壽陽南燕竹區煤層氣井排水降壓階段壓降漏斗狀態分析及其排采管控意義

王海僑 韓軍昌

(中聯煤層氣有限責任公司，北京 100015)

1 概況

壽陽南燕竹區位于沁水盆地北部，面積99.8km2，本區發育3號煤、9號煤和15號煤三套主力煤層，煤層氣資源較為富集，已提交煤層氣探明地質儲量共1.35×1010m3。本區15號煤發育最穩定、資源豐度最高，是目前的煤層氣開發主力煤層。南燕竹區目前已陸續實施煤層氣井超過120口，主要以15號煤單層開發為主，目前單井日產氣量主要分布在200～2000m3/d之間，井間產氣差異較大。煤層氣具有低滲、低壓的特點，滲透率隨儲層改造及排采過程而變化，煤層氣在儲層中的運移經歷解吸、擴散、滲流三個階段。為了分析產氣量差異在排采管控方面的原因，本文從排采初期排水降壓階段的壓降漏斗擴展范圍入手，通過對本階段壓降漏斗擴展范圍的定量計算，分析前期壓降漏斗與產氣量之間的關系，從而為全區排采初期階段的制度優化提供依據。

根據南燕竹區目前單井產氣量的分布區間，本文選擇了含氣量相近、排采時間2年以上、排采過程穩定連續、排采制度控制原則相同、目前穩定產氣量依次為200m3/d、400m3/d、800m3/d和1600m3/d左右的4口代表井NY-1、NY-2、NY-3和NY-4進行重點分析。研究區及目標井的位置見圖1。

圖1 研究區位置及目標井位圖

2 排采概況

2.1 資源條件

本次研究的4口目標井產氣層均為15號煤單層，含氣量相近，厚度有一定差異，儲層壓力和解吸壓力差別較為明顯，其基本參數見表1。

表1 目標井基礎參數表

2.2 生產概況

4口井目前的排采生產時間在879～1848天之間，最高產氣量分別為1883m3/d、870m3/d、436m3/d和220m3/d，穩產氣量分別為1600m3/d、800m3/d、400m3/d和200m3/d左右，其排水降壓階段的排采時間分別為422天、425天、261天和336天，主要生產參數見表2。

表2 排采生產參數表

3 壓降漏斗與產氣關聯分析

3.1 壓降漏斗擴展過程

煤層氣井在排水降壓的初期階段只產水不產氣，煤儲層中為水的單相流動，假設單井區煤層均質等厚，煤層氣井為水動力學完善井，則煤層中的滲流符合平面徑向滲流規律。根據4口目標井在排水降壓階段的生產數據的擬合結果，其排水降壓階段的壓降漏斗范圍分別為90.6m、63.6m、43.5m和25.6m，漏斗擴展與對應的產氣曲線見圖2。

圖2 目標井壓降漏斗擴展過程匯總圖

3.2 壓降漏斗與產氣關聯分析

根據4口目標井在排水降壓階段的漏斗范圍與后期的產氣量的交匯分析，二者表現出明顯的正相關關系(圖3左)，相關系數非常高，顯示出排水降壓階段盡量擴展壓降漏斗對煤層氣井產氣潛力的挖掘意義重大。按照該對應關系，單井日產氣量1000m3/d對應的排水降壓階段的漏斗半徑是67m。而排水降壓階段的流壓降速與后期產氣量雖然也存在正相關關系，但相關系數不是很高，顯示本階段的流壓降速并不是直接對產氣量形成控制。按照該對應關系，單井日產氣量1000m3/d對應的排水降壓階段的流壓降速在3kPa/d左右。

圖3 排水期壓降漏斗范圍及流壓降速與產氣量交匯分析圖

3.3 其他影響因素分析

對煤層氣井來說，排采制度是影響產氣量的一個重要因素，但不是最重要的因素，產氣量首先由資源條件決定，其次受工程效果影響，最后才是排采過程的影響。

4口目標井的資源豐度分別為1.67×108m3/km2、1.39×108m3/km2、1.28×108m3/km2和1.01×108m3/km2，與目前的穩定產氣量相比，資源豐度與產氣量的正相關性非常高(圖4左)，顯示了資源豐度對產氣量的基礎控制作用。同時，根據生產數據對4口井的儲層進行擬合發現，4口井目前的儲層滲透率分別為1.41mD、0.51mD、0.09mD和0.06mD，滲透率同樣與產氣量表現出高度的正相關(圖4右)，顯示了儲層滲流性能對產氣量的決定性影響。根據該對應關系，單井日產氣量1000m3/d對應的儲層滲透率為接近0.8mD。而儲層壓力和解吸壓力則與產氣量無明顯的相關關系。

圖4 資源豐度和儲層滲透率與產氣量交匯分析圖

4 排采管控意義分析

4.1 機理分析

4口典型井排水降壓階段的壓降漏斗范圍分別為90.6m、63.6m、43.5m和25.6m，目前的壓降漏斗范圍分別為133.7m、75.3m、55.7m和58.5m，漏斗狀態的簡化模型見圖5。

圖5 4目標井的漏斗狀態簡化模式圖

南燕竹區15號煤的一個特點是臨儲比低，本地區已鉆井的平均臨儲比僅為0.36，本文4口目標井的平均臨儲比為0.473，略高于全區平均值，但仍低于0.5。低臨儲比條件下，整個壓降過程中前期排水降壓階段的占比相對較大，平均超過一半的儲層壓力，而后期產氣過程的壓降范圍則被壓縮。該條件下，壓降漏斗中壓力高于解吸壓力的部分即不貢獻產氣的無效壓降部分的比例也相對較高，為了獲得盡可能多的有效壓降，應該在見氣之前將壓降漏斗擴展的盡可能大，一旦壓力降至解吸壓力以下，井筒附近的甲烷開始解吸，流體從單相流變為兩相流，滲流通道的部分被氣相占據，排水能力開始受到影響，因此應在兩相流出現之前，應把壓降漏斗的范圍盡量擴展。

4.2 排采管控意義

煤層氣井排采過程中，在特定的資源條件下，儲層壓力、滲透率和流壓降速等都影響著最終的產氣量，而壓降漏斗恰好是這幾個參數的綜合作用下的結果，壓降漏斗范圍與產氣量的關聯度高于上述單一參數，因此，使用壓降漏斗作為排采管控的依據可以避免使用單一參數時因其與產氣量關聯程度偏低而導致排采管控準確度下降的問題。

為保障單井產氣量所需要的壓降漏斗范圍，可以將排水降壓階段的壓降漏斗范圍作為本階段排采管控的技術目標，根據排水降壓期壓降漏斗范圍與單井產氣量的相關關系(圖3左)，單井產氣量1000m3/d對應的排水降壓期的壓降漏斗約67m，即：按照平均參數，本地區單井產氣量要達到1000m3/d，在排水降壓初期應該將壓降漏斗擴展到67m左右。而按照本階段流壓降速與產氣量的關系(圖3右)，單井產氣量1000m3/d對應的排水降壓階段的流壓降速約3kPa/d，根據南燕竹區儲層壓力和解吸壓力的分布范圍，儲層壓力降到解吸壓力的平均降壓范圍約1.2MPa左右，按照該平均壓力值和平均降速，本地區煤層氣井排水降壓階段的時間約在400天左右。根據圖4右所反應的壓降漏斗與滲透率的關系，如果滲透率較高，該過程可以較快，而如果滲透率過低，可能壓降漏斗擴展到67m所對應的流壓降速會很小，本階段的時間會大幅度拉長，這種情況下，可能是儲層改造未達到預期效果，不建議繼續進行長時間排采，應盡快考慮實施增透措施提高儲層滲透率。

因煤儲層的非均質性及不同區域的儲層特征差異非常大，本文的分析僅針對壽陽南燕竹區的煤層氣井，結果也僅適用于研究區。