煤層氣排采過程中井間干擾形成機制研究-已發(fā)表_百度文庫

1、煤層氣排采過程中井間干擾形成機制研究摘要：煤層氣單井排采時，由于壓降漏斗的擴展范圍有限，會導致產(chǎn)能低下。因此實際生產(chǎn)中都是以井網(wǎng)方式開采煤層氣，通過井間干擾提高產(chǎn)能。本文通過總結國內(nèi)外學者對井間干擾理論的研究成果，根據(jù)儲層壓力傳播規(guī)律及壓降漏斗形成機理，分析了不同邊界條件下壓降漏斗擴展情況，對比了煤層氣井單井和井群壓降曲線，簡要闡明了井間干擾形成機制，揭示了井間干擾對煤層氣產(chǎn)量的影響。關鍵詞：煤層氣井群；井間干擾；壓降漏斗；壓力傳播規(guī)律。引言煤層氣，是指賦存于煤層中以甲烷為主要成分，以吸附在煤基質(zhì)顆粒表明為主并部分游離于沒空隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體1,2。限于我國煤層氣儲層“三低一高”的

2、特性3，所采用的單井開采方式僅在很少地區(qū)達到了商業(yè)化的生產(chǎn)階段。相比之下，具有一定規(guī)模的煤層氣井井群，通過設計合理的井間距，使之產(chǎn)生井與井之間的干擾形成大面積壓降，進而取得較好的甲烷解吸效果，才能大幅度的提高煤層氣井的日產(chǎn)氣量和總產(chǎn)氣量4,5。本文在前人研究的基礎上，通過研究單井的儲層壓力傳播規(guī)律及壓降漏斗形成機理，對比單井和井群壓降曲線的異同，闡明井間干擾的形成機制，并揭示井間干擾對煤層氣產(chǎn)量的影響。1.煤層氣產(chǎn)出機理煤層氣主要成分雖然與天然氣相同，但它們在地質(zhì)成因、成藏以及開采方面大不相同，其儲層特征決定了二者開發(fā)方式必定不同。天然氣以游離態(tài)存在，在高儲層壓力作用驅(qū)動下流向井筒，開發(fā)方式簡

3、單；而煤層氣主要以吸附態(tài)存在于煤基質(zhì)顆粒表面，其開采必須通過排水降壓實現(xiàn)。煤層氣產(chǎn)出要經(jīng)歷如下過程：排水降壓-解吸-擴散-滲流-流向井筒6-9。 原始狀態(tài)下，煤儲層中氣液流體處于動態(tài)平衡狀態(tài)，通過井筒的持續(xù)排水，井筒附近儲層壓力降低，打破了原來的平衡狀態(tài)，當降到臨界解吸壓力時，煤層甲烷從煤內(nèi)表面解吸，解吸氣大量轉化為游離氣，在濃度差下驅(qū)動下，煤層氣通過基質(zhì)和微孔擴散，進入裂隙中開始滲流，和煤層水一起流向井筒10（圖1）。圖1 煤層氣運移過程示意圖2.不同邊界條件下儲層壓力傳播規(guī)律井筒與煤儲層之間產(chǎn)生的壓差是造成煤儲層的壓力傳播的根本原因。2.1 開放性邊界儲層壓力傳播規(guī)律這類邊界煤儲層的頂板或

4、底板為透水層，存在直接或間接給水含水層，或煤儲層邊界為張性斷層，煤儲層能得到充分的外部地下水的供給，邊界處壓力可近似認為不變。 1 定流量生產(chǎn)時，煤儲層壓力傳播規(guī)律 如圖2所示，該類情況下，隨著排采時間的延續(xù)，原始儲層壓力AA'AB 線沿井筒方向，由井口到井底逐漸加深，其下降彎曲程度也逐漸加大( 如A1A'；A2A；。此時由壓降漏斗內(nèi)產(chǎn)生的壓力勢能作為動力，驅(qū)使煤層氣由儲層向井口流動產(chǎn)出。而距離井口較遠的地段，則因壓降過小無法帶動流體的流動。故在A'、A各點處壓降曲線的切線是水平的。當壓降漏斗剛傳到邊界時，即壓降漏斗邊界點B點時，曲線A3B 在該點的切線仍然是水平的，表

5、示此時井內(nèi)所產(chǎn)出的水仍然是靠B點以內(nèi)儲層內(nèi)的壓力勢能。當t tB后，邊界以外有地下水補充進來，隨著外來地下水的不斷補充，壓降曲線下降速率漸緩，當邊界外補充的地下水逐漸趨于井的排水量時，則煤儲層內(nèi)的壓降曲線變化越來越小，經(jīng)過無限長時間后，壓降曲線最終在ANB 處穩(wěn)定下來。因此，根據(jù)其壓力傳播與邊界之間距離和壓力傳遞時間，可以分為兩個階段，即第一階段（壓力傳播到邊界之前）和第二階段（壓力傳播到邊界之后）。圖2 開放性邊界定流量生產(chǎn)時儲層壓力傳播特征112 定壓排采時，煤儲層壓力傳播規(guī)律 在第一階段中，此類條件下的壓力傳播與定流量生產(chǎn)時的一樣，僅在壓降漏斗以內(nèi)，在壓差產(chǎn)生的壓力勢能作用下流動，漏斗以

6、外的區(qū)域則無流動或較少流動存在。其特點是滲流阻力會隨著壓降漏斗的不斷擴大也不斷加大（圖3），使得流向井筒的地下水逐漸減少，由于井底壓力保持恒定的限制，相應地井的產(chǎn)水量逐漸下降。壓降的第二階段，邊界外的地下水開始向地層內(nèi)不斷補充，在相當長的時間后，從邊界外部流入的水量等于井內(nèi)排出的水量，此后滲流過程趨于穩(wěn)定，壓力分布曲線趨于穩(wěn)定。圖3 開放性邊界定降深排采儲層壓力傳播規(guī)律112.2 封閉性邊界儲層壓力傳播規(guī)律此類邊界煤儲層頂板和底板都為隔水層，且邊界為隔水邊界，例如逆斷層、推覆斷層等，煤儲層得不到地下水的補給。1 定流量生產(chǎn)時，煤儲層壓力傳播規(guī)律 壓力傳播的第一階段與開放性邊界定產(chǎn)量生產(chǎn)的第一階

7、段幾乎是一樣的。區(qū)別在于壓力傳播的第二階段，由于封閉的邊界無地下水供給源，故壓力傳播到邊界點B點后，該點的壓力就會不斷下降（圖4），致使該點的壓降幅度逐漸接近于井壁及底層內(nèi)各點的壓降幅度。當井的產(chǎn)量不變，滲透阻力不變時，則煤儲層內(nèi)的壓力勢能也相對穩(wěn)定下來，壓降幅度也趨于穩(wěn)定。當儲層壓力達到枯竭壓力時，煤層氣排采就趨于停止。2 定壓排采時，煤儲層壓力傳播規(guī)律 該類情況與定流量排采時一致，直到第二階段，邊界B處的壓力逐漸下降，不同于定流量排采的是，由于井底壓力保持不變的限制，隨著壓降漏斗范圍的不斷擴大，滲流阻力也不斷增大，同時井的產(chǎn)水量也不斷下降直到趨于0 為止，如圖5所示。圖4 封閉性邊界定流量

8、生產(chǎn)時儲層壓力傳播規(guī)律11圖5 封閉性邊界定壓排采時儲層壓力傳播規(guī)律113.壓降漏斗形成機理3.1 單井排采局限性田永東12通過對煤層氣單井產(chǎn)氣機理研究，總結分析得出，單個煤層氣排采時，所形成的的壓降漏斗的影響范圍有限，且向四周方向延伸的速度減緩，最終趨于穩(wěn)定。其壓降漏斗曲線如圖6所示，近井筒附近的曲線斜率較大，而隨著延伸端斜率迅速減小。反應出井筒附近的煤儲層中壓降的幅度較大，井筒四周的壓降較小。圖6 壓力降落漏斗與等溫吸附曲線對照圖對照等溫吸附曲線可知，排采初期煤層的壓降所引起的甲烷解吸量遠小于后期相同壓降所引起的甲烷解吸量。因此，單井排采的局限性總結為兩點：一是只在井筒附近才形成較大的壓降

9、；二是壓降漏斗半徑有限，距離普遍較小。3.2 井間干擾形成機制分析當共同排采兩口相距較近的煤層氣井時。隨著抽水的進行，各個煤層氣井的降落漏斗不斷延伸，最終將交匯在一起，形成煤層氣井井間干擾。此時，由于降落漏斗的邊緣沒有更多的補給區(qū)域，降落漏斗將不再向遠處延伸，而是向深處擴展，使該處的煤層壓力快速下降，甲烷大量釋放，產(chǎn)氣量大大增加。煤層氣井群是指一定范圍內(nèi)的兩口或兩口以上抽水生產(chǎn)的煤層氣井。井間干擾的實質(zhì)就是，當井群中的井間距小于各井壓降漏斗的影響半徑是，彼此之間的氣水流量及壓力降深都要發(fā)生相互的干擾，即煤層氣井井間干擾13-15。井群的壓降曲線與單井壓降曲線對比，如圖8所示。由于壓降和流量之間

10、的相互干擾，對煤層氣井的排采具有較好的促進作用16：1 日產(chǎn)氣量：井間的壓降漏斗相互疊加，使得其壓降幅度也成倍增加，因此井群相對于單井來說，單位時間內(nèi)的壓降幅度大，煤層氣的解吸量大，即表現(xiàn)為單位時間內(nèi)煤層氣的產(chǎn)氣量多；2 總產(chǎn)氣量：當井間的壓降漏斗相接時，相當于分別遇到了隔水邊界，隨著抽水的進行，水平方向上的壓降漏斗不再發(fā)生變化，而是繼續(xù)在垂直方向上加深（圖7），提高了井間的壓降幅度，甲烷氣體大量解吸出來，使得煤層氣井的總產(chǎn)氣量得到提高。圖7 單井和多井排采的壓降曲線對比4.結論1 煤層氣主要以吸附形態(tài)賦存于煤層中，其產(chǎn)出流程為排水-降壓-解吸-擴散-滲流。通過排水降壓使得井筒與儲層形成壓力差

11、，從而驅(qū)動儲層流體運移，當儲層壓力降到臨界解吸壓力時，煤層氣就會解吸出來，隨著排采的進行，會以井筒為中心形成一個壓降漏斗，沿四周方向壓力逐漸降低；2 對于開放性儲層邊界，隨著排采的進行，壓降漏斗向四周擴散，直至傳播到邊界時，其壓力近似不變，壓降漏斗形狀變化越來越小，當邊界外補充的水量與井筒水量相同時，壓降漏斗趨于穩(wěn)定；對于封閉性邊界，壓降漏斗傳播到邊界時，會在縱向上發(fā)展，邊界處壓力不斷降低，當降到枯竭壓力時，排采也就停止；3 煤層氣井群開發(fā)時，井間的壓降漏斗會相互疊加，儲層壓力在縱向上快速降低，解吸區(qū)域面積增大，形成井間干擾，產(chǎn)能得以提高。參考文獻1 傅雪海，秦勇，韋重韜. 煤層氣地質(zhì)學M.

12、徐州：中國礦業(yè)大學出版社, 2007: 10-13.2 倪小明，蘇現(xiàn)波，張小東. 煤層氣開發(fā)地質(zhì)學M. 北京：化學工業(yè)出版社, 2009: 88-90.3 劉貽軍，婁建青. 中國煤層氣儲層特征及開發(fā)技術探討J. 天然氣工業(yè), 2004, 24(1: 68-71. 4 劉會虎. 沁南地區(qū)煤層氣排采井間干擾的地球化學約束機理D. , 2011: 3-6. 17.2投標人應按第14.1條的規(guī)定將修改后的投標文件密封送達發(fā)包方，同時應在封套上標明“修改投標文件”字樣。17.3投標人應在投標截止時間前以書面或傳真形式通知發(fā)包方其作出的撤回投標要求。如投標人采取傳真形式撤回投標，投標人必須隨后補充 法人代

13、表或法人授權委托人簽署的要求撤回投標的正式文件。撤回投標的時間以送達J. 煤田地質(zhì)與勘探, 2009, 37(4: 26-29.17.4投標人不得在投標截止時間后撤回已遞交的投標文件。五、評標18、 投標文件審查6 王興隆，趙益忠，吳桐. 沁南高階煤煤層氣井排采機理與生產(chǎn)特征J. 投標文件的內(nèi)容是否完整、文件簽署是否齊全、內(nèi)容是否符合招標文件要求、價格構成是否存在計算錯誤。18.2審查中發(fā)現(xiàn)的價格計算錯誤按下述原則進行修正：（1）如果單價乘數(shù)量不等于總價，應以單價為準修正總價，除非發(fā)包方認為單價有明顯的小數(shù)點錯誤，則以標出的合價為準，并修改單價。7 Mallikarjun Pillalamar

14、ry, Satya Harpalani, Shimin Liu. Gas diffusion behavior of coal and its impact on production from coalbed methane reservoirsJ. International Journal of Coal Geology, 2011, 86: 342-348.）如果以文字表示的投標總價與數(shù)字表示的投標總價有差別，應以文字表示的為準。（3）按上述修正錯誤的原則及方法調(diào)整或修正后的投標總價及投標單價，獲投標人同意后對投標人起約束作用。如果投標人不同意以上修正，則其投標8 傅雪海，秦勇，韋重韜

15、，等. QNDN1井煤層氣排采的流體效應分析J. 18.3 發(fā)包方有權拒絕與招標文件條款規(guī)定存在重大偏離的任何投標文件，重大偏離系指投標人的服務范圍及工作內(nèi)容、專業(yè)技術力量明顯不能滿足招標文件的要求。19、 投標文件的澄清19.1發(fā)包方有權就投標文件中存在的含混9 宋革，傅雪海，葛燕燕，等. 壓力控制下高煤階儲層煤層氣井排采的流體效應，包括提交相關的澄清回復，該回復應有投標人的法定代表人或授權委托人的簽章，并將作為投標文件的組成部分。19.2如果投標人未在發(fā)包方要求的的時間內(nèi)給予書面答復，發(fā)包方將仍按原投標文件的內(nèi)容進行評標，或?qū)⑻峤坏耐稑宋募?0 19.3投標人對投標文件的澄清不得改變已遞交

16、投標文件的投標價格及實質(zhì)內(nèi)容。20、 評標與廢標20.1發(fā)包方根據(jù)本項目的特點和履行要求，對實質(zhì)性響應招標文件要求的有效投標文件進行綜合評估和比較。20.2杜嚴飛，吳財芳，鄒明俊，等. 煤層氣排采過程中煤儲層壓力傳播規(guī)律研究J. 煤炭工程, 2011, 7: 87-89.（1） 投標價格的合理性；（2） 咨詢服務大綱、服務保障的合理性；（3） 保證招標文件、合同文件編制的時間要求；（4） 擬負責本項目顧問服務的主要項目負責人、技術負責人的專業(yè)水平；（5） 公司信譽好，與發(fā)包方是否會形成良好的合作；（6） 公司已完成同類項目的顧問服務業(yè)績。20.3 發(fā)包方會在評標期間要求投標人的擬派項目負責人闡述對本項目的服務大綱及服務保