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煤层气排采过程中井间干扰形成机制研究-已发表

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煤层气 过程 中井间 干扰 形成 机制 研究 发表
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煤层气排采过程中井间干扰形成机制研究摘要:煤层气单井排采时,由于压降漏斗的扩展范围有限,会导致产能低下。因此实际生产中都是以井网方式开采煤层气,通过井间干扰提高产能。本文通过总结国内外学者对井间干扰理论的研究成果,根据储层压力传播规律及压降漏斗形成机理,分析了不同边界条件下压降漏斗扩展情况,对比了煤层气井单井和井群压降曲线,简要阐明了井间干扰形成机制,揭示了井间干扰对煤层气产量的影响。关键词:煤层气井群;井间干扰;压降漏斗;压力传播规律。引言煤层气,是指赋存于煤层中以甲烷为主要成分,以吸附在煤基质颗粒表明为主并部分游离于没空隙中或溶解于煤层水中的烃类气体 [1,2]。限于我国煤层气储层“三低一高” 的特性 [3],所采用的单井开采方式仅在很少地区达到了商业化的生产阶段。相比之下,具有一定规模的煤层气井井群,通过设计合理的井间距,使之产生井与井之间的干扰形成大面积压降,进而取得较好的甲烷解吸效果,才能大幅度的提高煤层气井的日产气量和总产气量 [4,5]。本文在前人研究的基础上,通过研究单井的储层压力传播规律及压降漏斗形成机理,对比单井和井群压降曲线的异同,阐明井间干扰的形成机制,并揭示井间干扰对煤层气产量的影响。它们在地质成因、成藏以及开采方面大不相同,其储层特征决定了二者开发方式必定不同。天然气以游离态存在,在高储层压力作用驱动下流向井筒,开发方式简单;而煤层气主要以吸附态存在于煤基质颗粒表面,其开采必须通过排水降压实现。煤层气产出要经历如下过程:排水降压- 解吸- 扩散 向井筒 [6 原始状态下,煤储层中气液流体处于动态平衡状态,通过井筒的持续排水,井筒附近储层压力降低,打破了原来的平衡状态,当降到临界解吸压力时,煤层甲烷从煤内表面解吸,解吸气大量转化为游离气,在浓度差下驱动下,煤层气通过基质和微孔扩散,进入裂隙中开始渗流,和煤层水一起流向井筒 [10](图1) 。图 1 放性边界储层压力传播规律这类边界煤储层的顶板或底板为透水层,存在直接或间接给水含水层,或煤储层边界为张性断层,煤储层能得到充分的外部地下水的供给,边界处压力可近似认为不变。 1) 定流量生产时,煤储层压力传播规律 如图 2 所示,该类情况下,随着排采时间的延续,原始储层压力 ″B 线沿井筒方向,由井口到井底逐渐加深,其下降弯曲程度也逐渐加大( 如; ……)。此时由压降漏斗内产生的压力势能作为动力,驱使煤层气由储层向井口流动产出。而距离井口较远的地段,则因压降过小无法带动流体的流动。故在 A'、A″ 各点处压降曲线的切线是水平的。当压降漏斗刚传到边界时,即压降漏斗边界点 B 点时,曲线 该点的切线仍然是水平的,表示此时井内所产出的水仍然是靠 B 点以内储层内的压力势能。当 t> 界以外有地下水补充进来,随着外来地下水的不断补充,压降曲线下降速率渐缓,当边界外补充的地下水逐渐趋于井的排水量时,则煤储层内的压降曲线变化越来越小,经过无限长时间后,压降曲线最终在 稳定下来。因此,根据其压力传播与边界之间距离和压力传递时间,可以分为两个阶段,即第一阶段(压力传播到边界之前)和第二阶段(压力传播到边界之后) 。图 2 开放性边界定流量生产时储层压力传播特征 [11]2) 定压排采时,煤储层压力传播规律 在第一阶段中,此类条件下的压力传播与定流量生产时的一样,仅在压降漏斗以内,在压差产生的压力势能作用下流动,漏斗以外的区域则无流动或较少流动存在。其特点是渗流阻力会随着压降漏斗的不断扩大也不断加大(图 3) ,使得流向井筒的地下水逐渐减少,由于井底压力保持恒定的限制,相应地井的产水量逐渐下降。压降的第二阶段,边界外的地下水开始向地层内不断补充,在相当长的时间后,从边界外部流入的水量等于井内排出的水量,此后渗流过程趋于稳定,压力分布曲线趋于稳定。图 3 开放性边界定降深排采储层压力传播规律 [11]闭性边界储层压力传播规律此类边界煤储层顶板和底板都为隔水层,且边界为隔水边界,例如逆断层、推覆断层等,煤储层得不到地下水的补给。1) 定流量生产时,煤储层压力传播规律 压力传播的第一阶段与开放性边界定产量生产的第一阶段几乎是一样的。区别在于压力传播的第二阶段,由于封闭的边界无地下水供给源,故压力传播到边界点 B 点后,该点的压力就会不断下降(图 4),致使该点的压降幅度逐渐接近于井壁及底层内各点的压降幅度。当井的产量不变,渗透阻力不变时,则煤储层内的压力势能也相对稳定下来,压降幅度也趋于稳定。当储层压力达到枯竭压力时,煤层气排采就趋于停止。2) 定压排采时,煤储层压力传播规律 该类情况与定流量排采时一致,直到第二阶段,边界 B 处的压力逐渐下降,不同于定流量排采的是,由于井底压力保持不变的限制,随着压降漏斗范围的不断扩大,渗流阻力也不断增大,同时井的产水量也不断下降直到趋于 0 为止,如图 5 所示。图 4 封闭性边界定流量生产时储层压力传播规律 [11]图 5 封闭性边界定压排采时储层压力传播规律 [11]井排采局限性田永东 [12]通过对煤层气单井产气机理研究,总结分析得出,单个煤层气排采时,所形成的的压降漏斗的影响范围有限,且向四周方向延伸的速度减缓,最终趋于稳定。其压降漏斗曲线如图 6 所示,近井筒附近的曲线斜率较大,而随着延伸端斜率迅速减小。反应出井筒附近的煤储层中压降的幅度较大,井筒四周的压降较小。图 6 压力降落漏斗与等温吸附曲线对照图对照等温吸附曲线可知,排采初期煤层的压降所引起的甲烷解吸量远小于后期相同压降所引起的甲烷解吸量。因此,单井排采的局限性总结为两点:一是只在井筒附近才形成较大的压降;二是压降漏斗半径有限,距离普遍较小。间干扰形成机制分析当共同排采两口相距较近的煤层气井时。随着抽水的进行,各个煤层气井的降落漏斗不断延伸,最终将交汇在一起,形成煤层气井井间干扰。此时,由于降落漏斗的边缘没有更多的补给区域,降落漏斗将不再向远处延伸,而是向深处扩展,使该处的煤层压力快速下降,甲烷大量释放,产气量大大增加。煤层气井群是指一定范围内的两口或两口以上抽水生产的煤层气井。井间干扰的实质就是,当井群中的井间距小于各井压降漏斗的影响半径是,彼此之间的气水流量及压力降深都要发生相互的干扰,即煤层气井井间干扰 [13井群的压降曲线与单井压降曲线对比,如图 8 所示。由于压降和流量之间的相互干扰,对煤层气井的排采具有较好的促进作用[16]:1) 日产气量:井间的压降漏斗相互叠加,使得其压降幅度也成倍增加,因此井群相对于单井来说,单位时间内的压降幅度大,煤层气的解吸量大,即表现为单位时间内煤层气的产气量多;2) 总产气量:当井间的压降漏斗相接时,相当于分别遇到了隔水边界,随着抽水的进行,水平方向上的压降漏斗不再发生变化,而是继续在垂直方向上加深(图 7) ,提高了井间的压降幅度,甲烷气体大量解吸出来,使得煤层气井的总产气量得到提高。图 7 煤层气主要以吸附形态赋存于煤层中,其产出流程为排水过排水降压使得井筒与储层形成压力差,从而驱动储层流体运移,当储层压力降到临界解吸压力时,煤层气就会解吸出来,随着排采的进行,会以井筒为中心形成一个压降漏斗,沿四周方向压力逐渐降低;2) 对于开放性储层边界,随着排采的进行,压降漏斗向四周扩散,直至传播到边界时,其压力近似不变,压降漏斗形状变化越来越小,当边界外补充的水量与井筒水量相同时,压降漏斗趋于稳定;对于封闭性边界,压降漏斗传播到边界时,会在纵向上发展,边界处压力不断降低,当降到枯竭压力时,排采也就停止;3) 煤层气井群开发时,井间的压降漏斗会相互叠加,储层压力在纵向上快速降低,解吸区域面积增大,形成井间干扰,产能得以提高。参考文献[1] 傅雪海,秦勇,韦重韬. 煤层气地质学[M]. 徐州:中国矿业大学出版社, 2007: 102] 倪小明,苏现波,张小东. 煤层气开发地质学[M]. 北京:化学工业出版社, 2009: 883] 刘贻军,娄建青. 中国煤层气储层特征及开发技术探讨[J]. 天然气工业, 2004, 24(1): 68[4] 刘会虎. 沁南地区煤层气排采井间干扰的地球化学约束机理[D]. 徐州:中国矿业大学, 2011: 35] 杨新乐,张永利,肖晓春. 井间干扰对煤层气渗流规律影响的数值模拟[J]. 煤田地质与勘探, 2009, 37(4): 266] 王兴隆,赵益忠,吴桐. 沁南高阶煤煤层气井排采机理与生产特征[J]. 煤田地质与勘探, 2009, 37(5): 197] of on ]. 2011, 86: 3428] 傅雪海,秦勇,韦重韬,等. 煤层气排采的流体效应分析[J]. 天然气工业, 2010, 30(6): 489] 宋革,傅雪海,葛燕燕,等. 压力控制下高煤阶储层煤层气井排采的流体效应[J]. 煤炭科学技术, 2014, 42(8): 6010] 秦勇,傅雪海,韦重韬,等. 煤层气成藏动力条件及其控藏效应[M]. 北京:科学出版社, 2012: 2011] 杜严飞,吴财芳,邹明俊,等. 煤层气排采过程中煤储层压力传播规律研究[J]. 煤炭工程, 2011, 7: 8712] 田永东. 试论煤层气地面开发的规模性[J]. 科技情报开发与经济, 2005, 15(13): 16313] 李国富,田永东. 煤层气井排水采气机理浅探[J]. 中国煤炭, 2002, 7: 3314] 马东民. 煤层气井采气机理分析[J]. 西安科技学院院报, 2003, 23(2): 15615] 何伟刚,叶建平. 煤层气排采历史地质分析[J]. 高校地质学报, 2003, 9(3): 38516] 赖枫鹏,李治平,汪益宁,等. 考虑井间干扰的煤层气井动态预测方法[J]. 中国矿业大学学报, 2013, 42(3): 251
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