后20天的流壓降速與壓降漏斗擴展速度進行統計。兩次穩壓排采前后的流壓與壓降漏斗相關參數見表1。

表1 兩次穩壓排采前后的流壓與壓降漏斗相關參數統計表

從表1可見兩次穩壓排采前后，壓降漏斗增速和降壓效率都有所下降。第一次穩壓排采前后，漏斗增速從18.5cm/d下降到17cm/d，降壓效率從18.5 cm/kPa.d大幅度下降到2.3 cm/kPa.d。第一次穩壓排采前后，漏斗增速從13.5cm/d下降到12.5cm/d，降壓效率從27 cm/kPa.d大幅度下降到25cm/kPa.d。需要注意的是，第一次穩壓結束后，流壓降速較快，達到7.5kPa/d，造成了降壓效率大幅度降低，該數據也為后續的流壓降速的控制提供了參考。

3.3 穩壓與降壓的對比分析

為了對比，另選擇了本井的兩個連續降壓階段，對各項參數進行同樣的擬合分析，來分析連續穩定降壓時的儲層演化情況。

表2 穩壓和降壓階段各項參數分析對比表

圖5 兩個連續降壓排采階段的壓降-漏斗擴展關系對比圖

兩次連續降壓排采階段均選擇穩壓結束后的連續降壓過程。第一個連續降壓階段從開抽第350天至407天共57天，流壓從1.97MPa連續下降至1.48MPa，平均降速為8.6kPa/d(按照低于臨界壓降速度進行控制(圖5a)。第二個連續降壓階段從開抽第746天至838天共92天，流壓從1.83MPa連續下降至1.63MPa，平均降速為2.17kPa/d(圖5b)。

根據兩次連續降壓階段開始和結束時儲層參數的擬合計算發現，兩次穩壓排采的儲層滲透率均發生了下降，而兩次連續降壓排采的儲層滲透率都得到了提高，其中第二個降壓階段在平均2.17kPa/d的降速下，92天時間里儲層滲透率提高了154.3%。與此相對應，流壓的臨界降速方面，兩次穩壓排采都導致了臨界降速的下降，而兩次連續降壓排采都促進了臨界降速的提高(表2)。即通過兩個穩壓階段和兩個連續降壓階段的對比可以發現，長時間的穩壓排采會造成儲層滲透率的明顯下降，使排采管控的流壓臨界降速被壓縮，漏斗擴展難度加大；而連續穩定的降壓排采則可以持續改善儲層滲透率，使排采管控的臨界降速變大，這種情況下，可以使用更快的流壓降速來獲得更快的壓降漏斗擴展，從而達到提高采氣速度的目的。