沁水盆地南部煤层气压裂_排采关键技术研究_杨焦生

第４６卷第１期一一一一一一一一一一一一一一中国矿业大学学报一一一一一一一一一一一一一V o l ．４６N o ．１２０１７年１月一一一一一一一一一J o u r n a l o fC h i n aU n i v e r s i t y o fM i n i n g &T e c h n o l o g y

一一一一一一一一一J a n ．２０１７收稿日期:２０１６０５０３

基金项目:国家重大专项(２０１６Z X ０５０４１Ｇ００２

)通信作者:杨焦生(１９８０－),

男,河南省焦作市人,工程师,博士研究生,从事煤层气开发研究工作．E Ｇm a i l :y a n g j

s ６９＠p e t r o c h i n a ．c o m．c n T e l :１３５１３０１４２１６沁水盆地南部煤层气压裂二排采关键技术研究

杨焦生１,赵一洋１,王玫珠１,王一勃１,王金友２,张继东１,刘一坤１

(１．中国石油勘探开发研究院廊坊分院,河北廊坊一０６５００７;

２．渤海钻探工程有限公司第二录井分公司,河北任丘一０６２５５２)摘要:为了提高沁水盆地南部煤层气压裂二排采技术适应性,采用数值模拟和动态分析方法,研究了压裂裂缝形态与产能的关系二不同排采阶段控制机理与要点二煤层气井产水特征及其对产气的影响,建立了复杂裂缝条件下产能分析方法二煤层可动水及外来水侵评价方法．认为地质条件及压裂工艺控制裂缝发育形态,在低渗煤层中形成一条高导流的压裂主裂缝至关重要．研究结果表明:在渗透率为０．１~１m D 低渗煤层中形成一条高导流的主裂缝越长,产气效果越好．排采方面,单相水流阶段应以降低应力敏感伤害二扩大压降为主,该阶段排采时间６~１０个月以上二降液速度２~５m /d 二可动水排出３０％以上二压降半径大于１２０m (

已产生井间干扰)的井易高产;两相流初期上产阶段应控制好动液面二套压和气体瞬时流速,保证气二水稳定产出,降低不稳定流动造成的附加伤害．煤层气井产水特征二产水量大小及煤层中水的采出程度决定后期产气效果,而煤层中原始可动水量大小二外来水体规模及侵入程度控制产水量及压降,据此可指导排采管控．关键词:煤层气;压裂;复杂裂缝;排采控制;生产诊断;产水特征;外来水侵中图分类号:P６１８．１１

文献标志码:A

文章编号:１０００Ｇ１９６４(２０１７)０１Ｇ０１０２Ｇ０９

S t u d y o f k e y t e c h n o l o g i e s o n c o a l b e dm e t h a n e f r a c t u r i n g a

n d d r a i n a g

e i n t h e s o u t h e r nQ i n s h u i b a s i n Y A N GJ i a o s h e n g １,Z H A O Y a n g １,WA N G M

e i z h u １,WA N GB o １

,WA N GJ i n y o u ２,Z H A N GJ i d o n g １,

L I U K u n １(１．L a n g f a n g B r a n c h ,P e t r o C h i n aR e s e a r c h I n s t i t u t e o fP e t r o l e u m E x p l o r a t i o na n dD e v e l o p

m e n t ,L a n g f a n g

,H e b e i ０６５００７,C h i n a ;２．N o ．２L o g g i n g B r a n c ho fC N P CB o h a i D r i l l i n g E n g i n e e r i n g C o m p a n y L t d ,R e n q

i u ,H e b e i ０６２５５２,C h i n a )A b s t r a c t :T o i m p r o v e t h e a d a p t a b i l i t y o f f r a c t u r i n g a n dd r a i n a g e t e c h n o l o g

i e s o f c o a l b e dm e t h Ｇa n e (C B M )i nt h eS o u t h e r n Q i n s h u i b a s i n ,t h er e l a t i o n s h i p b e t w e e nf r a c t u r em o r p h o l o g y a n d d e l i v e r a b i l i t y ,d r a i n a g e m e c h a n i s m a n dc o n t r o l m e t h o d si nd i f f e r e n ts t a g

e s ,a n d w a t e rd i s Ｇc h a r g e c h a r a c t e r i s t i c s a n d i t s i m p a c to nC B M p r o d u c t i o nw e r ed i s c u s s e db y n u m e r i c a l s i m u l a Ｇt i o na n dd y n a m i ca n a l y s i sm e t h o d ．A l s od e l i v e r a b i l i t y a n a l y s i sm e t h o du n d e r t h ec o m p

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d i t i s t h em o s t

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g hc o n Ｇd u c t i v i t y m a j o r f r a c t u r e i n t

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t h i s ,t h eb e t t e r t h eC B M p r o d u c t i o n i s ．I n a s p e c t o f d r a i n a g e ,t h e s i n g l e Ｇp h a s ew a t e r f l o ws t a g e s h o u l db e d o m i n a t e db y 网络出版时间：2016-08-02 10:53:10

网络出版地址：https://www.360docs.net/doc/7e9566902.html,/kcms/detail/32.1152.td.20160802.1053.002.html

第１期一一一一一一一一一一一一杨焦生等:沁水盆地南部煤层气压裂二排采关键技术研究

r e d u c i n g t h e s t r e s s s e n s i t i v i t y d a m a g e a n d i n c r e a s i n g t h e p r e s s u r e d r o p．I n t h i s s t a g e,t h ew e l l s w i t hd r a i n a g e d u r a t i o n o fm o r e t h a n６ １０m o n t h s,l i q u i d l e v e l d r o p r a t e o f２ ５m/d,r e c o v e rＧy o fm o v a b l ew a t e r i n t h e c o a l s e a mo fm o r e t h a n３０％a n d p r e s s u r ed r o p r a d i u so fm o r e t h a n １２０m(i n t e rＧw e l l i n t e r f e r e n c e h a s o c c u r r e d)a r e e a s i e r t o g e t h i g h e r g a s y i e l d．H o w e v e r,f o r t h e e a r l y t w oＧp h a s e s t a g e(g a s p r o d u c t i o n i s g r a d u a l l y r i s i n g),t h e l i q u i d l e v e l,c a s i n g p r e s s u r e a n d i n s t a n t a n e o u s g a s f l o wr a t e s h o u l db e p r o p e r l y c o n t r o l l e d t o g u a r a n t e e s t a b l e p r o d u c t i o no f g a s a n dw a t e r a n d r e d u c e t h e a d d i t i o n a l d a m a g e c a u s e db y t h eu n s t a b l e f l o w．T h ew a t e r d i s c h a r g e c h a r a c t e r i s t i c s,d i s c h a r g e r a t e o f C B M w e l l,a n d r e c o v e r y r a t i o o f o r i g i n a lw a t e r v o l u m e i n c o a l s e a md i r e c t l y d e c i d e t h e g a s p r o d u c t i o n i n l a t e r p e r i o d,w h i l e t h ev o l u m eo fo r i g i n a lm o v a b l e w a t e r i n c o a l s e a m,e x t r a n e o u sw a t e rv o l u m ea n d i n v a s i o nd e g r e e c o n t r o l t h ew a t e rd i s c h a r g e r a t e a n d p r e s s u r e d r o p l e v e l,w h i c h t h e r e b y c a nb eu s e d t o i n s t r u c t t h e d r a i n a g em a n a g e m e n t．K e y w o r d s:c o a l b e dm e t h a n e;f r a c t u r i n g;c o m p l e x f r a c t u r e;d r a i n a g e c o n t r o l;p r o d u c t i o nd i a gＧn o s t i c;w a t e r p r o d u c t i o n c h a r a c t e r i s t i c;e x t r a n e o u sw a t e r i n v a s i o n

煤层气压裂改造和排采技术是改善储层渗流

通道二降低煤层伤害和提高单井产量的直接手段,

近年来,针对沁水盆地南部煤层气的压裂和排采进

行了卓有成效的研究,压裂改造方面形成了一套完

善的 大液量二变排量二适中砂比 为指导的活性水

加砂压裂技术[１Ｇ２]及重复压裂技术[３],排采方面形成了以 控制井底流压为核心 的 五段三压法 控

制技术[４]．通过实际应用,单井产气量稳步上升,但仍存在以下问题:１)对不同地质条件下压裂裂缝的扩展特征二形态以及复杂缝对产能的影响等方面缺乏明确认识,导致压裂工艺在局部地区适应性差,效果差异大;２)不同排采阶段的控制机理二方法及参数还有待细化研究,以提高排采精度和效率;３)煤层气井产水情况复杂,产水与压降二产气之间的关系缺乏深入研究,不能很好地指导生产．签于此,本文根据最新的勘探开发成果资料,采用综合研究方法,重点研究了复杂裂缝对产能的影响二裂缝形态与地质条件之间的匹配关系二不同排采阶段的控制机理和方法二产水特征及其对产气的影响等问题,对主要生产现象做出了解释,以期为该区进一步的增产改造和排采技术优化提供理论支撑．

１一沁水盆地南部地质概况

研究区处于沁水盆地南部斜坡带,石炭－二叠系以太原组和山西组为主要含煤地层,目前有樊庄和郑庄２个开发区块,主要开发层系为山西组３＃煤层．３＃煤层具有连续稳定分布二地层倾角小(２?~１０?)二埋深适中(５００~９００m)二厚度较大(５~６．４m)二含气量高(１４~３０m３/t)二含气饱和度高(７１％~９８％)等特点,有利于煤层气的开发．但该区域煤主要为高变质无烟煤,储层原始渗透性较差,注入压降测试渗透率主要分布在０．１~１m D之间,应力敏感性强,且平面上差异大二非均质性强,对煤层气压裂和排采具有较大的挑战．

２一沁水盆地南部压裂裂缝形态研究及其对产能的影响

２．１一压裂特征及复杂裂缝的产生

沁水盆地南部煤层具有天然割理裂缝发育二杨氏模量低二泊松比高二强度低等特点,且压裂多采用低伤害清水压裂液,导致施工时滤失大二造缝压力高二易过早脱砂,压后多形成复杂短裂缝,不易形成长的支撑缝[５Ｇ６]．

统计了沁水盆地南部１６０多口井的压裂情况,施工压力和破裂压力梯度都较高,６５％的井破裂压力梯度在０．０３０~０．０５４M P a/m,其中３５％的井破裂压力超过煤层最大主应力,表现出明显的多裂缝发育特征．

２．２一复杂裂缝对煤层气产能的影响

煤层中复杂裂缝对产能的影响为:１)复杂裂缝的存在,使得主裂缝的延伸长度受限,影响范围小;２)复杂裂缝的存在,降低了支撑剂在裂缝内的铺置层数和厚度,而煤岩由于杨氏模量低,嵌入伤害严重,这样就造成压裂缝支撑不足或无支撑,导流能力很低[７]．下面以樊庄区块为例,采用数值模拟的方法,设计单一缝二不同的复杂裂缝形态,模拟分析裂缝复杂程度对煤层气井产量的影响．

樊庄３＃煤压裂监测资料表明,主裂缝长度８５~１６０m不等,本次数模考虑相同压裂规模,保持裂缝总长度相同(１６０m)二导流能力相同(３０μm２ c m),设计不同裂缝模型进行计算(图１),其他主要参数见表１．

３０１

一一一一一一一一一一一一一一一一一一一中国矿业大学学报一一一一一一一一一一一一一一一第４６卷

图１一煤层压裂裂缝形态模型(裂缝总长度相同,为１６０m)

F i g．１一F r a c t u r em o r p h o l o g y m o d e l s i n c o a l s e a m(t o t a l f r a c t u r e l e n g t h s a r e s a m e,１６０m)

表１一模拟计算使用的基本参数

T a b l e１一B a s i c p a r a m e t e r s u s e d i n s i m u l a t i o n

参数名称数值数据来源

煤层平均埋深/m６２５钻井二测录井

初始煤层压力/M P a５．３２试井资料

煤层有效厚度/m５．５钻井二测录井

孔隙度/％２实验数据

渗透率/m D０．５平均值,试井资料

含气量/(m３ t－１)２２现场含气量测试

井控面积/k m２０．０７５现场实际井距

扩散系数/(c m２ s－１)２．５?１０－４实验数据

模拟结果如图２所示,图２a为单一裂缝,长度１６０m,产气效果最好,最高日产气２３００m３/d,２０a累产气８００?１０４m３;图２b~d中３组主裂缝长度均为１００m,产气效果接近,都比单一裂缝要差,２０a累产气７００?１０４m３,分支裂缝条数和长度对产能没有明显的影响;图２e,f为简单网状裂缝,改造范围为井筒附近３３m,产气效果相对较差．实际上,樊庄地区煤矿井下挖掘资料表明,压裂支撑裂缝范围一般在井筒附近３０m之内,与设计的图２e,f两种情况接近,而目前樊庄的单井平均产气量在１２００~１３００m３/d,与数模结果接近．

图２一不同压裂裂缝形态下模拟煤层气产量

F i g．２一S i m u l a t e dC B M p r o d u c t i o n i n

d i f f

e r e n t

f r a c t u r em o r p h o l o

g y m o d e l s

由此可见,在低渗煤层中形成一条高导流的长裂缝二暴露更多的储层至关重要,主裂缝长度越大,产气效果越好,图３的实际监测裂缝长度与产气量关系曲线也说明了这一点．在稳定主裂缝形成的基础上,扩大压裂规模,增加支裂缝长度二提高裂缝网络改造体积,可获得更好的产气效果．

图３一沁水气田实际监测裂缝长度与产气量的关系

F i g．３一T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nm o n i t o r e d f r a c t u r e l e n g t ha n dd a i l y C B M p r o d u c t i o n i nQ i n s h u i b a s i n ２．３一地质条件二压裂施工压力与裂缝形态的关系压裂裂缝形态主要受地质条件和施工工艺控制,施工压力的变化可以反映地质条件及裂缝形态[８Ｇ９],以郑庄某区块为例,煤层埋深６００~９００m,渗透率０．１~０．５m D,１５０口井采用相同的压裂施工规模二参数和工艺,但由于地质条件的差异,实际施工压力变化及压后效果大不相同．

根据压裂施工压力的变化,可将施工曲线分为稳定型二下降型二波动型和上升型４类,不同类型的地质特征二裂缝形态及压裂效果见表２．可以看出,稳定型的井构造简单平缓,煤体结构相对好,压裂时破裂明显,施工压力稳定或稍有起伏(１~３M P a 以内),表明主裂缝在煤层延伸顺利,裂缝长度大且形态相对单一,该类型产气效果较好,单井日产气８００~１０００m３/d;波动型的井煤层构造较复杂,天然微裂缝发育,受此影响,压裂施工压力反复下降 上升 下降,压裂缝不断开启 堵塞 再开启,形成多裂缝扩展,延伸长度受到影响,产气效果一般,单井日产气５００~８００m３/d;下降型的井多临近断层二大裂缝或低应力区,施工压力持续下降(降幅５M P a以上),表明压裂缝沿天然缝二断层等通道大量滤失,难以造新缝,同时断层附近含气量也较低,因此产气效果差,单井平均日产气２００~３００m３/d;上升型的井多处于高应力区或煤体结构差,破裂造缝困难,压裂施工压力高且持续上升,煤层对加砂敏感,易砂堵,以近井多裂缝为主,压裂砂堆积在井筒附近,产水二产气量都很低,平均单井日产气仅１５０~２００m３/d．

４０１

第１期一一一一一一一一一一一一杨焦生等:沁水盆地南部煤层气压裂二排采关键技术研究

表２一郑庄区块煤层裂缝形态二压裂效果与地质条件匹配关系

T a b l e２一R e l a t i o n s h i p b e t w e e n f r a c t u r em o r p h o l o g y,p o s tＧf r a c t u r e r e s p o n s e a n d g e o l o g i c c o n d i t i o n i nZ h e n g z h u a n g b l o c k

施工压力类型

压裂施工曲线

(图中红线为施工压力)相应的

地质条件

压裂裂缝

形态描述

压裂裂缝形态示意图

(红线表示压裂缝)压裂效果

平稳型构造相对

简单平缓,

煤体结构

好

主裂缝在

煤层延伸

长,形态相

对平直简

单

效果较好,

气二水产量

稳定

波动型构造相对

复杂,海拔

落差大,天

然微裂缝

发育

主裂缝延

伸距离较

平稳型短,

分支裂缝

较发育

效果一般,

产气二产水

有波动

下降型临近断层二

陷落柱二低

应力区,发

育大的天

然裂缝

压裂缝沿

天然缝二断

层等通道

大量滤失,

难以造新

缝

效果差,临

近断层产

水大

上升型煤层应力

高,或煤体

结构差,破

裂造缝困

难

形成近井

复杂多裂

缝,延伸距

离很短,一

般几米

效果很差,

气二水产量

都很低

２．４一压裂施工建议

由于煤储层具有极强的非均质性,因此压裂时应根据地质条件进行针对性的设计和施工．具体来说,对构造平缓二天然裂隙不发育煤层,渗透率低,滤失量小,相对易形成长裂缝,施工时应扩大改造规模来增加支撑主裂缝的长度二宽度．前期形成稳定主裂缝后,后期可提高排量扩张支裂缝;天然裂缝发育的煤层,滤失大,主裂缝不易延伸,可采用携砂能力强的低伤害粘性压裂液二变排量施工二定向射孔＋水力喷射压裂二添加煤粉悬浮剂等方法来减少无效复杂裂缝,延伸支撑主裂缝;对于构造复杂二煤体结构差,煤层压裂难以成缝的,可采取间接压裂方式,在与煤层相邻的顶底板砂泥岩造缝,进而沟通煤层．３一沁水盆地南部煤层气排采控制与诊断３．１一排采阶段划分

根据煤储层气二水流动机理及气二水产量随时间的变化趋势,将排采分为３个阶段,即单相水流阶段二两相流初期上产阶段和两相流中后期阶段,如图４．

图４一排采阶段划分示意

F i g．４一S c h e m a t i c f i g u r e o f p r o d u c t i o n p h a s e d i v i s i o n

５０１

一一一一一一一一一一一一一一一一一一一中国矿业大学学报一一一一一一一一一一一一一一一第４６卷

各阶段的排采机理不同,导致排采控制参数和方法也不同．

３．２一不同排采阶段控制机理和要点３．２．１一单相水流阶段

此阶段只有水参与流动,煤层压力逐渐下降,至井筒附近压力低于临界解吸压力结束,流动主控因素为生产压差二应力敏感性和颗粒运移(煤粉和压裂砂)等[１０Ｇ１１],主控参数和要点包括排采降液速度二排采天数二煤层水排出情况与压降程度二排采连续性等．

合理排采降液速度确定应主要考虑提高排水效率二降低应力敏感二防止裂缝吐砂和煤岩结构破坏形成煤粉,生产压差是控制核心．一般来说,初期排采强度不宜太大,可通过油藏工程分析建立产水与流压关系,确定井的产水能力和合理排采速度．煤层水排出量多少及比例直接决定压降范围和程度,一般认为该阶段结束时井间应形成压降干扰[１２],有助于后期的产气,因此如果产水量没有明显下降,则应延长单相排水期,不急于产气．考虑应力敏感二生产压差,采用数值模拟和数理统计方法研究了樊庄区块典型井排采参数与产能的关系(表３),发现在相同地质条件下,降液速度２~５m/d二单相流排采时间在６个月以上二压降半径大(１２０~１５０m,已产生井间干扰)二可动水排出比例高(２５％~３０％以上)的井易高产．

排采连续性对煤层气产能至关重要,主要是由于地层条件下煤粉容易聚集[１３],排采一旦中断,细小的煤粉会迅速沉降聚集成大颗粒,由于沁南煤层气井产水量较低(０．５~２０m３/d),只能携起较小煤粉颗粒(直径０．２５~０．８５m m),因此即使重新恢复流量也无法携起已聚集的颗粒,从而导致通道堵塞二伤害．

３．２．２一两相流初期上产阶段

该阶段吸附气逐渐从煤的基质表面解吸并进入孔缝随水流动,在裂缝中形成两相流．随着解吸气量增加,产气量逐渐上升达到峰值,产水量相应下降．主要流动特征一是见气后水相渗透率迅速降低,气相渗透率快速上升,水难以产出;二是气体流速过快可能导致煤粉大量爆发产出堵塞近井地带和排采泵,同时会使气二水两相流由稳定的分层流向不稳定的波状流动变化[１４],产生附加流动阻力．

该阶段控制要点为:１)控制好动液面和降液速度,保证水连续产出;２)产气初期控制好套压和气体瞬时流速,避免引起明显的储层伤害和附加流动阻力．３)该阶段应控制较长的时间,樊庄区块一般高产井该阶段时间在０．５~１a以上(表３)．

表３一樊庄区块典型井排采参数控制范围

T a b l e３一D i s t r i b u t i o n r a n g e o f t y p i c a l w e l l s d e w a t e r i n gp a r a m e t e r s i nF a n z h u a n g b l o c k

单相水流阶段降液速度/(m d－１)单相水流阶段控制

时间/m o n

单相水流阶段

压降半径/m

单相水流阶段排出

可动水比例/％

两相流上产阶段

控制时间/m o n产气效果

２~５６~１０１２０~１５０２５~３０６~１２高产,日产气１５００~２０００m３/d以上５~８３~６７５~１００１５~２０４~６中产,日产气１０００m３/d左右

＞１０１~３４０~７５６~１０２~４一般低产,日产气小于５００m３/d

３．２．３一两相流中后期阶段

该阶段特征是产气量稳定一段时间后开始下降,产水量二井底流压稳定在很低水平,主要产气,只需保持稳定的井底流压生产即可．

３．３排采早期生产诊断

根据油藏工程原理,排采单相水流阶段,当煤层压力无明显下降时,井底流压与日产水曲线(I P R曲线)近似为斜率为负的直线,若曲线发生明显偏离,则表示煤层可能出现堵塞二伤害,据此可诊断生产状况．

绘制了郑庄区块煤层气井的早期I P R曲线,主要表现为４种类型:正常直线型二严重堵塞型二正常 堵塞型二堵塞 解堵 又堵塞型,如图５所示,其中以第２种类型堵塞最为严重(随井底流压下降,产水量也下降),应优先实施解堵,目前该技术应用在现场取得了较好的效果．

图５一郑庄区块几种典型的I P R关系曲线

F i g．５一S e v e r a l t y p i c a l I P Rc u r v e i nZ h e n g z h u a n g b l o c k ６０１

第１期一一一一一一一一一一一一杨焦生等:沁水盆地南部煤层气压裂二排采关键技术研究４一沁水盆地南部煤层气井产水特征及对产

气的影响

４．１一煤层气井产水特征

由于煤储层地质条件二排采制度控制二外来水侵入二储层伤害等原因,沁水盆地煤层气井的产水情况千差万别,造成产气效果也是差异很大．总结起来,产水情况主要有以下几种类型:

１

)正常型:产出水为煤层水,产水量相对较小,初期一般小于１０m ３/d ,见气后产水量很快递减,产气迅速上升,中二后期产水稳定在很低的水平,产气效果好．

２)排采初期产水量大(１０~３０m ３

/d ),２~３a 后开始递减．初期较大水量主要来源于煤层顶二底板

或邻近的非活跃含水层,以微渗滤方式进入煤层,一般产水量递减后,后期可取得较好的产气效果．

３)产水量长期保持较高水平(３０~５０m ３

/d

),累产水高达１０４m ３甚至１０５m

３

以上,煤层压降困难,几乎不产气或产气量很低,主要是断层二天然裂隙或压裂缝沟通活跃含水层导致外来水大量侵入

造成的．该情况下应加强评价外来水的侵入能力二含气量水平及后期产气能力,及时采取有效措施,避免长期无效排水．

４)产水量波动型:主要是煤层内的水,由于煤层低渗二压裂改造效果差或地层堵塞,产水量低,排采过程中堵塞和解堵交替发生,产水量波动大,累

产水量低,降压效果差,该类井产气量二产水量都不高．现场应及时诊断其低产原因,进行解堵．

４．２一煤层中可动水量及采出程度评价

煤层中原始含水量的多少二可动水的比例及采出程度直接关系到压降水平二产气潜力等,可指导排采控制．目前此方面的研究相对较少,笔者根据近几年的研究成果,总结出一套相对完整的评价方法,流程如下:

１

)采用测井解释和室内实验方法确定煤层的孔隙度和含水饱和度;

２)采用三维地质建模方法,建立煤层厚度二孔隙度二含水饱和度分布场,采用网格法计算煤层中原始赋存水量体积;

３)采用核磁共振方法,根据弛豫时间T ２截止值确定可动流体和不可动流体,当煤层孔隙中水的弛豫时间小于T ２截止值时,为束缚水,反之为可动水,据此可计算可动水体积和比例,如图６a ;４

)采用相对渗透率实验方法,选择不同原始渗透率岩心,测定其残余水饱和度,建立可动水(或残余水)饱和度与渗透率之间的关系,见图６b ;５)根据３)和４),结合煤层实际条件综合分析,估算煤层中可动水量;６)根据目前排出水量多少计算煤层中水的采出程度;

７)据此分析煤层压降水平和排采情况,并指导排采．

图６一利用核磁共振和相对渗透率实验结果确定煤层中可动水饱和度F i g ．６一D e t e r m i n i n g m o v a b l ew a t e r s a t u r a t i o nu s i n g n u c l e a rm a g n e t i c r e s o n a n c e a n d r e l a t i v e p e r m e a b i l i t y t e s t i n g r

e s u l t s 表４一郑庄区块各井区目前累计产水量情况(截至２０１５年底)

T a b l e ４一C u m u l a t i v ew a t e r p r o d u c t i o n i n s e v e r a l w e l l Ｇf i e l d s o fZ h e n g z h u a n g b l o c k (b y

t h e e n do f y e a r ２０１５)井区平均生产

时间/a 平均渗

透率/m D

单井控制

煤层水量/m

３可动水

比例/％单井控制

可动水量/m

３单井平均

累产水/m ３可动水

采出程度/％郑１南区３．００．５~１．０１２０００~１３０００５０~６０６５００~７５００８４００９０~１１０郑１北区３．００．２~０．３８０００~９０００３０~３５３０００~３５００１４２１

３０~４０郑２北区２．５０．２~０．３８０００~９０００

３０~３５２５００~３０００１３０４２５~３８郑３井区２．５０．５~０．６９０００~１００００

３５~４０３５００~３８００１８４２４５~５１郑４井区

２．５

０．７~０．８

１００００~１１０００

４０~４５

４０００~４５００

１３２６２９~３３

一一据此对郑庄区块单井控制煤层可动水量及采

出程度进行估算,结果见表４和图７．分析认为,郑１南区断裂构造发育,

渗透性好,煤层中可动水量最多,可动水的采出程度也超过１００％,

主要是裂７

０１

一一一一一一一一一一一一一一一一一一一中国矿业大学学报一一一一一一一一一一一一一一一第４６卷

缝沟通造成外来水侵入所致,煤层未有效降压,最终水侵量需长期监测并结合数模确定;郑１北区二郑２北区现今地应力高,渗透率很低,储层易伤害不利于排水降压,煤层中可动水量少,单井累产水量也少;郑４井区含气饱和度高二渗透性较好,但目前单井平均产水量较少,可动水的采出程度仅２９％~３３％,主要是前期排采过快导致很早见气(２~３个月),形成气锁使得远端水无法产出,解吸范围有限,气产量上升慢,而地质条件与之相近的樊庄区块投产相同时间单井平均累产水已达到２２００m３(可动水采出程度５０％以上),产气已达到高峰．因此,郑４井区下一步需采取有效措施提高累产水量以获得更好的压降效果和产气量．

图７一郑庄区块３＃煤层可动水的采出程度分布

F i g．７一D e g r e e o fm o v a b l ew a t e r r e c o v e r y

i n３＃c o a l s e a mo f Z h e n g z h u a n g b l o c k ４．３一外来水侵入煤层对产气的影响

外来水侵入煤层对产能影响方面的研究较少,国外开展了一些定量化的分析[１５],而国内目前处于定性分析的层面[１６Ｇ１８],难以真正揭示其影响程度并指导排采制度确定．

本文通过研究,建立了外来水侵入的评价流程:首先通过地质研究确定含水层分布,估算水体规模大小(方法同４．２确定煤层水量),分析其侵入煤层的可能性与方式;然后分析煤层气井产水量大小与压力二动液面变化的关系,初步评价外来水的侵入能力;在此基础上,建立包含外来水体和煤层的地质模型进行产水量历史拟合,通过调整参数来确定外来水体大小,修正地质模型;最后,根据修正的模型预测井的未来产能,确定后续排采措施．如图８为一口处于构造边缘的煤层气井,初期排采产水量大(３０~４０m３/d),井底压力几乎不降,采用数模方法,引进外来水体达到了较好的拟合效果,最终确定与煤层沟通的外来水体积为５００?１０４m３,预测后期需增大排水至７０~８０m３/d,６a后可产气,最高日产气仅９２０m３/d,评价无经济效益,因此建议该井停排．

图８一外来水侵入情况下煤层气井产气量变化曲线

F i g．８一C B M w e l l s p r o d u c t i o nu n d e r

e x t r a n e o u sw a t e r i n v a s i o n

５一结一论

１)煤层压裂易形成复杂缝,地质条件及压裂工艺直接控制裂缝发育形态,压裂时应根据地质条件进行个性化设计和施工,提高压裂技术适应性;建立了复杂裂缝条件下产能分析方法,研究表明在低渗煤层(渗透率０．１~１m D)中形成一条高导流的压裂主裂缝至关重要,主裂缝越长,产气效果越好．

２)煤层气井重点控制阶段为单相水流阶段和两相流初期上产阶段．单相水流阶段排采控制应主要考虑降液速度二排采时间二排出水量情况和压降程度,优化合理排采参数为:降液速度２~５m/d二排采时间６~１０个月以上二压降半径较大(该阶段结束时井间最好形成干扰)二煤层可动水采出３０％以上;两相流初期上产阶段应控制好动液面二套压和气体瞬时流速,保证气二水稳定产出,降低不稳定流动造成的附加伤害．

３)煤层气井产水特征二产出水量多少直接影响产气效果,通过研究建立了煤层可动水量二可动水采出程度及外来水侵入对产气影响的评价方法,可定量评估煤层压降水平,进而指导煤层气排采控制．

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８０１

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９０１

一一一一一一一一一一一一一一一一一一一中国矿业大学学报一一一一一一一一一一一一一一一第４６卷

a n di o n c h a n g e s o ft h ec o p r o d u c e d w a t e r:t a k i n g

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(责任编辑姚志昌)

０１１