煤层气井产能预测及提高产能方法

韩 勇

(山西潞安金源煤层气开发有限责任公司，山西 长治 046200)

引 言

在能源日渐紧缺的背景下，煤层气井开采还要获得更高的产能，以便更好地满足不断增加的能源需求。而加强产能预测，可以更好地进行排采工作的安排，合理进行煤层气开发，继而使气井产能得到提高。因此，还应加强对煤层气井产能预测及提高产能方法的分析，以便更好地推动煤层气井开采工作的开展。

1 煤层气井产能预测分析

在煤层气井排采期间，想要获得较大的煤层气井排采效率和采收率，还要结合产能大小变化对排采工作制度进行合理调整。现阶段，在煤层气井产能预测上，可以采用的方法有较多，如数理统计方法、物质平衡法、数值模拟方法和简化解析模型方法等等。采用数理统计法，需要利用数学理论对产气量数据展开分析，无法对各种因素给产能带来的影响展开分析。采用物质平衡法和数值模拟法，需要获取岩石流体、地质等数据，方法的实用性不强。采用简化解析模型方法，分析结果受简化条件的限制，只能在一定范围内适用[1]。因此，还要寻求有效的煤层气井产能预测方法，从而为煤层排采工作的开展提供科学指导。

2 煤层气井产能预测及提高方法研究

2.1 产能预测模型

在对煤层气井产能进行预测时，应考虑气井产能将受到生产中井底压力、套压等排采参数影响，并选择对产能贡献最大的因素，实现最优产能预测模型的构建，从而掌握煤层气产能变化规律。而采用多元逐步回归方式，能够建立回归方程，并带入产能影响因素。通过对各因素进行检验，可以使方程在引入新变量前只包含给产能带来显著影响的变量。在实际分析时，以某煤层气田部分区块为例。该区块煤层气井的产气过程包含三个阶段，分别为排水降压、稳定产气和产量递减阶段。在排水降压阶段，由于区块煤层孔隙度和渗透率较低，压力波传播速度较慢，在煤层气解析后日产气量会出现短期降低情况，呈现由无到有，由高到低的变化趋势[2]。采用多元逐步回归及通径分析方法，可以完成气井产能模型的建立，对参数影响规律进行分析。通过对该区块内10口典型气井排采参数及质量进行分析，结合不同产能和处在不同排采阶段的气井动态排采参数，可以从中完成与产气量相关程度较大的套压、井底流压和累积产气量这三个主要因变量的选择，基于多元逐步回归原理进行软件编制，完成气井产能预测模型的建立，如第115页式(1)所示。式中，xty、xjdly、xicp分别用于表示套压、井底流压和累积产气量，y为气井产能。通过对模型进行F和P检验可以发现，F检验数为134.331，P检验数为0.001，说明自变量与因变量间差异显著，模型具有统计学意义。

y=5 645.909-4 303.992xty-770.796xjdly+
0.000 025xicp

(1)

2.2 日产气量构成分析

采用多元回归分析方法，可以使变量间的多重共线性得到消除，从而使各因素与产能间的真实关系得到反映。但在对偏归回系数展开分析时，各因素单位不同，还要通过通径分析对各因素对产能的直接和间接影响展开分析。如式(2)所示，为直接通径系数与间接通径系数的关系，ρj→y为直接通径系数，ρi→j→y为间接通径系数，rij为相关矩阵，为每两个变量与因变量间的简单相关系数。

ρi→j→y=rijρj→y

(2)

针对得到的回归产能模型展开通径分析，可以得到日产气量构成因素通径分析表，如表1所示。通过分析可以发现，在直接影响因素中，套压给产气量的影响较为显著，直接通径系数达到了-0.558。相比较而言，累积产气的直接作用最小，仅为-0.042。从总体上来看，三个因素对产气量都会产生负效应。在间接影响因素中，井底流压将通过套压给予产气量较大影响，通径系数达-0.441。除此之外，累积产气量给予产气量的间接影响较大，并且为正效应，其他因素间接通径系数则较小，产生的间接作用可以忽略。从参数对产气量的综合影响来看，套压、井底流压和累积产气量与产气量相关系数分别为-0.636、-0.547和0.142。因此从总体来看，对产气量影响最大的因素为套压，该因素与其余两个因素存在负相关关系。

表1 日产气量构成因素通径分析表

2.3 产能预测结果分析

在区块煤层气井产能预测上，采用可行性较强的GM(1，1)模型与多元回归预测模型展开比较，以10口典型井实际动态数据为检验数据，可以得到各时间点上产气量相对误差平均值。表2为2种方法产能相对误差平均值统计分析表。从表中的数据可知，采用多元回归模型进行产能预测，相对误差平均值不超出12%。采用GM(1，1)模型进行预测，相对误差平均值最大能够达到50%。由此可见，采用多元回归模型实现产能预测的相对误差更小，预测精度更高。

表2 2种方法产能预测相对误差平均值统计分析表 %

如表3所示，为采用2种方法的产能预测结果统计分析表。相比较而言，采用多元回归模型进行产能预测，可以得到排水降压阶段、稳定产气阶段和产量递减阶段的产能平均值分别为12.21%、5.77%、5.56%，可以更好地对前两个产气阶段的产能进行预测。

表3 2种方法产能预测统计分析表 %

2.4 影响产能因素分析

分析影响产能的因素可以发现，在煤层气井不同排采阶段，套压将对产气量产生不同的影响。在排水降压阶段，套压的增大将导致产气量先增大后降低。在稳产阶段，产气量在达到峰值前，套管与产气量成正相关关系，达到峰值后为负相关关系。在稳定产气和递减阶段，套压将发挥井筒储集效应，使产气量在短时间内改变。综合来看，气井产能受套压影响较小。从累积产气量影响来看，在排水降压阶段，该参数与产气量先成正相关关系，之后转变为负相关关系。而在稳定产气和递减阶段，煤层中的水基本被排空，累积产气量基本保持稳定，因此与气井产能间的关系不大。相比较而言，井底压力对气井产能产生的影响更大。在套压和累积产气量的双重作用下，井底压力将发生变化。而在任何排采阶段，井底压力的增加都会导致产气量降低[3]。因为在井底压力增加的情况下，生产压差将随之减小，煤层气在从煤层向井筒渗流的过程中会受到阻碍。在排水降压和稳定产气阶段，井底流压都与产气量呈负相关关系，因此将对气井产能产生较大的影响。

2.5 产能提高方法

针对煤层气井产能预测结果，想要提高气井产能，可以采用注气增产技术。主要通过向煤储层中进行高压气体的注入，以使生产压差随之增大，使煤层气顺利从煤层向井筒渗流。通常情况下，需要注入CO2、N2等高压气体，促使煤层气由吸附态转化为游离态，从而使煤层气解吸扩散速率提升，达到提高气井产能的目标。从开采机理上来看，在储层中注入高压气体的情况下，煤储层能量得以增大。在相同的井底流压下，煤储层压力梯度将得到提高，继而使解吸出的煤层气快速运移至井底，使井口产气量增加。与此同时，注入对煤分子吸附力较强的气体，也可以使煤对甲烷的吸附进行竞争，促使甲烷分子由煤基质表面发生解吸，从而通过提高煤层气浓度加快扩散渗流速度，使气井产气量得到增加。此外，注入高压气体，可以使煤储层在小分子气体作用下产生新的裂隙。伴随着储层孔-裂隙系统的发育，煤层气的产出通道将得到增大，从而使煤层渗透率得到提高。在实际注气的过程中，结合煤层实际情况，可以分别采用先注气后采气和边注气边采气的方式。采用第一种方式，需要以合适井距进行注入井的钻探，然后将CO2等高压气体注入，使其与煤层中的煤层气进行吸附置换，使煤层中的CH4得到解吸，通过孔、裂隙运移至井底。采用连续性注气方法，需要在气井生产期间进行高压气体注入，使气体在较大孔、裂隙系统中参与产出气体渗流[4]。采用该种方法，高压气体无法及时进入煤基质单元与CH4发生吸附置换，但是能够使储层能量得到维持，使CH4的分压得到减小，继而使煤层气渗流速度得到提高。

3 结语

通过研究可以发现，在煤层气井排采期间，还要实现产能的合理预测。采用多元回归模型进行预测，可以得到更加精确的产能预测结果，明确产能将受到井底流压的影响，在流压增大的情况下，出现日产气量降低的问题。针对这一情况，还要采取注气增产技术加大生产压差，从而使日产气量维持稳定，最终达到提高产能的目的。