煤层气井井间干扰研究及应用

闫霞，李小军，赵辉，张伟，王泽斌，毛得雷

（1.中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司，北京100095；2.中石油煤层气有限责任公司，北京100028；3.长江大学石油工程学院，武汉430100）

煤层气井井间干扰研究及应用

闫霞1，李小军2，赵辉3，张伟2，王泽斌2，毛得雷1

（1.中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司，北京100095；2.中石油煤层气有限责任公司，北京100028；3.长江大学石油工程学院，武汉430100）

井间干扰是实现煤层气稳产高产的有效技术措施。目前，煤层气井间干扰的理论研究较多，准确量化的现场认识较少。根据煤层气井排采的特点，提出了一种方便、可靠、高效的用于判断井间干扰现象及定量计算井间干扰程度的新方法，该方法利用现场观察到的煤层气井启抽水位与原始水位存在的明显差异，定量化煤层气排采降压过程中出现的井间干扰现象。通过在保德区块的实际应用，对比了所提出方法与煤层气理论判断方法的优缺点，并验证了所提出方法的可靠性，得出了该区块井间干扰特征的定量化认识，同时提出了井间干扰规律在合理部署井位、提高产气速度、缩短见气时间及优化排采制度等方面的应用建议。

煤层气；井间干扰特征；压力分布数学模型；井网部署；排采建议

0　引言

井间干扰会导致常规油气藏开发出现诸如油井提前水淹、泄油不均匀等问题［1］，但却有助于煤层气生产。据国内外煤层气排采实践及研究表明，扩大解吸体积、提高解吸速度是煤层气开发的关键［2-9］，而井群规模排采是一种有效方法［2，10］，其目的是利用煤层气井井间干扰的压力叠加特征扩大泄流区域，增加煤层气的解吸体积。目前，判断井间干扰的方法有理论判断方法［11-12］、生产动态分析方法［13-14］以及干扰试井测试［15-16］等。由于煤岩储层具有基质易收缩和应力敏感性强等特性［17-19］，导致排水采气过程中其物性变化显著，使得利用其物性参数的理论判断方法的判断结果可靠性较低；生产动态分析方法通常为定性判断，难以确定生产数据变化不明显的受干扰井；由于干扰试井需要长时间关井，特别是低渗气藏需要更长的关井时间［14］，将严重影响煤层气的连续性排采。为此，利用煤层气井启抽（第一天排采）水位与原始水位之间的差异，笔者提出一种方便实用的判断方法，称为实用判断方法。利用该方法可以判断所有井是否存在干扰并量化其受干扰程度，以进一步研究煤层气井井间干扰特征及规律，给出区块的干扰程度或面积降压情况的定量化认识，这对于实现煤层气开发区域的稳产及高产具有重要意义。

1　煤层气井井间干扰理论判断方法

1.1煤层压力分布数学模型及求解

根据煤层的压力分布数学模型［2］，可求得单井生产时煤层压力分布的近似表达式［11］为

式中：r为煤层中某点到井中心的距离，m；t为煤层气井排采时间，s；p（r，t）为煤层气井投产t时间后距离井筒中心r处的煤层压力，MPa；pi为原始煤层压力，MPa；q为煤层产水量（地面条件下），m3/s；B为水的体积系数；μ为流体黏度，mPa·s；K为煤层渗透率，D；η为煤层导压系数，m2/s，η=K/（φμCt），其中φ为煤层孔隙度，%；Ct为煤岩综合压缩系数，MPa-1。

在压力分布曲线上，将p（r，t）=pi对应的径向距离，即压降分布的外部边缘定义为煤层气井的泄流半径，则由式（1）可得到某一时刻煤层气井的泄流半径［20］为

式中：ri为泄流半径，m。

在多井存在的情况下会形成压力叠加漏斗，此时煤岩储层各点处压力分布的计算公式［2，11］为

式中：p（x，y，t）为煤层气藏任意点（x，y）在t时刻的压力，MPa；pwf为煤层气井的井底流压，MPa；rik为第k口煤层气井在t时刻的泄流半径，m；rk为在t时刻从点（x，y）到第k口煤层气井的距离，m；rw为煤层气井的井筒半径，m。

1.2理论判断方法原理

在井群或多口井排水的过程中，相邻井的泄流区域可能会发生重叠，即相邻井的泄流半径之和大于井距时，会形成叠加压降漏斗。设两井叠加区域的最大半径为ΔR，则有

式中：rik为第k口煤层气井的泄流半径，m；ril为第l口煤层气井的泄流半径，m；D为第k口与第l口煤层气井之间的井距，m。因此，当ΔR＞0时，可以判断存在井间干扰作用；否则，尚未产生井间干扰作用。井间干扰现象如图1所示。

1.3理论判断方法的优缺点

在参数较为准确的情况下，利用理论判断方法能够计算在不同时间时排采井的泄流半径，并获得较为准确的干扰判断结果。根据式（2）计算泄流半径需要利用煤岩储层渗透率、孔隙度及煤层综合压缩系数等参数。其中，渗透率作为关键参数一般由试井资料获得，然而煤层气井经压裂改造后基本不再试井，因此仅有压裂前的试井渗透率数据。另外，由于煤岩储层的特殊性［17，19］，即受控于基质收缩、储层压力下降及煤层出砂和出煤粉等因素，随着排采的进行，其储层（尤其是中低阶煤）渗透率等参数变化幅度较大，准确性难以保证。若采用该方法进行判断，其渗透率值可通过首先建立煤岩储层地质模型，再利用现场生产数据对其进行历史拟合反演，最后采用煤岩储层数值模拟方法反演得到，但工作量较大，过程非常繁琐，难以进行大规模的应用。此外，该理论判断法假设煤岩储层均质等厚、煤层气井为水动力学完善井，且煤岩储层中只有水的单相流动等，未考虑其非均质性与复杂性。

2　煤层气井井间干扰现场判断方法

现场判断干扰的生产动态分析方法［13］是在生产制度发生变动的情况下（如新井投产、修井以及改变工作制度等），通过观察该变动所引起的某些排采井的生产动态（套压、产气量和产水量）的变化程度，并据此分析、判断其是否为受干扰井的一种方法，但该方法为定性判断。根据保德区块现场生产数据，除个别井之外，大部分井受邻井影响造成生产动态变化的现象通常不明显，而且影响生产数据波动的原因较复杂，难以确认某一口井生产数据发生波动是否真正是受到邻井干扰的影响。此外，不同于常规油气井，由于煤层气井排采连续性的重要性，应尽量避免采用关井干扰试井测试判断邻井生产动态的方法。因此，若要得到整个区块井间干扰现象的认识，该方法操作难度较大。

3　煤层气井井间干扰实用判断方法

鉴于上述理论判断方法及现场判断方法的局限性，通过对现场生产数据的分析，利用已知动液面等数据，笔者提出了一种新的现场实用判断方法。

3.1基本思路

随着煤层气井抽水的延续，其附近的煤层水位会有所下降，离井筒越近其水位越低，并以井筒位置为中心向外扩展形成一个地下水头“压降漏斗”。

从现场数据观察到，在排采之前，相同地质条件下各井的原始水位基本相同或相近。经过一段时间排采后的较早投产井，由于水的不断抽采，会导致相邻新井的启抽水位低于该井的原始水位（图2）。定义某口受干扰井的干扰程度为排采井原始水位与启抽水位的差值，即

式中：H0为煤层气井的原始水位，m；Hs为煤层气井的启抽水位，m；G为受干扰井的干扰程度，m。

图2　排采井的原始水位与启抽水位Fig.2 Originaland start-pumpingwater levelofwell

根据式（5）计算的干扰程度G的值越大，表明受干扰的程度越强烈。

3.2具体步骤

（1）首先确定排采井所在位置处的原始水位。所谓原始水位是指区块开发之前的煤岩储层水位（液面至海平面的垂向距离）。若没有原始水位数据，可以根据“邻井非常少或无邻井、投产时间非常早以及与距离最近井的启抽动液面数据一致性好”的原则，优选那些早期未受干扰的排采井（或探井），并通过测量这些井的启抽动液面得到原始水位值，再利用插值方法做出原始水位等值线图，进而确定最初在无干扰时各煤层气排采井的原始水位。

（2）考虑排采井所处的复杂地势等因素，根据煤层气井的井口海拔数据与启抽时所测动液面数据，将所测得的井的启抽动液面数据折算成启抽水位值（参见图2），即

式中：H为煤层气井的井口海拔，m；Hl为煤层气井启抽时所测动液面，m。

（3）根据煤层气井原始水位与启抽水位的差值大小，可判断其受干扰的程度，即根据式（5）可计算受干扰井的干扰程度G。根据保德区块现场实践证明，考虑了动液面及原始水位测量误差之后，在各井附近地质条件相近的情况下，当某排采井干扰程度大于30m（误差的最大值）时，则判断该排采井存在明显干扰；否则，认定干扰效果不明显或不存在干扰现象。

3.3方法特点

该实用判断方法适用于附近不存在含水层或者压裂后未沟通附近含水层，且处于同一开发层系的煤岩储层。如果利用该方法判断出某新排采井（相对其周围排采较早的井而言）受到相邻较早排采井的长期干扰，则表明邻井的压降范围已经明显扩展到该井位置处，该井启抽后将形成新的压降漏斗，且必然与排采较早的邻井的压降漏斗交汇，形成压力叠加漏斗，因此，新井启抽水位的下降现象可看成是出现干扰的充分条件。通过现场应用，经该方法判断得到的某些受干扰井，在后期生产过程中，确实出现了当邻井修井时，其套压或产气量突然下降等生产波动现象（但所有受干扰井不一定都能表现出明显的生产波动现象），从而验证了该方法的可靠性。此外，该方法还可以考虑煤岩储层的非均质性特征，并根据受干扰井的定量化认识确定干扰的方向，为布井提供依据。综上所述，该方法容易操作，更具普遍性和实用性。

4　煤层气井井间干扰实用判断方法应用效果

保德区块位于鄂尔多斯盆地东缘，排采井的井型以丛式井为主，广泛采用菱形井网布井，历经2年的稳定排采，开发成效初显，区块平均单井日产量超过1 000m3，如该区块某大井组平均单井日产量已超过5 000m3，其中某单井最高日产气量近1万m3，突破了国内低煤阶煤层气田丛式井单井日产气量的记录，且仍处于稳步攀升的阶段。目前，该区块已形成一定范围的井间干扰，初步实现了煤层气井的面积均衡降压。

4.1不同方法的对比验证

选取保德区块某一区域采取不同方法进行对比分析。各井的位置如图3（a）所示，其中标明了根据射孔煤层各井靶点位置计算得到的井距值。井1启抽29 d后，井2开始启抽，2口井排采了137 d时，井3开始启抽，之后3口井排采了158 d，井1最早见气。具体排采时间如图3（b）所示。井1和井2几乎在同一个月启抽，相比井3提前了近半年时间。这里以排采时间较晚的井3为目标研究对象，判断其是否为受干扰井。

（1）实用判断方法

根据保德区块原始水位图可知，在该区域开发前，井3位置处的原始水位为920m，井口海拔为1 095.8m，启抽时测得动液面为294.3m，折算成启抽水位为801.5m。因此，井3干扰程度G=920-801.5=118.5m。由于G＞30m，可以断定井3为明显受干扰井。

由此可知，受到邻井井1与井2长期排水干扰的影响，使得井3后期启抽时水位出现明显的下降。井3启抽后，该井将形成新的压降漏斗，并与已延伸至井3位置处的井1和井2的压降漏斗交汇，最终形成3口井的压降叠加漏斗。

图3　井位及排采时间Fig.3 Schedule ofwellplacementand production

（2）理论判断方法

根据上述煤层压力分布数学模型，利用MATLAB软件进行编程计算。计算所用到的渗透率值是通过数值模拟软件ECLIPSE中的煤层气模块进行煤层气数值模拟反演得到的等效渗透率值。以井1为中心建立了3口井的相对坐标系，计算了不同阶段煤岩储层的压力分布值（图4），其中x，y为相对位置坐标。当井3启抽时煤岩储层的压力场如图4（a）所示，从图中可以直观看到该时刻煤岩储层压力的分布情况。利用式（2）计算得到当井3启抽时，井1与井2的泄流半径分别为1 045.5m和927.9m，由于井1与井2、井3之间的井距分别为335m和290m，由式（4）可得，井3与井1、井2的井距均小于井1、井2的泄流半径。因此，可判断井3为受干扰井，位于井1与井2的干扰范围内。这与实用判断方法得到的结论一致。

最早见套压井为井1，计算井1见气时3口井的压力叠加漏斗如图4（b）～（d）所示，可视化图形直观地显示了干扰井存在时煤岩储层压力叠加漏斗的形态。

图4直观地展示了3口井在不同排采阶段的压力叠加场，证明了井间干扰现象的存在。根据图4（c），3口井的泄压叠加区域的压力值平均为6MPa左右，低于边界处的压力值（7.5MPa），表明井间干扰有助于煤层气井泄压范围的面积均衡降压；从图4（d）可以看出，投产最早的井（井1）的泄压半径最长，说明在地质条件相近（例如孔渗性等）的前提下，排采时间越长，泄压半径越大。

图4　不同阶段的压力叠加场Fig.4 Pressure field atdifferentphase

通过对理论判断方法与实用判断方法判断结果的对比，证明了干扰现象的存在，验证了所提出实用判断方法的正确性和准确性，但实用判断方法更简单，便于在生产现场应用。理论判断方法如之前所述，只能在均质煤层及所取参数较为准确的条件下小范围地应用，因此，不论从其计算所需参数取值的准确性，还是从计算量上来看，该方法在现场的应用都较为困难。

4.2保德区块井间干扰特征定量化认识

利用实用判断方法，可以获得目前保德区块井间干扰的定量化认识。

（1）干扰范围：利用实用判断方法，在全区共观察到152口井受到明显干扰，其启抽水位受到了不同程度的影响，大多数井干扰降液范围在100～300m，影响最大的降幅为794m（干扰程度最大时的值）。启抽见套压井的动液面更低，井间干扰现象普遍存在。

（2）干扰距离：分析统计学箱线图及直方图的信息（图5）可知：受邻井影响的干扰距离最长为1 210m，最短为173m，平均为482.2m；箱线图四分位（25%～75%）较窄，表明干扰距离分布非常集中，为343.2～568.9m。保德区块所有排采井的平均井距为378m，这也表明合理的井位部署目前已使得该区块形成了一定范围的井间干扰。

图5　干扰距离的数据统计Fig.5 Statistic analysisof interfered distance data

（3）受干扰影响的时间：在该区块观测到受到干扰的时间最短为120 d，最长为990 d，平均为360 d，目前低于495 d的井间干扰占了井间干扰井的75%。

4.3保德区块井间干扰特征及应用

针对实用方法所判断出的受干扰井生产数据分析，发现了在区块研究中未发现的特征，主要表现在3个方面。

（1）受干扰井的产气速度呈现明显的规律性

表1反映了按不同开发单元统计受到明显干扰的井其井底流压每降低0.1MPa时，在不同产气阶段的产气增速变化情况。其中各开发单元是以相似的地质条件划分的。根据产气速度在不同产气区间的变化规律，可以看出产气区间值越高（或产气量越大）的受干扰井，井底流压每降低0.1MPa时所增加的产气量也越高，且呈现不断增高的趋势。这也证明了产气区间值越高，井所需的压降幅度越小，也更需要稳定排采。

表1　受干扰井井底流压每降低0.1MPa时的产气增速变化Table 1 Gasproduction speed increaseof interfered wells when bottom hole pressure drop 0.1M Pa

根据该特征，可以合理制定或调整排采制度。例如，按照目前每天最大限产增产制度计算，可确定每天最大的平均压降幅度，或者根据受干扰井这一特征，预测未来的产气量。

（2）受干扰井的见气时间大幅缩短

在保德区块所有受干扰井中，有61口井启抽时就见套压。经统计，所有受干扰井的平均见套压时间为83 d，相比区块所有排采井的平均见套压时间165 d，缩短了82 d。由此可见，利用井间干扰可以大幅缩短煤层气井的见气时间。

（3）干扰表现出一定的方向性

保德区块最大主应力方向为北东方向。观察井间干扰现象发现，大部分受到干扰的井也大致分布在干扰井的北东方向，即保德区块最大主应力方向。由此可见，沿北东方向更容易产生井间干扰。

因此，在井网井位部署方面，在新区域布井时应沿北东方向先设计较大井距，当排采一段时间后，在其间打加密井；另外，在已部署井的优化排采方面，考虑沿北东方向间隔排采一批井。利用煤层气井的井间相互干扰作用排采，不但可以降低排采成本，同时还能达到相同或更好的面积降压效果。

5　结论及建议

（1）针对煤层气井的排采特点，提出了适合判断煤层气井井间干扰的实用判断方法。在确保干扰判断结果正确、可靠的前提下，通过实例应用表明，与理论判断方法相比，所提出的实用判断方法更简单、方便，实用性更强。

（2）利用实用判断方法对保德区块井间干扰现象给出了具体的量化认识，验证了经过合理井位部署与长期持续稳定的排采，该区块已形成一定范围的井间干扰，实现了面积降压和区域高产。

（3）总结了保德区块煤层气井的井间干扰特点，即随着产气区间值的增高，井底流压每降低0.1MPa，产气增速也逐渐提高，同时认识到受干扰井的排采速度要缓慢而稳定。另外，统计数据分析表明，井间干扰具有大幅缩短煤层气井见气时间，以及提高产气速度等作用。

（4）煤层气井井间干扰作用可为调整排采制度及优化部署井位等提供有效依据。利用受干扰井产气增速与井底流压的关系，可对目前排采制度进行合理调整；另外，还可以根据判断出的区块干扰方向，优化部署井位或采用间隔启抽的方式进行优化排采等。

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（本文编辑：于惠宇）

Research on well interferenceof coalbedmethanewellsand itsapp lication

YAN Xia1，LIXiaojun2，ZHAO Hui3，ZHANGWei2，WANG Zebin2，MAO Delei1
（1.National Engineering Research CenterofChina United Coalbed Methane，Beijing 100095，China；2.PetroChina Coalbed Methane Company Limited，Beijing 100028，China；3.College ofPetroleum Engineering，Yangtze University，Wuhan 430100，China）

Well interferenceofcoalbedmethanewellsisakind ofeffective technologies toachievehigh and stablegas production rate.Atpresent，therearemany studieson the interference phenomenon ofcoalbedmethanewells，but less quantificationwork ofwells interference in the field.According to thedrainage featuresofcoalbedmethanewells，this paper proposed a new convenient，reliable and efficientmethod to determine and quantify the wells interference phenomenon，which ison thebasisof thedifferencebetween observed start-pumpingwater leveland originalwater level ofcoalbedmethanewells.During thedrainageprocess，the interferencephenomenon ofcoalbedmethanewellscan be quantifiedmore precisely by thenewmethod.By comparing the resultsof the proposedmethod and theorymethod in the real case in Baode block，the reliability of the proposed method was verified.By the new method，the quantified characteristicsand rulesof interfered coalbedmethanewells in Baode Blockwere summarized.Hence some reasonable application suggestions of interference of coalbedmethanewellswere provided，such as proper arrangement ofwell placement，increaseofgasproduction rate，shortageofgasbreakthrough period and optimization ofproduction system.

coalbedmethane；well interference characteristics；mathematicalmodelofpressure distribution；well pattern arrangement；production suggestions

P618.11

A

1673-8926（2015）02-0126-07

2014-09-17；

2014-10-23

国地资源部公益性行业科研专项“鄂尔多斯盆地东缘大型煤层气田勘探与实践”（编号：201311015）和中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“煤层气排采工艺与数值模拟技术”（编号：2010E-2205）联合资助

闫霞（1984-），女，博士，工程师，从事煤层气开发方面的研究工作。地址：（100095）北京市海淀区中关村环保科技示范园地锦路7号院1号楼。E-mail：yanxia_cbm@petrochina.com.cn。