影响煤层气单井产量的关键因素分析

影 响 煤 层 气 单 井 产 量 的 关 键 因 素 分 析-以 沁 水 盆 地 樊 庄 区 块 为 例 前 言 随 着 国 内 煤 层 气 产 业 化 稳 步 推 进 ， 提 高 单 井 产 量 、 实 现效 益 开 发 逐 渐 成 为 煤 层 气 开 发 工 作 的 重 点 。 沁 水 煤 储 层 低 孔 、低 渗 的 特 点 决 定 一 般 煤 层 气 井 未 经 储 层 改 造 无 自 然 产 能 。 目 前采 用 直 井 压 裂 及 羽 状 水 平 井 技 术 扩 大 渗 流 通 道 揭 示 影 响 煤 层 气 单 井 产 量 的 控 制 因 素 ， 是 实 现 高 效 增 产 与排 采 的 前 提 ， 成 为 煤 层 气 开 发 阶 段 的 关 键 之 一 。 现 将 在 樊 庄 区块 单 井 产 量 控 制 因 素 进 行 初 步 总 结 ， 请 教 于 各 位 专 家 生 产 概 况沁 水 盆 地 南 部 煤 层 气 勘 探 开 发 形 势 图 n 截 止 2010年 8月 底 ， 中 石 油 樊 庄 区 块 分 批 投 产 直 井 累 计 439口 ， 羽 状 水 平 井 45口 n直 井 ： 稳 定 产 气 井 312口 ， 合 计 日 产 气 量 52万 方 ， 5000方 以 上 11口 ， 2000-5000方 的产 气 井 82口 ， 单 井 平 均 日 产 气 量 1650方樊 庄 区 块 直 井 产 量 曲 线 图 2 直 井 动 态 n按 生 产 效 果 上 看 ， 前 四 批 直 井 排 采 2-4年 ， 单 井 产 量 逐 步 稳 定 第 一 、 三 批 ： 产 量 上 升 比 较 缓 慢 ， 达 到 高 峰 时 间 较 长 第 二 、 四 、 五 批 ： 产 量 上 升 较 快樊 庄 区 块 不 同 投 产 批 次 单 井 平 均 日 产 气 量 曲 线 图 n从 生 产 特 征 上 看 ， 排 采 曲 线 可 归 纳 为 3种 类 型 标 准 型 ： 水 产 量 下 降 ， 气 产 量 稳 定 上 升 尖 峰 型 ： 气 、 水 产 量 同 时 大 幅 度 下 降 ， 恢 复 困 难 产 水 型 ： 水 产 量 持 续 较 高 ， 降 压 困 难 ， 气 产 量 增 加 缓 慢樊 庄 区 块 3种 典 型 生 产 曲 线 示 意 图 1号 井 排 采 曲 线2号 井 排 采 曲 线n标 准 型 ： 一 般 排 采 1-1.5年 气 达 到 产 量 高 峰 ， 日 产 气 量 2000m3/d以 上 的 井 多 属 于 该 类 型 3号 井 排 采 曲 线4号 井 排 采 曲 线n次 标 准 型 ： 气 产 量 曲 线 形 态 较 好 ， 但 日 产 气 量 多 介 于 1000-2000m3， 约 占 产 气 井 的 一 半 9号 井 排 采 曲 线10号 井 排 采 曲 线n产 水 型 ： 水 产 量 持 续 较 高 水 平 ， 液 面 下 降 困 难 ， 产 气 较 少 或 基 本 不 产 气 n水 平 井 ： 稳 定 产 气 井 27口 ， 10000方 以 上 产 气 井 6口 ， 合 计 日 产 气 量 22万 方 ， 日 产 水 量180方 ， 单 井 平 均 日 产 气 量 8100方樊 庄 区 块 羽 状 水 平 井 产 量 曲 线 图 3 水 平 井 动 态 n其 中 ， 2009年 之 前 投 产 的 18口 水 平 井 已 经 超 过 1年 半 ， 稳 定 产 气 13口 ， 平 均 单 井 日 产气 量 1.24万 m3， 效 果 较 好 影 响 单 井 产 量 的 主 要 因 素 ： 含 气 量 、 吸 附 饱 和 度 、 绝 对 渗 透 率 、 供 给 半 径 、 相对 渗 透 率 及 生 产 压 差 ， 受 地 质 条 件 、 增 产 改 造 工 艺 及 排 采 技 术 等 综 合 影 响 rgk pckh erwr g 气 相 相 对 渗 透 率生 产 压 差绝 对 渗 透 率煤 层 厚 度 供 给 半 径井 筒 半 径流 体 特 性 综 合 系 数 c 含 气 量a 吸 附 饱 和 度 caer rgkpck ck 1 直 井 樊 庄 区 块 2500m3/d直 井 分 布 与 含 气 量 关 系 图n 含 气 量 、 吸 附 饱 和 度 ： 2000m3/d直 井 一 般 含 气 量 20m3/t， 吸 附饱 和 度 75% 樊 庄 东 部 ： 含 气 量 不 足 12m 3/t， 饱 和 度仅 55%， 产 气 效 果 差（ 1） 地 质 条 件 优 越 是 高 产 的 基 础樊 庄 区 块 直 井 产 量 与 吸 附 饱 和 度 关 系 井 号 含 气 量m3/t 吸 附 饱 和 度% 产 气 量m3/d 备 注1 22.02 83.3 2130 无 陷落 柱2 18.6 81.4 17663 23.45 93.8 23554 15.73 69.6 600 靠 近陷 落 柱5 10.5 49.5 1406 11.5 54.9 3507 13.85 63.5 400陷 落 柱 附 近 含 气 性 及 产 量 对 照 表陷 落 柱 附 近 煤 层 气 井 相 对 位 置 及 产 量 对 比 图p 靠 近 陷 落 柱 的 区 域 ， 煤 层 气 散 失 严 重 ， 含 气 量 、 吸 附 饱 和 度 下 降 ， 单 井 产 量 仅 140-600m3/d， 远 低 于 邻 区 2200m3/d的 平 均 单 井 产 量 n 渗 透 率 ： 1500m3/d的 直 井 渗 透 率 一 般 要 求 0.3md樊 庄 区 块 直 井 产 量 分 布 与 渗 透 率 关 系 图 n 分 布 规 律 ： 稳 定 高 产 的 直 井 一 般 分 布 在 滞 留 水 区 域 的 构 造 翼 部 鼻 隆 补 给 区 ： 产 气 快 ， 衰 竭 快 向 斜 斜 轴 部 承 压 区 ： 持 续 产 水 量 高樊 庄 区 块 高 产 井 分 布 规 律 图 鼻 隆 -补 给 区 ： 尖 峰 型向 斜 轴 部 -承 压 区 ： 产 水 型 补 给 区 ： 强 水 动 力 条 件 ， 保存 条 件 较 差 ， 煤 层 气 易 散 失承 压 区 ： 压 力 大 ， 煤 层 气 富 集 ，产 水 量 大 ， 气 体 向 浅 翼 部 运 移滞 留 区 ： 翼 部 物 性 较 好 ，气 源 充 足 、 易 于 降 压 地 下 水 向 深 部 运 移煤 层 气 向 浅 部 运 移煤 层 气 构 造 翼 部 高 产 机 制 图n 高 产 机 制 ： 承 压 区 ： 富 集 不 高 产 的 困 扰 补 给 区 ： 樊 庄 东 部 ， 强 烈 水 动 力 条 件 导 致 含 气 量 、 吸 附 饱 和 度 下 降 ， 产 气 效 果 差 n 优 化 井 位 部 署 启 示 ： 调 整 均 匀 布 井 ， 采 用 构 造 翼 部 小 井 距 、 低 部 位 承 压 区 大 井 距 ， 补 给 区 不 布 井 的 方 式煤 层 海 拔 与 产 水 量 关 系 图 （ 2） 有 效 的 水 力 压 裂 改 造 是 高 产 的 关 键n 压 裂 难 点 ： 破 胶 难 、 伤 害 高 滤 失 高 ， 易 砂 堵 缝 高 控 制 困 难 ， 近 井 筒 多 裂 缝 发 育应 力 差 超 过 4MPa之 后 则 缝高 的 控 制 作 用 明 显 排 量 超 过 5m3/min对 顶 底板 的 穿 透 趋 势 更 大 煤 岩 断 裂 韧 性 实 验 结 果 n 从 生 产 实 际 看 ， 单 井 产 量 与 压 裂 施 工 曲 线 有 一 定 的 对 应 关 系 。 压 裂 施 工 曲 线 可 分 为 ： 稳 定 型 、持 续 下 降 型 、 上 升 型 （ 波 动 型 ） 1） 稳 定 型 ： 说 明 滤 失 小 ， 造 缝 效 率 高 ， 裂 缝 在 煤 层 稳 定 延 伸 ， 压 裂 效 果 好 。 高 产 井 的压 裂 曲 线 基 本 属 于 该 类 型施 工 压 力 稳 定 ， 裂 缝 有 效 延 伸 ，稳 产 产 气 5563m3/d， 水 7m3 n 压 裂 施 工 曲 线 分 析 ： 稳 定 型 、 持 续 下 降 型 、 上 升 型 （ 波 动 型 ） 2） 持 续 下 降 型 ： 说 明 沟 通 了 天 然 裂 缝 ， 增 加 滤 失 量 。 部 分 产 水 量 大 的 井 属 于 该 类 型 压 裂 施 工 压 力 不 断 下 降 ， 推 测 压 穿 上 部 砂 岩 层 ，导 致 水 产 量 大 于 20m3/d， 基 本 不 产 气 n 压 裂 施 工 曲 线 分 析 ： 稳 定 型 、 持 续 下 降 型 、 上 升 型 （ 波 动 型 ） 3） 上 升 型 /波 动 型 ： 形 成 近 井 筒 多 裂 缝 ， 压 裂 液 效 率 降 低 ， 支 撑 剂 沉 积 过 早 ， 易 砂 堵 ，裂 缝 延 伸 较 短 。 该 类 型 的 井 降 压 范 围 较 小 ， 气 产 量 下 降 较 快施 工 压 力 上 升 ， 近 井 筒 堵 塞 ，产 气 589m3/d， 水 1.1-3.2m3 n 比 较 理 想 的 压 裂 效 果 ： 低 伤 害 -优 化 压 裂 液 体 系 主 裂 缝 延 伸 100m以 上 -优 化 压 裂 规 模 近 井 筒 缝 网 较 简 单 -优 化 施 工 工 艺1） 压 裂 液 体 系 ： 活 性 水 体 系 比 较 适 合 樊 庄 区 块 ， 冻 胶 有 待 进 一 步 试 验不 同 压 裂 液 体 系 的 产 气 效 果 不 同 压 裂 液 体 系 的 造 缝 能 力 2） 施 工 规 模 ： 大 液 量 400-600m3、 砂 量 40m3比 较 适 合 樊 庄 区 块 裂 缝 长 度 ： 监 测 裂 缝 延 伸 100m以 上 ， 产 气 效 果 较 好加 砂 量 与 产 气 量 关 系 图 监 测 裂 缝 长 度 与 产 气 量 关 系 图 3） 施 工 工 艺 优 化 ： 变 排 量 施 工 ： 前 期 利 于 控 制 缝 高 ， 后 期 利 于 输 砂 与 形 成 有 效 缝 网 ， 降 低 多 裂 缝 加 砂 风 险 合 理 提 升 砂 比 ： 铺 砂 均 匀 逐 渐 增 加 支 撑 剂 粒 径 ： 初 期 细 砂 支 撑 微 裂 缝 ， 尾 追 粗 砂 增 加 近 井 筒 裂 缝 导 流 能 力可 得 到 较 理 想 的 支 撑 剖 面 和 裂 缝 导 流 能 力前 置 液 阶 段 变 排 量 携 砂 液 阶 段 变 排 量 变 排 量 顶 替 控 制 裂 缝 高 度 和 滤 失冲 散 及 携 带 沉 降 砂 堤 ， 提高 砂 比 ， 有 效 支 撑 裂 缝 ， 降低 砂 堵 风 险砂 比 提 升 、 粒 径 增 加 前 期 低 起 步 (2-3%)， 克 服近 井 多 裂 缝 程 度 高 而 引 发 的砂 比 高 敏 感 度后 期 高 砂 比 (35-50%)、 粗砂 尾 追 提 高 裂 缝 导 流 能 力 （ 3） 科 学 的 排 采 控 制 是 高 产 的 保 障n排 水 生 产 过 程 中 ， 随 生 产 压 差 增 大 ， 有 效 应 力 增 加 ， 裂 缝 有 效 宽 度 和 体 积 都 将 逐 渐 变 窄 和变 小 ， 渗 透 率 降 低 。 模 拟 实 验 表 明 ， 应 力 敏 感 性 导 致 渗 透 性 下 降 50 以 上n同 时 ， 煤 层 气 从 煤 基 质 内 解 吸 出 来 ， 引 起 煤 基 质 收 缩 ， 导 致 渗 透 率 提 高 。 实 验 表 明 ， 沁 水地 区 煤 质 较 硬 ， 煤 基 质 收 缩 量 小n生 产 压 差 5MPa时 ， 应 力 敏 感 性 导 致 累 计 产 量 减 少 20% 8 6 4 2 0压 力 变 化 煤 样 动 态 渗 透 率 模 拟 结 果 饱 和 吸 附 量 250ml， 开 始 解 吸 至 200ml， 横 纵 向 应 变 很 小 ， 从200ml以 后 开 始 加 大 。 可 见 煤 基 质 收 缩 对 渗 透 率 影 响 较 小 n 实 际 生 产 中 ， 排 采 制 度 不 科 学 导 致 强 应 力 敏 感 性 及 煤 粉 堵 塞 ， 极 大 影 响 生 产煤 粉 爆 发 ， 气 水 产 量 下 降 ， 解 堵 后 ， 气 产 量 上 升 至 1300m3/ d n这 就 要 求 在 煤 层 气 藏 的 开 发 中 ， 尤 其 对 液 量 少 的 井 ， 不 要 急 于 将 井 底 压 力 下 降 的 太 多以 获 得 较 高 的 产 量n因 此 ， 一 味 地 的 增 大 生 产 压 差 ， 会 导 致 强 烈 的 应 力 敏 感 性 ， 永 久 伤 害 储 层 ， 应 当 合 理应 用 煤 层 压 力 变 化 ， 降 低 应 力 敏 感 对 煤 层 渗 透 率 的 伤 害 ， 又 尽 可 能 地 提 高 排 水 强 度 和效 率 ， 扩 大 有 效 压 降 范 围产 气 之 前 累 计 排 出 水 792方 ， 历 时 203天 ， 若 以7-8方 /天 的 速 度 ， 可 缩 短 到 100天 樊 庄 典 型 高 产 直 井 排 采 曲 线n合 理 的 排 采 制 度 ： 降 低 应 力 敏 感 性 科 学 控 制 煤 粉 排 出n排 采 三 个 阶 段 ： I： 初 期 快 速 降 低 液 面 ， 提 高 排 水 效 率 ， 至 临 界 解 吸 压 力 以 上 及 时 回 调 工 作 制 度 II： 出 现 两 相 流 后 微 调 ， 控 制 液 面 在 解 吸 压 力 以 上 20米 ， 降 低 应 力 敏 感 性 III： 控 制 液 面 在 煤 层 以 上 10-20米 ， 套 压 稳 定 至 0.3MPa 0.6MPa生 产 ， 防 止 煤 粉 堵 塞 渗流 通 道 ， 小 冲 程 、 大 冲 次n三 点 控 制 ： 液 面 、 套 压 、 煤 粉 2 水 平 井（ 1） 煤 层 进 尺 、 泄 流 面 积n 水 平 进 尺 4000m， 产 气 效 果 好n 分 支 形 态 展 布 不 合 理 ， 产 气 效 果 差 3号 井 与 4、 5号 井 地 质 条 件 、 煤 层 进 尺 等 差 不 多 ，但 泄 流 面 积 不 足 0.2km 2， 日 产 气 仅 2000方 井 号 控 制面 积 水 平 段长 度 日 产 气 水平1 0.1 1372 2002 0.09 1195 03 0.16 3332 20004 0.36 3203 110005 0.29 4041 38000 地 质 条 件 及 排 采 控 制 对 水 平 井 产 量 的 影 响 与 直 井 类 似 ， 主 要 探 讨 水 平 井 改 造 的效 果 对 产 量 的 控 制 作 用 N煤 层 进 尺 与 产 量 的 关 系 钻 遇 断 层 发 育 区 ， 进 尺 不 足2000m， 最 高 日 产 气 200方 （ 2） 分 支 产 状n 渗 透 率 1md， 分 支 产 状 对 产 量 影 响 不 明 显n 潘 庄 井 组 渗 透 性 1-10md， 井 眼 轨 迹 对 产 量 影 响 小 ， 6口 井 平 均 单 井 日 产 气 3.6万 m3潘 庄 水 平 井 组 排 采 数 据 表井 号 井 眼 轨 迹 日 产 气 （ m3/d）一 般 最 高PZP01-1 下 倾 42419 65417PZP01-2 下 倾 52155 84097 PZP02-1 平 伸 60859 67115PZP02-2 平 伸 略 上 翘 18918 47857PZP03-1 上 翘 35635 105133PZP03-2 平 伸 略 上 翘 9316 24868潘 庄 井 组 3D投 影 图 n 渗 透 率 0.5md， 分 支 上 倾 效 果 好水 平 井 段 末 端 下 倾 ， 井 眼 内 残 余 液 柱 对 煤 层 产 生 压 力 ， 影 响 气 体 解 吸 产 出1、 2号 井 相 邻 ， 地 质 条 件 、 煤 层 进 尺 、 展 布 几 乎 相 同 ， 1号 井 分 支 下 倾 ， 产 气 效 果 差1号 井 ： 主 分 支 上 倾 2号 井 ： 主 分 支 下 倾 n 启 示水 平 井 部 署 要 避 开 可 疑 断 层 ， 一 方 面 保 证 钻 井 安 全 ， 另 一 方 面 保 证 水 平 井 产 气 效 果水 平 井 不 能 连 片 部 署 ， 应 寻 找 地 质 条 件 合 适 的 区 域 n 地 质 条 件 、 储 层 增 产 改 造 措 施 和 排 采 控 制 是 影 响 单 井 产 量 的 三 大 因 素 ， 直 井 、 水 平 井 的 差别 在 压 裂 效 果 和 水 平 分 支 产 状