煤层气排采曲线特征及其影响因素分析

陈云涛

(山西蓝焰煤层气集团有限责任公司,山西 048000)

煤层气排采曲线特征及其影响因素分析

陈云涛

(山西蓝焰煤层气集团有限责任公司,山西 048000)

本文对胡底工区124口煤层气井排采曲线进行了分析，研究结果表明：在各阶段产气量与套管压力均呈正相关关系。在迅速加大抽水力度后的第二阶段煤层气井产气量增加明显，但衰减较快，单峰型煤层气井产气量主要取决于稳定后第三阶段的产气量；“双峰型”煤层气井主要分布于产水量较大区域，产气量与产水量呈正相关关系，产气量的大小主要取决于产水量；“平稳上升性”煤层气井产气量随时间的增加而增加，但整体产气量较小，应在排采初期加大排水力度。

胡底工区 双峰型 单峰型 平稳上升型

1 研究区地质概况

胡底区按断块构造划分属吕梁-太行断块之沁水坳陷的南部，晋获褶断带的西侧。区内构造线方向与地层总体走向一致，为北北东或近南北，地层倾向北西，倾角一般小于10°，总体为一单斜构造。区内断裂构造极不发育且无岩浆活动，仅发育一些宽缓的次级褶皱或波状起伏，褶皱是本井田的格架构造，具体表现为蒲池背斜和石门上向斜。它们控制并决定了区内地层及煤层的起伏形态和变化。

井田内主要可采煤层有3号煤层，3号煤层位山西组下部，上距下石盒子组底砂岩(K8)31.74～42.33m，下距太原组K6灰岩10.51～14.95m，煤层最厚5.91m，最薄5.20m，平均5.71m，3号煤层埋深分布在690～750m，根据钻井取芯，选取本区块的18口井，测取含气量，最高含气量为30.7m3/t，最低含气量为12.11m3/t，平均含气量为21.403m3/t。

2 煤层气井排采动态过程

煤层气的排采是通过排水降压达到煤层气井排水产气的目的，在煤层井抽水之前，井内液面的高度和煤层中地下水的水头高度一致，因此不产生压力差，地下水系统保持平衡，基本没有流动。而在煤层气井开始排采后，井筒中的液面开始下降，致使煤层中的压力和井筒中的压力不一致，产生了压力差，使得地下水从压力高的煤层中流动到压力低的井筒中。由于这样的一个连续的过程，使得煤储层中的压力不断下降，并且不断向煤层四周扩散，最终形成了一个以井筒为中心的压降漏斗(图1)。

图1 煤层气井排采压降漏斗示意

第一阶段，水的单相流。在欠饱和情况下，随着井筒附近煤层压力的下降，首先只有水及其中的溶解气产出，需要大幅度降低井筒压力才能使煤层气解吸。在此阶段，煤层裂隙空间被水所充满，为地下水单相流动阶段。

第二阶段，非饱和单相流。随着井筒附近压力的进一步降低，煤层气开始从孔隙表面解吸。在浓度差的驱动下，解吸的煤层气向裂隙空间扩散，在裂隙系统中形成气泡，阻碍水的流动，水的相对渗透率降低，但煤层气尚不能形成连续流动。这一阶段，裂隙中为地下水的非饱和单相流阶段，虽然出现气-水两相状态，但只有水相才能够连续流动。

第三阶段，气-水两相流。随着井筒附近煤储层压力的进一步降低，更多的煤层气解吸扩散进入裂隙系统，与水形成两相流，再经裂缝网络流向井筒。此时，水中气体浓度达到饱和，气泡相互连接形成连续流动，气相的相对渗透率大于零。随着储层压力下降和水饱和度的降低，水的相对渗透率不断下降，气的相对渗透率逐渐升高。最终，在煤层裂隙系统中形成了气-水两相Darcy流，煤层气连续产出。

上述三个阶段在时间和空间上均是一个连续的过程。随着排采时间的延长，第三阶段从井筒沿径向逐渐向周围煤层推进，形成一个可以使煤层气连续产出的压降漏斗(见图2)。

图2 煤层气井周围气水分布及流动状态径向剖面示意

图3 单峰型煤层气井排采参数曲线图

图4 双峰型煤层气井排采参数曲线图

3 研究区排采曲线特征

本次研究对胡底工区124口煤层气井排采曲线进行了分析，根据排采历史数据，将煤层气井排采曲线主要分为“单峰型”(47口)、“双峰型”(58口)、“平稳上升型”(19口)三种类型。

3.1 单峰型

单峰型煤层气井排采生产资料及各个排采参数间的关系如图3所示。从图中可以看出产气量表现出先上升后减小的趋势。本次研究将单峰型排采曲线分为三个阶段，第一阶段为煤层气井产气之日起至2013年2月26日，其排采曲线特点为产气量随着排采时间增加而成线性增加，其中产气量与套管压力呈正相关关系，相关系数为0.92。在第一阶段，产水量呈先增加后减小趋势。

第二阶段从2013年2月26日至2013年11月30日，其中2013年2月26日套压从5MPa急剧降低并稳定在3MPa时，产气量逐渐增大，在2013年8月30日产气量达到顶峰(3840m3/d)，产水量随着套压的降低也急剧增加并稳定在3m3/d。

在第三阶段，随着套压的急剧降低到2MPa，产气量也逐渐降低，产水量也同样降低，等到套压逐渐降低并稳定，产气量也逐渐降低并稳定在2500m3/d左右，产水量也逐渐降低并稳定在2m3/d。

由于第一阶段产水量逐渐降低，在第二阶段，加大抽水力度，从结果来看短期内产气量明显增加，压裂效果明显，但是经过半年左右，形成了产气量逐渐降低并趋于稳定的第三阶段。整体上看，单峰型井煤层气的产量主要取决于稳定后的第三阶段产气量。

3.2 双峰型

双峰型煤层气井排采生产资料及各个排采参数间的关系如图4所示。从图4中可以看出排采曲线表现为先增加后减小再增加的波浪形曲线，展现出两个波峰。本次研究将双峰型排采曲线分为两个阶段，第一阶段为煤层气井产气之日起至2012年10月18日，其排采曲线特点为产气量随着排采时间增加而呈现出先增加后减小，其中产气量与产水量呈正相关关系，相关系数为0.75。在第一阶段，套压呈逐渐增加趋势。

第二阶段为2012年10月18日至今，在第二阶段产气量随时间的变化与第一个阶段相似，同样为先增加大后减小，产气量与产水量呈正相关关系，相关系数为0.81。套压呈逐渐稳定并减小趋势。

相对于单峰型煤层气井，双峰型煤层气井产水量明显增大，从产气量与产水量的相关性可以看出，双峰型煤层气井产气量的变化主要受日产水量变化的影响，而与套压无关。整体上看，双峰型煤层气井的产气量要小于单峰型煤层气井的产气量。

3.3 上升平稳型

上升平稳性煤层气井排采生产资料及各个排采参数间的关系如图5所示。从图5中可以看出产气量排采曲线随时间增加而逐渐增加。其中产水量及套压随时间变化均为先增大后减小。产气量在前期主要受日产水量影响，在排采稳定后，产气量与产水量关系减弱。但与单峰型煤层气井相比，上升平稳性煤层气井产气量较高，由于这种类型煤层气井主要位于地质条件较好区域煤层较为稳定，在排采前期应加大排采力度。

图5 平稳上升型煤层气井排采参数曲线图

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(责任编辑 黄 岚)

CBM Emission and Exploitation Curve Features and Analysis of Influence Factors

CHEN Yuntao

(Shanxi Lanyan CBM Group Co., Ltd., Shanxi 048000)

The study has analyzed the CBM emission and exploitation curves of 124 CBM wells in Hudi working area. The study shows that all the gas production rates in different phases have the positive correlation relationship with the casing pressure. The gas production rate of CBM wells in the second phase after intensifying the pumping strength quickly rises apparently but declines quickly, and the gas production rate of unimodal type CBM wells mainly depends on that in the third phase after stabilization; the “bimodal type” CBM wells are mainly distributed in the area with a large water production rate, the gas and water production rates have a positive correlation relationship, and the former mainly depends on the latter; the gas production rate of “steady rising type” CBM wells rises with the increase of time but the whole gas production rate is small, so the strength of water draining should be intensified in the initial stage of CBM emission and exploitation.

Hudi working area; bimodal type; unimodal type; steady rising type

陈云涛，男,主要从事煤层气地质以及开发工作。