樊庄区块煤层气直井产气曲线特征分析

胡秋嘉 李梦溪 王立龙 闫 玲 刘国伟

(中国石油华北油田煤层气勘探开发分公司，山西 048000)

1 地质概况

樊庄区块行政区划隶属山西省晋城市沁水县，主体为丘陵山地，地面海拔600～1000m。区块构造位于沁水盆地东南部晋城斜坡带，总体呈东南高，北西低的构造特征，区内构造复杂，北东向断层发育，局部被东西向断层切割。褶皱构造以背斜、向斜相间发育为特征。煤系地层由下而上为中石炭统本溪组、上石炭统太原组和下二叠统山西组，其中以太原组和山西组为主要含煤地层。目前中石油在该区主要勘探开发目的层为山西组3#煤层。3#煤层埋深介于400～800m之间，厚度介于5～8m之间，分布稳定，总体由南西向北东逐渐增厚。3#煤层含气量介于7～32m3/t之间，一般大于20m3/t。含气量变化主要受构造及水动力条件控制明显。断层、陷落柱和甲烷风化带附近煤层含气量显著降低。3#煤层属低孔低渗储层，以微孔为主，孔隙度一般2.90%～7.09%;次生割理发育，割理宽约lμm;渗透率总体呈现出随煤层埋藏深度增加而降低的趋势，一般小于1.0×10－3μm2。

2 开发现状

2005年12月15日，中国石油华北油田在樊庄区块以羽状水平井晋平2井组的开钻为标志，拉开了该区煤层气规模开发建设的序幕。截至到2011年底，共钻直井、从式井、水平井594口，建产能4.5亿m3。建设完成1座煤层气处理中心、7座集气站、14座阀组、495km采集气管线的配套工程，实现商业化外输。目前开井473口，日产气量81万m3左右。通过对这些单井生产特征的跟踪研究，对区块内煤层气井的产气特征有了一定的认识，并总结出了一些规律。

3 产气曲线特征

樊庄区块从规模开发以来，分年度共投产煤层气直井6批次，目前开井424口。分析结果显示，该区块直井从投产到解吸见气的时间一般为2～4个月 (表1)。

表1 樊庄直井分批次投产及见气时间统计表

产气到稳定产气的时间一般需要1～1.5年;稳定产气后稳产时间长，如2006年底投产的第一批排采井，目前依然在稳定生产，还未出现产量递减现象 (图1)。但与相邻潘庄区块相比，樊庄区块煤层气井见气时间明显较晚，潘庄试验区单井一般在投产15天内便能产气。分析见气较晚的原因主要有两方面，一是埋深较大，煤储层渗透性较差。樊庄区块3#煤层埋深400～800m，渗透率0.025～0.58μm2;潘庄区块 3#煤层埋深 200～590m，渗透率0.3～2.1μm2;二是含气饱和度低、临储压力比低，煤层气解吸速率慢、时间长。樊庄区块3#煤层含气饱和度89.7% ～96.8%，平均临储压力比0.5;潘庄区块3#煤层含气饱和度高，介于95% ～100%，平均临储压力比0.7。

图1 樊庄第一批直井综合生产曲线

根据产气量的变化趋势，笔者把樊庄区块煤层生产直井排采曲线归为5类:“双峰型”、“台阶型”、“缓坡型”、“单峰型”、“直线型”(图2)。其中前三类是效果较理想的产气趋势，后两类是效果较差产气趋势。

3.1 “双峰型”产气曲线特征

樊庄区块生产直井中，有10%的井呈现出此类生产特征，典型排采曲线见图3。

图2 樊庄区块直井产气曲线模型

图3 樊庄区块1#直井生产曲线

笔者认为，结合低压、低孔、低渗的储层特征及目前直井的改造工艺，该类型曲线应该是高阶煤直井的理论生产曲线。原因是直井在经过压裂改造后，在近井地带形成了一条高导流能力的裂缝，渗透性明显改善，从而使“解吸－扩散－渗流”过程加速，初期在未控压排采的情况下，产量持续上升，形成了压裂投产后的高产，产量的高低主要取决于单井含气量的高低及压裂裂缝有效控制半长，但此时压降漏斗尚未充分形成;随着近井气体的不断产出，煤层的原始渗透率开始占据主导地位，近井地带高渗区的甲烷在产气初期已基本产出，此时压降范围已经波及到压裂裂缝波及范围以外，煤层甲烷气体的产出主要依靠煤层原始的渗透率，因原始渗透率较压裂改造后的渗透率小，此时产量呈现较低的态势，产量的高低主要受控于煤层的原始渗透率;随着前阶段甲烷气体和煤层水的不断排出，区域压降逐渐形成，远端的甲烷气体解吸并大量产出，产气量稳步上升达到第二产气高峰。

实际统计结果显示，樊庄区块直井第一峰到来时间一般为6个月，第二次产量上升时间一般为18个月。但目前该类型井所占比例仅有10%，且基本分布于地质条件好，井网完善，井距200～250m的井区。分析原因主要为该区块物性相对较差，开发早期，井位部署受地质认识、矿权形势、地形地貌等多重因素影响，井距大于350m的井数占总井数的50%，最大可达600m。使得多数井成为孤立井，难以实现井间干扰、形成区域面积降压。

3.2 “台阶型”产气曲线特征

樊庄区块生产直井中，有24%的井呈现出此类生产特征，典型排采曲线见图4。

该类型井在排采控制方式上有别于“双峰型”，主要表现为不在追求短期高产，延长单相排水期，且在解吸见气后，采取控压产气的方式，即控制井底流压和产气量，使地面产气与地下供气相匹配，有效减缓了第一峰的出现。同时这类井多分布于埋深相对较浅 (600m以浅)，物性较好，含气饱和度较高，井网完善，井距较小的井区，有利于区域压降的形成。随着甲烷气体和煤层水的不断排出，煤基块弹性自调节正效应开始显现，基质块收缩，引起裂隙拉张，渗透率得到改善，压降漏斗进一步扩展，产气曲线呈上升平稳的趋势。

3.3 “缓坡型”产气曲线特征

樊庄区块生产直井中，有7%的井呈现出此类生产特征，典型排采曲线见图5。

图4 樊庄区块2#直井生产曲线

图5 樊庄区块3#直井生产曲线

该类型井主要表现为在套压、动液面已降至相对较低的情况下，产气量仍保持低水平稳定，一般小于800m3/天，没有出现明显的产气高峰。通过长时间的排水降压，一般需要2年以上，产气量开始缓慢升高。统计结果显示，该类井含气量中等，一般在15m3/t左右，压裂效果一般，多分布于井网完善，井距较小的井区。分析原因为由于第一峰产量的高低主要取决于含气量的高低及压裂裂缝的有效控制半长。而该类井含气量中等，压裂效果一般，导致解吸见气后难以形成高产。但随着甲烷气体和煤层水的不断排出，区域压降逐渐形成，远端的甲烷气体解吸并大量产出，产气量逐渐缓慢升高。笔者认为该类曲线的产生也充分体现了煤层气井连续、长期排采的重要性。

3.4 “单峰型”产气曲线特征

樊庄区块生产直井中，有25%的井呈现出此类生产特征，典型排采曲线见图6。

该类型曲线中的“单峰”阶段与“双峰型”产气曲线中第一产气高峰的形成机理及控制因素类似。不同的是该类曲线累计产水量少，尤其是在产气高峰形成以后，日产水量多在0.5m3以下，经过长时间的排采，未出现第二产气高峰，一直保持低产趋势。据统计结果显示，该类井含气量普遍较高，一般在20m3/t以上，但埋深相对较大，一般在600m以深，主要分布在井网不完善，井距大的井区。分析原因主要为单井含气量高，压裂改造后易形成高产，但储层物性较差，原始渗透率低，导致产出水少，压降面积扩散缓慢，降压困难，同时井网不完善、井距大，难以形成区域压降，地下供气面积小。

3.5 “直线型”产气曲线特征

樊庄区块生产直井中，有34%的井呈现出此类生产特征，典型排采曲线见图7。

图6 樊庄区块4#直井生产曲线

图7 樊庄区块5#直井生产曲线

该类型井主要表现为当近井地带甲烷气体充分解吸后，所产生的套管压力低，一般小于1.0MPa，且放气后，无产气高峰，日产气量普遍小于500m3。统计结果显示，该类井主要分布在断层附近或区块东部、靠近水头补给区，气藏遭到破坏，保存条件差，含气量一般小于10m3/t，多为低效井。主要是开发初期缺少地质资料，构造不落实，地质认识不足所致。

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