新疆阜康白杨河矿区煤层气排采影响因素与煤层气单井产量的预测

雍晓艰

(新疆维吾尔自治区煤炭综合勘查院, 新疆乌鲁木齐 830009 )



新疆阜康白杨河矿区煤层气排采影响因素与煤层气单井产量的预测

雍晓艰

(新疆维吾尔自治区煤炭综合勘查院, 新疆乌鲁木齐 830009 )

煤层气开发可分为包括地质、选区评价；钻井、压裂开发工程；排采生产三个阶段。在新的煤层气开发区域，由于无法准确、有效的建立煤层气分析模型，因此对新区域“甜点区”以及前期地质、工程施工工作的评价往往需要长时间的排采后，通过分析排采效果才能得出结论，这一时间往往需要1～3 a(不同区块略有不同)，这不利于煤层气开发。通过在新疆阜康白杨河矿区煤层气排采研究和生产过程中，分析影响煤层气单井产量的主控因素，利用“有限元”的思想简化等温吸附曲线和煤层气有效排采降压漏斗曲线，对该地区煤层气单井排采有效降压范围进行计算，并对单井产量进行预测和对比。

阜康白杨河矿区；煤层气开发；煤层气单井产量预测；等温吸附曲线；降压漏斗

0 引言

新疆预测2000m以浅煤炭资源总量约为2.19万亿t ，约占全国煤炭资源总量的42%。全区煤层气预测资源量为9.51万亿m3，占全国的26%。全国资源量大于1万亿m3的9个含气盆地，新疆占4个。

目前，新疆煤层气探明储量为43.39亿m3，已建产能约0.5亿m3，勘探开发程度低，资源未得到有效开发利用,开发前景很好。新疆阜康白杨河矿区煤层气开发利用先导性示范工程是新疆第一个煤层气示范工程，主要工作任务是在该区前期煤炭、煤层气工作的基础上，按照整体部署、分期实施、滚动开发的原则，在该区施工50口生产井、1组U型井，并进行包括集气管网、集气处理站以及相配套的土建工程、输气管网、动力系统和数据自动采集系统等工程建设，实现小规模化生产和利用，目前已建成为年产能3000万m3的新疆第一个煤层气开发利用示范基地。

1 单井产气量主控因素

排采研究认为，阜康白杨河矿区影响单井产气量的因素有三个，包括水文地质条件、煤层含气量和煤层的渗透性。其中以渗透性为主，水文地质条件和煤层含气量为辅。

1.1 水文地质条件

煤层气主要以吸附状态赋存在煤的孔隙中,地下水系统通过地层压力对煤层气吸附聚集起控制作用。

通过排采研究分析发现，阜康白杨河矿区水力运移逸散作用较弱。主要原因是阜康白杨河矿区未发现导水性较强的断层构造发育，煤层富水性较差，水动力弱，在煤系没有形成明显的补、径、排系统。仅在高渗集中区有局部排采井出现煤层含气量高于附近井的现象。

与水力运移逸散作用相比，阜康白杨河矿区以水力封闭作用为主。其煤系上部和下部均以巨厚泥岩、粉砂岩为主，是良好的隔水层，与含水层无水力联系，煤层水文地质条件简单。煤层浅部火烧区含水层以静水压力传递至煤层，使煤层气吸附于煤中，煤层气相对富集而不发生运移。

由于富水性弱，煤层水文地质条件简单，因此水文地质条件仅为影响单井产量的次要因素。

1.2 煤层含气量

煤层含气量是煤化作用、构造活动、埋藏演化过程中经过多次吸附/解吸、扩散/渗流、运移后，在现今地质条件下动态平衡的结果。

阜康白杨河矿区位于黄山-二工河倒转向斜北翼,总体为南倾的单斜构造，走向为近东西向，地层倾角45°～58°，区块内没有断层，构造复杂程度为简单构造类型，浅部火烧严重，深度达到400～500m。由于白杨河矿区煤层高倾角和浅部火烧这一地质特征，煤层含气量与煤层埋深呈显著的正相关关系，煤层埋深是煤层含气量的主要控制因素。特别是600m以浅煤层，煤层含气量低，煤层含气量是单井产量的主控因素。600m以深，1200m以浅范围，煤层含气量随深度稳步上升，吨煤含气量由8m3/t逐步上升至21m3/t；煤层含气量变化不大，是影响单井产气量的次要因素。

1.3 渗透性

煤体的渗透性是指煤对煤层气流动的阻力特性，煤的渗透性是控制煤层气在煤储层中流动的最关键参数。阜康白杨河矿区煤层气储层渗透性有自身的特点，在走向上煤层渗透性出现高渗集中区和低渗集中区，通过分析认为这是由于受地质运动的影响，沿煤层走向出现局部区域受挤压，形成低渗集中区；局部区域受张拉，形成高渗集中区。高渗集中区测试平均渗透率3.3mD，最高7.3mD。低渗集中区测试平均渗透率0.9mD，最低0.2mD。沿煤层倾向方向，随着地层上覆压力的增加，煤层渗透性逐步降低，但渗透率与深度无明显的线性关系。由于煤层渗透性在倾向上和走向上非均质性强，差异大，成为影响单井产量的主控因素。

2 单井产气量预测

阜康白杨河矿区水文地质条件简单，煤层含气量规律分布明显，测试容易，地质选区评价布井时均在600m以深布设井位，避开了煤层含气量不利区域。单井控制区域煤层渗透性的高低决定了单井有效降压范围扩散的容易程度，因此通过排采分析单井有效降压体积，成为预测单井产气量的关键。

2.1 单井产量预测方法

在解吸产气初期，井底流压下降快，但气产量增长缓慢，这一现象主要由两个原因产生。第一、产气初期煤层有效压降漏斗范围小，供气煤层体积(V)有限；第二、煤层等温吸附曲线是非线性曲线，井底压力越高，吨煤单位压降解析气量(δ)越低，井底单位降压煤层气解析总量C=V×δ就越低。

随着井底流压不断下降，地层压降漏斗逐渐扩大，不仅供气煤层体积(V)增加，吨煤单位压降解析气量(δ)也增加，因此井底流压下降较小的值就能产出大量的煤层气。由于等温吸附曲线是由煤层物理性质和温度决定，且可以通过实验室准确测得，因此只要知道地层降压漏斗扩展规律，得出供气煤层体积与井底流压曲线就可以通过单井初期产气量准确的预测后期稳产量。

2.2 等温吸附曲线的处理方法

等温吸附曲线是非线性曲线，图1为阜康白杨河地区FS-X井在温度24℃条件下测得的等温吸附曲线图。在压力值变化程度相同的情况下随着压力的不断下降，相同降压范围的吸附量有显著的变化，为了在实际中计算各阶段的实际煤层解析体积，通过运用“有限元”的思想方法，认为曲线是由有限的足够小的直线组成，为了计算方便，我们将压降范围以0.2MPa为一段， 以确定在整个降压过程中对应不同压力，相同压降的总参与解吸体积。

图1 FS-X井实验室等温吸附曲线Figure 1 Well FS-X laboratory isothermal adsorption curve

2.3 煤层解析体积的计算方法

由于煤层气排采形成了降压漏斗，因此煤层与井筒距离不一样，其对应的流压也不一样。由于降压漏斗曲线的非线性，导致要准确计算测出距离井筒X的煤层流压f与井筒内流压F的关系是很困难的。通过分析发现，由于阜康白杨河地区渗透性较小，弱富水性，以及等温吸附曲线的非线性，导致产气量主要集中在近井地带，因此再次使用“有限元”的思想，认为在极小压力变化下，降压漏斗曲线呈线性变化。煤层解析体积也呈线性变化。

2.4 FS-X井参与解析煤层体积的计算

表1是取降压0.2MPa为一个单元“有限元”化等温吸附曲线和排采实际产气量计算FS-X井相应降压范围参与解析的煤层体积。

图2是取降压0.2MPa为一个单元“有限元”化等温吸附曲线和排采实际产气量计算FS-X井相应降压范围参与解析的煤层体积。

由上图可知，在排采制度“连续、稳定、缓慢”的前提下，阜康白杨河地区煤层解析体积与井底流压降幅可近视为线性关系，因此可以通过见套后3～5个月排采产气情况利用表1和图2推测出该井任意流压下稳产后的单井产量。

表1 FS-X井解吸体积动态变化统计表

图2 FS-X井解吸体积动态变化图Figure 2 Well FS-X desorption volume dynamic variation chart

3 结论

阜康地区由于水文地质简单，富水性弱，煤层含气量分布规律稳定，因此渗透性是影响排采降压漏斗形成的主控因素，煤层解析体积与井底流压降幅呈简单线性关系。在其他区域可能略有不同，但通过上述方法可以得出煤层解析体积与井底流压降幅的变化趋势，通过初期排采大致预测后期产量。这对于后期排采工作的优化以及对前期地质选区，钻井、压裂开发工程评价具有指导性的意义。

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CBM Drainage Impacting Factors and Single Well Output Prediction in FukangBaiyanghe Mine Area, Xinjiang

Yong Xiaojian

(Xinjiang Uygur Autonomous Region Coal Geological Integrated Exploration Institute, Urumqi, Xinjiang 830009)

The CBM exploitation can be partitioned into three stages including: geological, mining area selection assessment; subsequent drilling, fracturing and exploitation engineering; and then drainage. In new CBM exploitation regions, since no way to correctly, effectively establish CBM analytical model, thus to assess new region’s “dessert area” and prophase geological, project construction works often need a long time drainage, then through effect analysis can only come to a conclusion. The time usually needs 1 to 3 years (different blocks have slightly different), thus not advantageous to CBM exploitation. Based on CBM drainage research and production process in the Fukang Baiyanghe mine area, Xinjiang analyzed the main control factors. Using the “finite element” idea to simplify isothermal adsorption curve and CBM effective drainage pressure drop funnel curve, carried out computation of CBM single well drainage effective pressure drop range in the area, as well as single well output prediction and comparison.

Fukang Baiyanghe mine area; CBM exploitation; CBM single well output prediction; isothermal adsorption curve; pressure drop funnel

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.06.08

1674-1803(2017)06-0045-03

雍晓艰(1965—)，本科，高级工程师，主要从事煤田普查与勘探等相关工程和研究工作。

2017-04-06

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责任编辑：宋博辇