煤层气水平井开发生产规律研究

邹学学 左银卿 刘 华 周 叡 苗 耀

(中国石油华北油田公司勘探开发研究院，河北 062550)

煤层气水平井开发生产规律研究

邹学学 左银卿 刘 华 周 叡 苗 耀

(中国石油华北油田公司勘探开发研究院，河北 062550)

以沁水盆地煤层气田樊庄区块多分支水平井开发实践为基础，对煤层气水平井开发生产规律进行研究。本文首先分析水平井适应的地质条件，研究发现樊庄区块拉张区水平井产气能力最高，平衡应力区次之，而挤压区最差。然后通过生产数据统计分析，认为煤层气水平井单位面积产水指数、采气速度两个开发指标与产气量存在较强的关联性，煤层气产气较高的水平井单位面积产水指数一般小于50，且其采气速度控制在5%左右。

煤层气 应力 连通性 产水指数 采气速度

中石油华北油田分公司在沁水盆地开发煤层气已十年有余，“十一五”和“十二五”期间已完钻百余口煤层气水平井，相比于直井，水平井在控制面积、资源有效利用率及产能方面占有一些优势，根据沁水盆地开发实际，尽管水平井单井投资水平井高于直井，投资比例为6:1，但单井产量水平井远高于直井，产量比例达到10:1，水平井投资回报率25%，高于直井15%，可见，水平井是煤层气开发的一种高效手段。但是尽管出现部分高产井，但总体产气能力不高，存在开发效果差异大等问题，因此有必要煤层气水平井的开发生产规律进行深入研究。文章主要从水平井适应的地质条件和相关主要开发指标来展开煤层气水平井开发生产规律分析。

1 煤层气水平井适应的地质条件

1.1 应力状况

地质条件是煤层气井生产的物质基础，主要包括埋深、临界解吸压力、裂缝发育程度、含气量、临储比、构造位置、煤体结构、地应力、煤层顶底板岩石力学性质、镜质体反射率等多个参数。樊庄区块含气量普遍较高，具备一定物质基础，而对水平井而言，地应力是影响煤体结构及渗透率的主要因素，应力状况对主分支的影响最为重要，而水平井分支的稳定性决定供气面积，一旦坍塌堵塞，其它参数优越性便不会体现，因此有必要结合生产实际对水平井适应的应力状况进行分析。

根据樊庄区块现今最大主应力方向﹑寺头大断层段距大小，初步判断樊庄北部为应力挤压区，南部为应力释放区。寺头大断层南部断距明显比北部断距大，北部断层剖面图显示侧向走滑，南部断层剖面显示下盘向外推，受到拉张力的作用。结合樊庄水平井开发生产数据，整体来看，拉张区水平井产气能力最高，平衡应力区次之，而挤压区最差。生产上表现为樊庄南部水平井产气情况好于樊庄北部。

1.2 主力煤层连通性

煤层生产特点是排水降压解吸渗流，一般来说，影响煤层气产能的最主要参数是煤层气渗透率和煤层含气量。其实煤层气有效厚度和煤层气连通性也是重要参数，在进行煤层气水平井开发布井和完井时，应考虑这两个参数，特别对于连通性差的煤储层显然是不适合打水平井。

在不同区域上，煤层连通性差别很大。有的主力煤层厚度可以达到5m，且连续性很好，其开发效果较好；有的在空间上连续性很差，煤层厚度小且夹杂着泥岩或砂岩，其开发效果较差。以沁水盆地成庄区块4口多分支水平井为例，峰日产量达到14.41万m3，其中两口高累产水平井的单井最高峰产气量分别达到5.4×104m3、6.4×104m3,主力煤层厚度5m以上，含气量20cm3/g以上，且煤储层不含夹矸，连通性好。

1.3 煤层展布平缓

水平井地质设计应优选煤层展布较平缓区域，因为煤层小微构造(褶曲、 断层)是影响煤层气水平井井壁稳定性的主要地质因素之一。褶曲构造容易导致水平井钻进过程中容易钻出煤层，若顶底板附近为软煤层，可引起井壁垮塌堵塞。另一方面小微构造易使实钻轨迹波动，水平段井易呈“U” 形，曲折的钻孔一方面导致水的流动冲蚀破坏井壁稳定性，同时煤层水会在井眼中产生“积水”效应导致煤层水不易排出。多分支水平井的井眼穿越小微断层构造时，容易导致井眼沟通顶底板含水层，导致产水量剧增，排水降压困难。

2 煤层气水平井生产特点

华北油田经过前期的引进、消化吸收、再创新，探索和发展了多种井型水平井钻完井技术，目前可以完成多分支水平井、仿树型、L/U型井筛管完井等多种井型设计施工，形成了煤层气多井型水平井钻完井多项配套特色技术。因受不同地质、工程和人为因素的影响，水平井呈现不同的产气效果，樊庄区块多分支水平井开采已有一定年限，已表现出一定生产规律，现在以关键两个开发指标来研究煤层气多分支水平井开发规律。

2.1 单位面积产水指数大小

煤层水平段煤储层稳定生产情况下，产水指数主要受煤层气开发过程中动态渗透率影响，建立多分支水平井单位控制面积产水指数方程，以定性判断煤层气动态渗透率变化。

产水指数公式：

J=Q/(Δp×t×s)

Q——解吸前累产水量，m3；

Δp——地解压力差，MPa；

t——解吸时间, d；

s——水平井控制面积，m2。

一般情况下，单位控制面积产水指数越大，反映动态渗透率趋于变好方向，但不一定代表煤层气产量高，因为煤层易沟通断层或含水层，产出水不一定能够对煤层起到降压作用。通过对樊庄区块60口多分支水平井单位有效面积产水指数与产气量关系分析(图1)，在正常生产高产井中， 产水指数一般在50以内，在樊庄的地层条件下，意味着地层压力每降低1MPa，正常单位面积产出水量为50m3左右， 低于此值说明煤层动态渗透率变差，在不沟通含水层情况下，高于此值煤层动态渗透率趋于变好。

图1 樊庄水平井产水指数与产气量关系散点图

2.2 采气速度大小

通过对樊庄水平井各年度投产井年产气量趋势分析，上升型水平井年采气速度大多控制在5%以内，而下降型水平井年年采气速度大多控制在5%以上。

2008年投产水平井采气速度多数控制在5%以内，2009年和2011年投产水平井采气速度大多开始年采气速度都大于5%，后期均表现下降(图2)。由此可见，不同开发单元，有其适应的采气速度，若采气速度过大，区内水平井稳产时间变短，不利长期稳产及提高采收率。

(a)上升型水平井

(b) 下降型水平井

3 煤层气水平井在井网中作用

煤层气水平井不仅可以获得高产，还可以实现区域面积整体降压。相比于樊庄北部水平井分布零散，樊庄南部煤层气水平井分布较为集中，形成水平井井网，相比于直井，水平井井网更大程度实现区域上面积降压，经过几年排采后，在水平井间部署2亿m3直井加密，解吸时间平均在10天左右，1年内达产并保持稳产，原因在于南部多分支水平井生产较长年限，水平井分支通过大面积的网状延伸，沟通了煤层中裂缝与割理系统，提供大面积且有效的解吸范围，使得煤层气短时间内快速扩大，提高压降传递效率，极大缩短达产时间，提高区域采收率。有利于后期新投产直井生产，使得新井见气快、达产快、产气量高。

4 结论

(1)樊庄区块拉张区水平井产气能力最高，平衡应力区次之，而挤压区最差，并且煤层气井位应选择煤储层连通性较好区域。

(2)不同地质区块，有其适应的采气速度，若采气速度过大，区块水平井稳产时间变短，不利长期稳产及提高采收率。

(3)建立多分支水平井单位控制面积产水指数与产气量相关性，可以定性反映煤层气开发过程中动态渗透率变化。

(4)在区块井网部署上，采取先开发水平井，压降范围大更有效沟通煤层间裂隙，可使区域整体降压，然后再部署直井控制余下未动用储量，更有利于快速上产、达产。

[1] 倪小明，苏现波，张小东，等.煤层气开发地质学[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2] 杨健，倪元勇，王生维,等.影响煤层气水平井井壁稳定性的地质因素分析[J].石油钻采工艺，2015，37(5):8-9.

[3] 张卫东，魏韦.煤层气水平井开发技术现状及发展趋势[J].中国煤层气，2008，5(4):19-22.

(责任编辑 王一然)

Research on the Development Laws of CBM Horizontal Well

ZOU Xuexue, ZUO Yinqin, LIU Hua, ZHOU Rui, MIAO Yao

(Exploration and Development Research Insitute of Huabei Oilfield, PetroChina, Hebei 062550)

Based on the development practice of CBM multi-lateral horizontal wells in Fanzhuang Block of Qinshui Basin, the paper studies the development laws of CBM horizontal wells. It analyzes the geologic conditions which adapt to CBM horizontal wells, and figure out that the tension area has the highest gas deliverability, the balanced area follows, and the compressed area is the worst. Through the analysis of production data statistics, it proposes that water productivity index and gas production rate have strong relation with the gas production. Generally, the water productivity index of highly-productive CBM horizontal well is less than 50, and its gas production rate is controlled by around 5%.

Coalbed methane; stress; connectivity; water productivity index; gas production rate

国家重大专项“山西沁水盆地煤层气水平井开发示范工程”(2011ZX25061)

邹学学，男，工程师，大学本科，现从事煤层气开发研究。