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沁南地区潘庄区块煤层气井产能主控因素研究_徐涛

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地区 区块 煤层 气井 产能 主控 因素 研究 徐涛
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沁南地区潘庄区块煤层气井产能主控因素研究徐 涛1,苏现波2,倪小明2( 1. 重庆市能源投资集团科技有限责任公司 , 重庆 400060; 2. 河南理工大学 能源科学与工程学院 , 河南 焦作 454000)*摘要 : 研究煤层气井产能的主控因素对煤层气高效开发具有重要意义.以潘庄区块煤层气勘探开发资料为基础,从资源条件、水文地质条件、钻完井工艺和排采工作制度4 个方面对煤层气井产能的影响进行分析,得出了在资源丰度差别不大的情况下,煤储层含气饱和度和临储压力比对该区煤层气井产能贡献大,其中临储压力比贡献最大,煤储层含气饱和度次之,而水文地质条件以及排采工作制度对煤层气井产能影响不明显.关 键 词 : 煤层气;产能;主控因素;饱和度中图分类号 : 1 文献标识码 : A 文章编号 : 16732013) 01BM 1. o. , 00060, 2. 54000, is BM is of BM in of it is is to a to is of he of of BM ey 言煤层气开发过程中 , 影响煤层气井产能的因素多种多样 , 为了查明并掌握生产动态 , 有效提高煤层气井的产能 , 有必要对煤层气资源特征及产出特征进行综合分析 , 总结其变化规律 , 确定影响产能的主控因素 , 以便在远期的煤层气开发中有的放矢 . 多年来 , 国内外煤层气研究工作者在煤层气井产能影响因素方面做了大量的工作 . 司淑萍等指出了煤层气原始地层压力 、压裂效果 、气井后期维护过程中煤层污染是导致煤层气井产能低的主要因素 , 并针对这些影响因素 , 提出了解决的办法[ 1]. 杨秀春等认为影响煤层气井产能的主要因素为煤层含气量 、构造 、煤层埋深 、储层裂隙发育第 32 卷第 1 期2013 年 2 月河南理工大学学报 ( 自然科学版 )F 2 013* 收稿日期: 2012 重庆市科技攻关项目 ( .作者简介 : 徐涛 ( 1985—) , 男 , 河南商水人 , 主要从事瓦斯治理与煤层气勘探开发方面的研究 .63. 2]. 娄剑青指出影响煤层气产量的主要因素是煤层渗透率 、煤层厚度及含气量[ 3]. 罗山强等研究表明渗透率 、供给半径对煤层气井水产量的影响较大 , 兰格缪尔体积常数 、渗透率 、供给半径及井底流压对煤层气井气产量影响较大 , 其中以供给半径影响最大[ 4]. 本文从潘庄区块的资源条件 、水文地质条件 、钻完井工艺及排采工作制度 4个方面来探讨煤层气井产能的主控因素 .1 研究区概述潘庄区块位于山西省晋城市西北约 80 隶属沁水县管辖 . 地处东经 112°30' ~ 112°38'、北纬 35°35' ~35°39'之间 , 交通方便 . 本区含煤地层为石炭 含煤21 层 , 总厚度 9.9 ~17.8 m, 平均 13. 4 m, 含煤系数 9.10%. 目前该区块煤层气开发主要针对山西组 3 号煤层 , 从测井资料看 , 潘庄井田 3 号煤层稳定较厚 , 平均 6.18 m, 其埋深 327.42 ~429.42 m,平均 347.23 m, 含气量 16. 32 ~27. 96 m3/t, 平均21.92 m3/t.2 产能主控因素分析2.1 资源条件对产能的影响本区块主要压裂排采 3 号煤层 , 故本文研究只计算 3 号煤的资源丰度 . 通过对大量的测井 、压裂及排采资料的统计并根据资源丰度计算公式 ,得出潘庄区块部分煤层气井资源丰度 , 根据测试兰氏体积 、兰氏压力 , 得出该区部分井含气饱和度 、临储压力比 、平均日产气量统计结果 ( 表 1) .表 1 潘庄区块部分煤层气井资源条件统计结果 of BM 厚 /m 含气量 /m 资源丰度 /( m3·) 含气饱和度 临储压力比 平均日产气量 /.30 23.63 ×10-32.23 ×1080.73 0.72 1 775.41.60 24.35 ×10-32.41 ×1081.00 2 451.91.25 25.02 ×10-32.35 ×1080.88 0.77 4 162.54.33 23.79 ×10-32.26 ×1081.00 1.00 5 714.79.15 23.89 ×10-32.20 ×1080.85 0.73 4 997.37.19 24.38 ×10-32.26 ×1081.00 6 494.61.27 24.49 ×10-32.30 ×1081.00 5 979.15.42 25.63 ×10-32.08 ×1080.76 0.59 1 474.15.28 25.48 ×10-32.40 ×1080.71 0.53 1 712.87为了查明各种资源条件与产能关系密切程度[ 5], 根据统计资料 , 分别做资源丰度 、含气饱和度 、临储压力比与平均日产气量关系散点图 ( 图1, 2, 3) .从图 1 可以看出 , 潘庄区块煤层气资源丰度高 , 资源丰度差别不大 , 在小范围区域内 , 资源丰度与产气量关系不密切 . 该区含气饱和度均大于0.7, 含气饱和度与平均日产气量之间关系较密切 , 含气饱和度高的井 , 平均日产气量也较高 ; 临储压力比与平均日产气量关系最为密切 , 临储压力比高的井 , 平均日产气量也较高 , 而资源丰度与平均日产气量界线不明显 .62 河南理工大学学报( 自然科学版 ) 2013 年第 32 卷从资源条件看 , 在无断层 、陷落柱等影响下 ,该区含气饱和度高 、临储压力比高对煤层气井产气高的控制作用最为明显 , 含气饱和度高 , 储层能量高 , 临储压力比高 , 降压容易 , 故产气量高 .2.2 水文地质条件对产能的影响水文地质条件的强弱一方面影响着压力传递速度 , 另一方面影响着排采过程中液面降低的难易 . 根据地下水动力原理知[ 6]: 总水头等于高程头与压力头之和 . 高程头是海平面到驱动流体运动的压力头处的垂直距离 , 可根据煤层底板标高求取 . 压力头可根据试井资料得出的储层压力求取 , 最终得出潘庄区块 3 号煤层地下水流动等势线图 ( 图 4) .从地下水活动流势图可看出 , 附近为滞留区 , 含气量应该相对高些 , 但由于该区块地下水活动都比较弱 , 因此 , 地下水活动对该区煤层气井的产能影响并不大 .2.3 钻完井工艺对产能的影响储层中天然裂隙对原始渗透率起着关键性的控制作用[ 7]. 而最大主应力和主应力差对煤层裂隙壁距和渗透率的影响较大 . 当构造应力场最大主应力方向与岩层优势裂隙组发育方向一致时 ,裂隙面实质上受到相对拉张作用 , 主应力差越大 ,相对拉张效应越强 , 越有利于裂隙壁距的增大和渗透率的增高 . 而在最大主应力方向与岩层优势裂隙组发育方向垂直时 , 裂隙面受到挤压作用 , 主应力差越大 , 挤压效应越强 , 裂隙壁距则减小甚至密闭 , 渗透率降低 .( 1) 破裂压力 . 通过施工曲线读取破裂压力 ,经过换算即可得出煤储层真正的破裂压力 . 潘庄区块 3 号煤储层破裂压力为 8. 4 ~ 16. 8 平均 11.7 图 5) .( 2) 闭合压力 ( 最小主应力 ) . 潘庄区块煤层气井 3 号煤层闭合压力为 5. 2 ~ 11. 9 平均8.0 图 6) . 相对来说水平最小主应力较小 ,最小主应力主要造成排采过程中裂隙的闭合 , 这种闭合导致渗透率随最小主应力的增加呈指数降低 . 该区煤层埋深较浅 , 裂隙相对发育 , 有利于气体的产出[ 8]. 从闭合压力等值线可看出 , 近闭合压力小 , 煤层气产出更有利 .( 3) 最大主应力 . 根据地应力计算原理 , 得出潘庄区块 3 号煤层最大主应力等值线图 ( 图 7) . 3号煤层最大主应力变化范围为 5. 66 ~15. 3 均 9.2 与成庄和赵庄两个区块相比 , 潘庄区块水平最大主应力相对较小 .同时做出潘庄区块 3 号煤层主应力差值等值线 ( 图 8) .3 号煤层应力差值变化范围为 0. 38 ~3. 4 平均 1. 5 附近主应力差值小 , 裂隙发育 , 有利于煤层气产出 .2.4 排采工作制度对产能的影响煤层气井的排水采气会使生产井筒内的动液面不断下降 , 依靠流体对压力的传导作用 , 煤层裂72第1 期 徐 涛 , 等 : 沁南地区潘庄区块煤层气井产能主控因素研究隙 、孔隙的压力也将随之下降 ; 在煤层围压基本不变的条件下 , 煤岩与煤层裂隙 、孔隙的压力差将逐步增加 . 随着这种压力差的增加 , 储层内孔裂隙的有效宽度和体积都将逐渐变窄 、变小 , 煤岩的渗透82 河南理工大学学报( 自然科学版 ) 2013 年第 32 卷率逐步下降 . 随着压力差的减小 , 煤岩的渗透率会有所恢复 , 但恢复值很低 , 并且对于不同的煤岩 、在应力差增加的不同阶段 , 煤岩渗透率下降的速度有很大的差别 . 所以 , 研究煤层气井排采工作制度 , 控制生产井的液面降速 、控制井底流压对提高产能有重要意义 .从沁南地区潘庄区块煤层气井产气后吐砂现象不明显及产气后产水量 ( 表 2) 可以认为排采工作制度相对合理 , 对产能影响不大[ 9 -10]. 同时 , 因潘庄区块最大主应力 、最小主应力及差值相对较小 , 即使产气前排采工作制度相对较大时 , 煤层本身裂隙较发育 , 对后期产气影响不大 .表 2 潘庄区块部分煤层气井产气后产水量统计结果 of BM 产水量 /产水量 /0.4 0.35 23.0 1.659.5 0.39 02.8 0.7935.3 0.53 05.9 0.4171.8 1.06 10.7 1.993 结 论从资源条件 、水文地质条件 、钻完井工艺和排采工作制度对煤层气井产能的影响分析得出 : 潘庄区块煤层气开发区在资源丰度差别不大的情况下 , 煤储层含气饱和度和临储压力比对该区煤层气井产能贡献大 , 其中临储比最大 , 煤储层含气饱和度次之 . 水文地质条件从某种程度上决定了含气量的高低 , 该区块地下水滞流区含气量相对高些 , 地下水活动性较弱 , 对煤层气井产能影响不大 . 因潘庄区块最大主应力 、最小主应力及差值相对较小 , 致使排采制度对煤层气井产能影响不明显 . 因此 , 寻找高含气饱和度 、高临储比 、高资源丰度的煤储层是保证煤层气地面开发获得成功关键 .参考文献 :[ 1] 司淑萍 , 李文峰 , 马建民 . 煤层气井产能影响因素分析及对策 [ J] . 断块油气田 , 2001, 8( 5) : 50 2] 杨秀春 , 接铭训 , 王国强 . 潘河煤层气试验区产能影响因素分析 [ J] . 天然气工业 , 2008, 28( 3) : 99 3] 娄剑青 . 影响煤层气井产量的因素分析 [ J] . 天然气工业 , 2004, 24( 4) : 62 4] 罗山强 , 郎兆新 , 张丽华 . 影响煤层气井产能因素的初步研究 [ J] . 断块油气田 , 1997, 4( 1) : 42 5] 万玉金 , 曹雯林 . 煤层气单井产量影响因素分析[ J] . 天然气工业 , 2005, 25( 1) : 24 6] 郭东屏 . 地下水动力学 [ M] . 西安 : 陕西科学技术出版社 , 1994.[ 7] 刘飞 . 山西沁水盆地煤岩储层特征及高产富集区评价 [ D] . 成都 : 成都理工大学 , 2007.[ 8] 何伟钢 , 叶建平 . 煤层气井排采历史地质分析 [ J] .高校地质学报 , 2003, 9( 3) : 385 9] 邓英尔 , 黄润秋 , 郭大浩 , 等 . 煤层气单井产量的影响及不稳定渗流产量预测 [ J] . 天然气工业 , 2005,25( 1) : 117 10] 苏现波 , 林晓英 . 煤层气地质学 [ M] . 北京 : 煤炭工业出版社 , 2009.(责任编辑 李文清)92第1 期 徐 涛 , 等 : 沁南地区潘庄区块煤层气井产能主控因素研究
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