影響煤層氣單井產(chǎn)量的關(guān)鍵因素分析

1影響煤層氣單井產(chǎn)量的關(guān)鍵要素分析-以沁水盆地樊莊區(qū)塊為例2021年中國(guó)煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)2前言隨著國(guó)內(nèi)煤層氣產(chǎn)業(yè)化穩(wěn)步推進(jìn)，提高單井產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)效益開發(fā)逐漸成為煤層氣開發(fā)任務(wù)的重點(diǎn)。沁水煤儲(chǔ)層低孔、低滲的特點(diǎn)決議普通煤層氣井未經(jīng)儲(chǔ)層改造無自然產(chǎn)能。目前采用直井壓裂及羽狀程度井技術(shù)擴(kuò)展?jié)B流通道提示影響煤層氣單井產(chǎn)量的控制要素，是實(shí)現(xiàn)高效增產(chǎn)與排采的前提，成為煤層氣開發(fā)階段的關(guān)鍵之一?，F(xiàn)將在樊莊區(qū)塊單井產(chǎn)量控制要素進(jìn)展初步總結(jié)，討教于各位專家3１．消費(fèi)概略沁水盆地南部煤層氣勘探開發(fā)情勢(shì)圖截止2021年8月底，中石油樊莊區(qū)塊分批投產(chǎn)直井累計(jì)439口，羽狀程度井45口4直井：穩(wěn)定產(chǎn)氣井312口，合計(jì)日產(chǎn)氣量52萬方，5000方以上11口，2000-5000方的產(chǎn)氣井82口，單井平均日產(chǎn)氣量1650方樊莊區(qū)塊直井產(chǎn)量曲線圖2．直井動(dòng)態(tài)5按消費(fèi)效果上看，前四批直井排采2-4年，單井產(chǎn)量逐漸穩(wěn)定第一、三批：產(chǎn)量上升比較緩慢，到達(dá)頂峰時(shí)間較長(zhǎng)第二、四、五批：產(chǎn)量上升較快樊莊區(qū)塊不同投產(chǎn)批次單井平均日產(chǎn)氣量曲線圖6從消費(fèi)特征上看，排采曲線可歸納為3種類型規(guī)范型：水產(chǎn)量下降，氣產(chǎn)量穩(wěn)定上升尖峰型：氣、水產(chǎn)量同時(shí)大幅度下降，恢復(fù)困難產(chǎn)水型：水產(chǎn)量繼續(xù)較高，降壓困難，氣產(chǎn)量添加緩慢樊莊區(qū)塊3種典型消費(fèi)曲線表示圖71號(hào)井排采曲線2號(hào)井排采曲線規(guī)范型：普通排采1-1.5年氣到達(dá)產(chǎn)量頂峰，日產(chǎn)氣量2000m3/d以上的井多屬于該類型83號(hào)井排采曲線4號(hào)井排采曲線次規(guī)范型：氣產(chǎn)量曲線形狀較好，但日產(chǎn)氣量多介于1000-2000m3，約占產(chǎn)氣井的一半99號(hào)井排采曲線10號(hào)井排采曲線產(chǎn)水型：水產(chǎn)量繼續(xù)較高程度，液面下降困難，產(chǎn)氣較少或根本不產(chǎn)氣10程度井：穩(wěn)定產(chǎn)氣井27口，10000方以上產(chǎn)氣井6口，合計(jì)日產(chǎn)氣量22萬方，日產(chǎn)水量180方，單井平均日產(chǎn)氣量8100方樊莊區(qū)塊羽狀程度井產(chǎn)量曲線圖3．程度井動(dòng)態(tài)11其中，2021年之前投產(chǎn)的18口程度井曾經(jīng)超越1年半，穩(wěn)定產(chǎn)氣13口，平均單井日產(chǎn)氣量1.24萬m3，效果較好12影響單井產(chǎn)量的主要要素：含氣量、吸附飽和度、絕對(duì)浸透率、供應(yīng)半徑、相對(duì)浸透率及消費(fèi)壓差，受地質(zhì)條件、增產(chǎn)改造工藝及排采技術(shù)等綜合影響氣相相對(duì)浸透率消費(fèi)壓差絕對(duì)浸透率煤層厚度供應(yīng)半徑井筒半徑流體特性綜合系數(shù)含氣量吸附飽和度131．直井樊莊區(qū)塊2500m3/d直井分布與含氣量關(guān)系圖含氣量、吸附飽和度：2000m3/d直井普通含氣量>20m3/t，吸附飽和度>75%樊莊東部：含氣量缺乏12m3/t，飽和度僅55%，產(chǎn)氣效果差〔1〕地質(zhì)條件優(yōu)越是高產(chǎn)的根底樊莊區(qū)塊直井產(chǎn)量與吸附飽和度關(guān)系14井號(hào)含氣量m3/t吸附飽和度%產(chǎn)氣量m3/d備注122.0283.32130無陷落柱218.681.41766323.4593.82355415.7369.6600靠近陷落柱510.549.5140611.554.9350713.8563.5400陷落柱附近含氣性及產(chǎn)量對(duì)照表陷落柱附近煤層氣井相對(duì)位置及產(chǎn)量對(duì)比圖接近陷落柱的區(qū)域，煤層氣散失嚴(yán)重，含氣量、吸附飽和度下降，單井產(chǎn)量?jī)H140-600m3/d，遠(yuǎn)低于鄰區(qū)2200m3/d的平均單井產(chǎn)量15浸透率：1500m3/d的直井浸透率普通要求>0.3md樊莊區(qū)塊直井產(chǎn)量分布與浸透率關(guān)系圖16分布規(guī)律：穩(wěn)定高產(chǎn)的直井普通分布在滯留水區(qū)域的構(gòu)造翼部鼻隆補(bǔ)給區(qū)：產(chǎn)氣快，衰竭快向斜斜軸部承壓區(qū)：繼續(xù)產(chǎn)水量高樊莊區(qū)塊高產(chǎn)井分布規(guī)律圖鼻隆-補(bǔ)給區(qū)：尖峰型向斜軸部-承壓區(qū)：產(chǎn)水型17補(bǔ)給區(qū)：強(qiáng)水動(dòng)力條件，保管條件較差，煤層氣易散失承壓區(qū)：壓力大，煤層氣富集，產(chǎn)水量大，氣體向淺翼部運(yùn)移滯留區(qū)：翼部物性較好，氣源充足、易于降壓地下水向深部運(yùn)移煤層氣向淺部運(yùn)移煤層氣構(gòu)造翼部高產(chǎn)機(jī)制圖高產(chǎn)機(jī)制：承壓區(qū)：富集不高產(chǎn)的困擾補(bǔ)給區(qū)：樊莊東部，劇烈水動(dòng)力條件導(dǎo)致含氣量、吸附飽和度下降，產(chǎn)氣效果差18優(yōu)化井位部署啟示：調(diào)整均勻布井，采用構(gòu)造翼部小井距、低部位承壓區(qū)大井距，補(bǔ)給區(qū)不布井的方式煤層海拔與產(chǎn)水量關(guān)系圖19〔2〕有效的水力壓裂改造是高產(chǎn)的關(guān)鍵壓裂難點(diǎn)：破膠難、損傷高濾失高，易砂堵縫高控制困難，近井筒多裂痕發(fā)育應(yīng)力差超越4MPa之后那么縫高的控制造用明顯排量超越5m3/min對(duì)頂?shù)装宓拇┩岗厔?shì)更大煤巖斷裂韌性實(shí)驗(yàn)結(jié)果20從消費(fèi)實(shí)踐看，單井產(chǎn)量與壓裂施工曲線有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。壓裂施工曲線可分為：穩(wěn)定型、繼續(xù)下降型、上升型〔動(dòng)搖型〕1〕穩(wěn)定型：闡明濾失小，造縫效率高，裂痕在煤層穩(wěn)定延伸，壓裂效果好。高產(chǎn)井的壓裂曲線根本屬于該類型施工壓力穩(wěn)定，裂痕有效延伸，穩(wěn)產(chǎn)產(chǎn)氣5563m3/d，水7m321壓裂施工曲線分析：穩(wěn)定型、繼續(xù)下降型、上升型〔動(dòng)搖型〕2〕繼續(xù)下降型：闡明溝通了天然裂痕，添加濾失量。部分產(chǎn)水量大的井屬于該類型壓裂施工壓力不斷下降，推測(cè)壓穿上部砂巖層，導(dǎo)致水產(chǎn)量大于20m3/d，根本不產(chǎn)氣22壓裂施工曲線分析：穩(wěn)定型、繼續(xù)下降型、上升型〔動(dòng)搖型〕3〕上升型/動(dòng)搖型：構(gòu)成近井筒多裂痕，壓裂液效率降低，支撐劑堆積過早，易砂堵，裂痕延伸較短。該類型的井降壓范圍較小，氣產(chǎn)量下降較快施工壓力上升，近井筒堵塞，產(chǎn)氣589m3/d，水1.1-3.2m323比較理想的壓裂效果：低損傷-優(yōu)化壓裂液體系主裂痕延伸100m以上-優(yōu)化壓裂規(guī)模近井筒縫網(wǎng)較簡(jiǎn)單-優(yōu)化施工工藝1〕壓裂液體系：活性水體系比較適宜樊莊區(qū)塊，凍膠有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)不同壓裂液體系的產(chǎn)氣效果不同壓裂液體系的造縫才干242〕施工規(guī)模：大液量400-600m3、砂量40m3比較適宜樊莊區(qū)塊裂痕長(zhǎng)度：監(jiān)測(cè)裂痕延伸100m以上，產(chǎn)氣效果較好加砂量與產(chǎn)氣量關(guān)系圖監(jiān)測(cè)裂痕長(zhǎng)度與產(chǎn)氣量關(guān)系圖253〕施工工藝優(yōu)化：變排量施工：前期利于控制縫高，后期利于輸砂與構(gòu)成有效縫網(wǎng)，降低多裂痕加砂風(fēng)險(xiǎn)合理提升砂比：鋪砂均勻逐漸添加支撐劑粒徑：初期細(xì)砂支撐微裂痕，尾追粗砂添加近井筒裂痕導(dǎo)流才干可得到較理想的支撐剖面和裂痕導(dǎo)流才干前置液階段變排量攜砂液階段變排量變排量頂替控制裂痕高度和濾失沖散及攜帶沉降砂堤，提高砂比，有效支撐裂痕，降低砂堵風(fēng)險(xiǎn)砂比提升、粒徑添加前期低起步(2-3%)，抑制近井多裂痕程度高而引發(fā)的砂比高敏感度后期高砂比(35-50%)、粗砂尾追提高裂痕導(dǎo)流才干26〔3〕科學(xué)的排采控制是高產(chǎn)的保證排水消費(fèi)過程中，隨消費(fèi)壓差增大，有效應(yīng)力添加，裂痕有效寬度和體積都將逐漸變窄和變小，浸透率降低。模擬實(shí)驗(yàn)闡明，應(yīng)力敏感性導(dǎo)致浸透性下降50％以上同時(shí)，煤層氣從煤基質(zhì)內(nèi)解吸出來，引起煤基質(zhì)收縮，導(dǎo)致浸透率提高。實(shí)驗(yàn)闡明，沁水地域煤質(zhì)較硬，煤基質(zhì)收縮量小消費(fèi)壓差5MPa時(shí)，應(yīng)力敏感性導(dǎo)致累計(jì)產(chǎn)量減少20%86420壓力變化煤樣動(dòng)態(tài)浸透率模擬結(jié)果飽和吸附量250ml，開場(chǎng)解吸至200ml，橫縱向應(yīng)變很小，從200ml以后開場(chǎng)加大?？梢娒夯|(zhì)收縮對(duì)浸透率影響較小27實(shí)踐消費(fèi)中，排采制度不科學(xué)導(dǎo)致強(qiáng)應(yīng)力敏感性及煤粉堵塞，極大影響消費(fèi)煤粉迸發(fā)，氣水產(chǎn)量下降，解堵后，氣產(chǎn)量上升至1300m3/d28這就要求在煤層氣藏的開發(fā)中，尤其對(duì)液量少的井，不要急于將井底壓力下降的太多以獲得較高的產(chǎn)量因此，一味地的增大消費(fèi)壓差，會(huì)導(dǎo)致劇烈的應(yīng)力敏感性，永久損傷儲(chǔ)層，該當(dāng)合理運(yùn)用煤層壓力變化，降低應(yīng)力敏感對(duì)煤層浸透率的損傷，又盡能夠地提高排水強(qiáng)度和效率，擴(kuò)展有效壓降范圍產(chǎn)氣之前累計(jì)排出水792方，歷時(shí)203天，假設(shè)以7-8方/天的速度，可縮短到100天29樊莊典型高產(chǎn)直井排采曲線合理的排采制度：降低應(yīng)力敏感性科學(xué)控制煤粉排出排采三個(gè)階段：I：初期快速降低液面，提高排水效率，至臨界解吸壓力以上及時(shí)回調(diào)任務(wù)制度II：出現(xiàn)兩相流后微調(diào)，控制液面在解吸壓力以上20米，降低應(yīng)力敏感性III：控制液面在煤層以上10-20米，套壓穩(wěn)定至0.3MPa～0.6MPa消費(fèi)，防止煤粉堵塞滲流通道，小沖程、大沖次三點(diǎn)控制：液面、套壓、煤粉302．程度井〔1〕煤層進(jìn)尺、泄流面積程度進(jìn)尺>4000m，產(chǎn)氣效果好分支形狀展布不合理，產(chǎn)氣效果差3號(hào)井與4、5號(hào)井地質(zhì)條件、煤層進(jìn)尺等差不多，但泄流面積缺乏0.2km2，日產(chǎn)氣僅2000方井號(hào)控制面積水平段長(zhǎng)度日產(chǎn)氣水平10.1137220020.091195030.163332200040.3632031100050.29404138000地質(zhì)條件及排采控制對(duì)程度井產(chǎn)量的影響與直井類似，主要討論程度井改造的效果對(duì)產(chǎn)量的控制造用N煤層進(jìn)尺與產(chǎn)量的關(guān)系鉆遇斷層發(fā)育區(qū)，進(jìn)尺缺乏2000m，最高日產(chǎn)氣200方31〔2〕分支產(chǎn)狀浸透率>1md，分支產(chǎn)狀對(duì)產(chǎn)量影響不明顯潘莊井組浸透性1-10md，井眼軌跡對(duì)產(chǎn)量影響小，6口井平均單井日產(chǎn)氣3.6萬m3潘莊程度井組排采數(shù)據(jù)表井號(hào)井眼軌跡日產(chǎn)氣（m3/d）一般最高PZP01-1下傾4241965417PZP01-2下傾5215584097PZP02-1平伸6085967115PZP02-2平伸略上翹1891847857PZP03-1上翹35635105133PZP03-2平伸略上翹931624868潘莊井組3D投影圖32浸透率<0.5md，分支上傾效果