煤层气排采速率研究

煤层气排采速率研究

作者：陶羽

来源：《中国化工贸易·上旬刊》2017年第06期

摘 要：基于煤岩应力特征，对煤层气开发过程中压降速度进行摸索和探讨，初步建立数学模型，结合多口井的实际开发数据，对该地区的排采压降范围进行了预测，并针对典型井进行分析。研究结果表明：煤层气压降速率与煤层埋深具有一定的线性关系。借鉴“五段三压法”的排采制度，探讨了储层压力、解吸压力和稳产压力对排采制度制定产生的影响，以定量化研究为基础，计算出不同阶段压降速率上限值，为该煤层气排采制度的推广提供了新的思路。 关键词：煤层气；排采制度；压降速率；五段三压法；数学模型 引言

我国煤层气资源丰富，是未来常规油气的重要接替能源。虽然煤层气开发已经获得重大进展，但近年来产能增长缓慢。我国煤层气在开发过程中受到多种因素的影响，渗透率是煤层气产出的核心因素。由于不同盆地的构造背景、沉积环境、多种因素导致的非均质性，使得渗透率在横向上差异性明显，同时给煤层气在开发过程中提高渗透性带来了巨大的困难。煤层气在开发过程中，通常会选择压裂，优化井网等方式尝试提高煤储层的渗透性。而煤岩是多孔介质，随着煤层气产出，渗流能力是动态变化的。前人通过模拟试验发现煤岩受储层应力敏感性影响较大，降压过快会导致煤岩易于粉碎，煤粉会大大降低煤层气的通过能力。因此，科学、合理的排采制度可以控制和改善煤层的渗透性。 1 数学模型的原理及意义

ML地区位于鄂尔多斯盆地东缘，晋西挠褶带离石鼻状构造上。构造相对简单，整体呈现单斜的构造形态。主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组。煤层平均厚度12.7m，煤层埋深跨度较大，介于200-1000m。主要针对山西组的3、4、5号煤层和太原组的8+9号煤层。

前人通过大量研究发现，煤岩的岩石学性质受到加载速率的影响较大。加载速率过快，样品的强度增加，会提前进入脆性阶段，导致煤岩粉碎。在煤层气排采过程中，煤粉的作用是及其消极的，会堵塞甲烷运移通道，降低通过能力。与此同时，压差会使井筒周围形成环形的堵塞带，储层中的水无法即使排出，压降漏斗传递的范围受到抑制，煤层气解吸量不够，影响单井产量，导致井筒报废。加载速率能够有效控制，给煤岩中裂缝充足的打开时间，将煤粉对储层的伤害降到最低。因此，煤层气排采过程中对压降速率的控制十分关键，煤层处于塑性状态越长，其缝隙打开的状态越持久，渗流能力得以加强，压降漏斗充分展开，煤层气产量才能稳步上升。

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2 压降速率确定

通常假设煤层气日降流压为ΔPwf，Δβ为排采压降速率。当ΔPwf≤Δβ排采效果最佳。ΔPwf是和煤层深度有关的变量。选区某煤层气区块产量稳定的10口井进行研究，发现最大压降速率和埋深之间具有一定的线性关系（图1）：ΔPwf≤0.00013x-0.00399.

煤储层应力敏感性较强，排采过程精细化管理是趋势使然。通过不同阶段的井底流压划分煤层气排采阶段。储层压力、临近解吸压力、解吸压力和稳产压力为分界点，划分为五个阶段，即“五段三压法”。目前该方法在煤层气排采过程中应用较为普遍，如何确定不同阶段的压力值十分重要。储层压力可以通过注入/压降测试方法获得；解吸压力是十分重要的一个参数，可以通过临储比法和线性回归法求取。临储比法是指借鉴相同地质背景的临井解吸压力进行计算，但实际操作过程中误差较大。线性回归法是通过构建已知解吸压力和埋深的函数，推测未知的解吸压力。投产井越多，准确度越高；稳产压力可以通过建立与解吸压力之间的关系式计算获得。 3 实例应用

在实际生产过程中，根据对压降理论的研究，结合实际资料，形成一套有效的制定煤层气排采方案的方法（图2）。以某地区开发井为例，计算不同阶段最大日降流压，从而为制定科学排采制度提供参考。

以L1井为例，煤层深度在661.5m，通过关系式可以计算获得Pr、Pj和Pw分别为6.15Mpa、3.36 Mpa和2.45 Mpa。“五段三压法”的核心就是要控制流压，在明确三个主要压力点的前提下，制定合理的排采制度。实际排采曲线可以很好的说明该方法的实用性。 快速降压阶段（图3①），此时井底的流压是处于大于煤储层压力的状态，通过放喷使得储层重新实现压力平衡。该阶段控制最大的日降液面不能超过17m，加速压裂液的返排，从而将压裂液对煤储层的伤害降到最低，整体排采过程遵循“缓慢、持续、稳定”的原则，防止储层激动而导致煤层渗透性降低。此做法有利于压降漏斗的充分扩展。

缓慢降压排水阶段（图3②），此时Pr>Pwf ≥1.1Pj。此时地层水开始供液。由于地层水的加入，日产水的量开始加大，提高冲次，将日降液面控制在7.1m以下。该过程一定要控制好降压速度，避免液面波动过大，导致渗透性变差。

稳压排水阶段（图3③），此时1.1 Pj>Pwf ≥Pj。该阶段煤层即将达到解吸压力，控制最大日降液面2.7m。此时储层由单项流向气液两相流过渡，此时控制压降可以有效提高见气前的返排率。如果此时控制不好压降，地层水排出不及时，会导致单位面积供气量不足，产气效果变差。

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控压排水阶段（图3④），此时Pj>Pwf ≥Pw。煤层中的气体开始大量解吸，随着压降漏斗的扩大，产气量会迅速增加，两相流中气体逐渐占据主导地位，此时水量会降低，日降液面控制在2m以内。控制地层水的排出，使得解吸的面积最大化。

稳产排水阶段（图3⑤）Pwf=Pw。随着地层水的不断排出，储层压降漏斗的波及面积不断扩大，此时井底流压的控制更加重要了，如果流压下降过快，产气量不但不会上升，反而会出现突然下降的趋势，液面下降至煤层附近时，要控制液面，不能过早暴露煤层。此时液面的下降范围要控制在1.7m左右。“缓慢、平稳、连续”的煤层气排采制度才能将最大程度动用单井产量。 4 结论

①通过研究煤层气排采机理研究，明确井底流压和解吸之间存在的关系，建立相应的数学模型，通过实践证明该数学模型具有一定的推广价值。

②五段三压法对科学合理的制定排采制度具有重要意义。通过定量控制流体的压降，对各个阶段进行精细控制，即有利于排采制度的调整，又可以对排采过程中出现的问题进行分析，提高单井产气效果。

③随着开发程度的深入，该数学模型需要进一步完善，针对不同的地质特征，建立更具推广意义的模型。 参考文献：

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