煤層氣井開發(fā)工藝對產(chǎn)能影響研究

煤層氣井開發(fā)工藝對產(chǎn)能影響研究

煤氣井的資源條件是預(yù)測煤氣田產(chǎn)量的基礎(chǔ)。不同的資源條件導(dǎo)致了不同程度的差異。我國煤層氣工作者對煤層氣井產(chǎn)能的主控因素進(jìn)行了大量研究。趙慶波等通過對煤層氣試驗井的研究,認(rèn)為煤厚、含氣量、煤層氣資源豐度是物質(zhì)基礎(chǔ),而煤層滲透率是產(chǎn)能的主控因素,地應(yīng)力狀況則是有效實施增產(chǎn)措施的先決條件;劉人和等通過煤層氣井排采數(shù)據(jù)分析,認(rèn)為對煤層氣產(chǎn)能主要影響因素有煤儲層原始滲透率、煤厚、含氣量、煤層埋深、臨界解吸壓力、含氣飽和度、水文地質(zhì)條件等;陶樹等通過比較煤層氣井產(chǎn)氣產(chǎn)水特征,得出煤層埋深、水動力條件、含氣量、氣井所處的構(gòu)造部位是影響沁南煤層氣井產(chǎn)能的主控地質(zhì)因素;而開發(fā)前的煤儲層壓裂規(guī)模、開發(fā)過程中井底流壓下降速度以及排采速度是重要的工程因素。倪小明等通過模擬對比的方法對恩村礦區(qū)研究,得出地下水條件、煤儲層原始滲透率、排采工作制度是影響產(chǎn)能的主控因素。筆者根據(jù)沁水盆地南部樊莊區(qū)塊勘探開發(fā)資料,通過數(shù)值模擬法來研究資源條件對樊莊區(qū)塊煤層氣產(chǎn)能的影響。1煤層含氣量分析樊莊區(qū)塊位于山西沁水盆地南部,區(qū)塊內(nèi)構(gòu)造簡單,煤層分布為東厚西薄,且分布穩(wěn)定,其中,3號煤層為該區(qū)內(nèi)煤層氣開發(fā)的主力煤層,區(qū)塊內(nèi)總含氣量面積為398.23km2,煤層氣總資源量1043×108m3,已探明煤層氣資源量352.26×108m。煤層埋深適中(400~700m),含氣量相對較高(24m3/t左右)。目前,該區(qū)是我國煤層氣實現(xiàn)大規(guī)模開發(fā)的示范區(qū)之一。2資源條件分析煤層氣的資源條件主要包括資源豐度、含氣飽和度、含氣量、煤層厚度、臨儲比等,為了分析樊莊區(qū)塊煤層氣井產(chǎn)能主控因素,統(tǒng)計了樊莊區(qū)塊的各個資源條件的數(shù)據(jù)(表1)。同時,為了從整體上分析資源條件與產(chǎn)能的關(guān)系,根據(jù)樊莊區(qū)塊3號煤層底板等高線圖,考慮褶曲的兩翼及軸部劃分了4個不同的構(gòu)造區(qū)域(圖1,表2)。通過研究在不考慮構(gòu)造條件與考慮構(gòu)造條件的2種情況下,單井資源條件與產(chǎn)能的關(guān)系以及4個區(qū)域的平均資源條件與產(chǎn)能的關(guān)系,得出影響樊莊區(qū)塊煤層氣井產(chǎn)能的主控因素。2.1不同井區(qū)平均資源豐度與日產(chǎn)氣量的關(guān)系煤層氣的資源豐度表示煤層氣富集程度,其決定了一個地區(qū)的煤層氣開發(fā)規(guī)模及經(jīng)濟(jì)開發(fā)方向,涉及到資源量計算和評價面積等。樊莊區(qū)塊采用菱形布井法,井間距為300m×300m,將計算出的每口井的資源豐度以及4個構(gòu)造區(qū)域的平均資源豐度與日均產(chǎn)氣量繪制成散點圖(圖2)。由圖2可知,不考慮構(gòu)造條件下,數(shù)據(jù)點相對分散,單井煤層氣資源豐度與日均產(chǎn)氣量的相關(guān)性(相關(guān)系數(shù)R2=0.1387)較差(圖2a)。相反,考慮構(gòu)造條件的4個區(qū)域平均煤層氣資源豐度與日均產(chǎn)氣量的相關(guān)性(R2=0.4909)較好(圖2b),這是因為不同井的構(gòu)造條件以及滲透率的差別較大,對產(chǎn)能影響較大。4個區(qū)域內(nèi)部的煤層氣井由于構(gòu)造條件相接近,相關(guān)性較好,說明資源豐度對煤層氣井產(chǎn)能影響較大。2.2含氣飽和度對日產(chǎn)氣量的影響含氣飽和度為儲層內(nèi)煤層氣的體積與連通孔隙體積的百分比,在某種程度上反映了煤層孔裂隙系統(tǒng)中氣體的充滿程度,充滿程度越高,則在開發(fā)過程中只需很少的能量就能使吸附態(tài)的煤層氣轉(zhuǎn)化為游離態(tài),轉(zhuǎn)化氣體的多少直接影響到產(chǎn)能的大小。因此含氣飽和度是煤層氣開發(fā)與選區(qū)評價的重要參數(shù),更是反映煤層氣開發(fā)難易程度和煤層氣井產(chǎn)能評價的重要指標(biāo),在很大程度上影響煤層氣井的產(chǎn)能。由圖3可知,該區(qū)塊含氣飽和度較高,普遍大于90%,含氣飽和度對產(chǎn)能的影響顯而易見,在不考慮構(gòu)造條件的影響下,單井含氣飽和度與日均產(chǎn)氣量的相關(guān)性比較好(R2=0.3451)(圖3a);在考慮構(gòu)造條件的影響下,4個區(qū)域的平均含氣飽和度與日均產(chǎn)氣量的相關(guān)性相對也比較高(R2=0.5092)(圖3b),這是因為全區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定,煤儲層物性條件在橫向上較為穩(wěn)定,煤儲層的吸附空間在一定程度上達(dá)到一個固定值,與產(chǎn)能具有很好的相關(guān)性。同時也說明在小范圍內(nèi)含氣飽和度是影響煤層氣井產(chǎn)能的重要因素之一,且含氣飽和度對產(chǎn)能的影響要大于資源豐度。2.3儲層內(nèi)部含氣量與日開井產(chǎn)氣量的關(guān)系煤層含氣量大小是進(jìn)行煤層氣區(qū)塊勘探開發(fā)的先決條件之一,因此研究含氣量與產(chǎn)能的關(guān)系也很重要。為了查明該區(qū)含氣量對煤層氣垂直井產(chǎn)能的影響,根據(jù)表1、表2將測得的每口井的含氣量以及4個區(qū)域內(nèi)的平均含氣量與日均產(chǎn)氣量的關(guān)系繪制成散點圖(圖4)。由圖4可知,在不考慮構(gòu)造條件下的單井含氣量與日均產(chǎn)氣量的相關(guān)性(R2=0.11)以及考慮構(gòu)造條件的4個區(qū)域內(nèi)的平均含氣量與日均產(chǎn)氣量的相關(guān)性(R2=0.2558)都相對比較差,這是因為含氣量與儲層內(nèi)部孔隙裂隙有直接關(guān)系,特別是微孔隙。含氣量需通過儲層內(nèi)部的孔裂隙通道間接影響產(chǎn)能,即含氣量與產(chǎn)能的關(guān)系很大程度上取決于滲透率。充分說明在該地區(qū)含氣量對煤層氣垂直井產(chǎn)能的影響較小。2.4煤層厚度與日產(chǎn)氣量相關(guān)性分析煤層厚度也是評價區(qū)塊的一個重要因素,在不考慮其他條件下,通常煤層越厚,其供氣能力越強(qiáng),產(chǎn)氣量越大。從圖5可知,在不考慮構(gòu)造影響的情況下,數(shù)據(jù)點分布無規(guī)律,單井的煤層厚度與日均產(chǎn)氣量的相關(guān)性非常小(R2=0.0105)。即使考慮了構(gòu)造的影響,4個區(qū)域內(nèi)的平均煤層厚度與日均產(chǎn)氣量的相關(guān)性也比較差(R2=0.0862)。煤層厚度在長時間內(nèi)對總的產(chǎn)能影響較大,煤層厚度越大,資源量越多,總的產(chǎn)能相對較大,而在短時間內(nèi)對單井的產(chǎn)能影響不明顯。結(jié)果表明在小范圍內(nèi),煤層厚度對煤層氣井產(chǎn)能的影響非常小,且小于含氣量對產(chǎn)能的影響。2.5地區(qū)單井臨儲比較臨儲比即煤儲層的臨界解吸壓力與儲層壓力的比值,臨儲比決定著煤層氣井產(chǎn)出的難易程度,臨儲比越高氣體越容易產(chǎn)出,越利于煤層氣的開采。由圖6可知,該地區(qū)的單井臨儲比較高,主要分布范圍為0.3~0.8,且單井的臨儲比與日均產(chǎn)氣量的相關(guān)性相對較高(R2=0.6026);在考慮構(gòu)造條件影響的情況下,臨儲比主要分布范圍為0.40~0.55,4個不同構(gòu)造區(qū)域內(nèi)的平均臨儲比與日均產(chǎn)氣量的相關(guān)性非常高(R2=0.9172),說明臨儲比對該地區(qū)的煤層氣產(chǎn)能影響最大,臨儲比由臨界解吸壓力與儲層壓力共同決定,臨儲比越高,煤儲層能量釋放越容易,排采過程中更多的氣體解吸出來,產(chǎn)能越高。3影響產(chǎn)能的因素樊莊區(qū)塊資源條件與日均產(chǎn)氣量關(guān)系研究發(fā)現(xiàn),考慮構(gòu)造影響的資源條件與產(chǎn)能的相關(guān)性要比不考慮構(gòu)造影