沁水郑庄区块煤层气合层排采方法研究

盖志亮

（山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，山西 沁水 048000）

沁水郑庄区块煤层大概形成于1亿年前的白垩纪时期，垂直方向上岩土将含煤层段分为上下两段煤组，中间砂土层约120m厚，上下含煤组层部分约180m厚，如图1。在如此大的上下含煤组层之下，蕴含了极多的煤层气。对上下煤组使用了目前最为先进分压合层排采的开采方式，每个煤组内进行压裂时使用2个压裂段，试验选用井DT31#总共有4个压裂段，如表1。沁水郑庄区块煤层气合层排采层间的干扰受多个产层埋深储存的深度、压力、供给能力等差异影响较为严重，因此公司组织专门的攻关技术人员开发了一种新的煤层气合采工艺方案，取得了较好的应用效果。

1 合成排采方案应用原理

1.1 相态特征差异性

根据层间干围可把合层排采与单层排采流体相态分为压降传递无气水流动阶段、仅有水单相流动的饱和单相流阶段、仅有少量气流的非饱和单相流态阶段、以水为主的气水两相流阶段、以气为主的水气两相流阶段5大阶段，如图2所示表明了合排井和单排井以流体相态模型表征的差异。

图1 井下地层分布

表1 煤层气井压裂产层段基础数据

图2 排采过程的相态特征差异性

1.2 层间的干扰分析

1.2.1 干扰因素分析

根据分析，层间干扰会对合成排采的各大时期在供气、液能力有着客观影响。这些因素主要来自产层储层压力液面深度、临界解吸液面深度、供液、气能力差异、合采的层数等，并且这些因素差异越大，层间感染能力越强，反之则越弱。合采井处于同个水力系统，各层差异性小，十分便于合层排采。

1.2.2 层间干扰分析

根据试验分析结果，DT31井无论上煤组还是下煤组，均有着较稳定的储层压力，临界解吸液面深度均小于68m。通风一煤组各压裂段供液能力、储层压力、临界解吸液面深度差异小，层间干扰不明显。

1.2.3 临界解吸液面深度差异对层间干扰分析

水相渗透比煤层气相渗透率低1至2个数量级。产气初期渗透率极为不稳定，随着产气量增大后，气相渗透率处于优势地位，会逐渐增大，而水相渗透率会减小，储层供液能力减弱。通过分析可知合排井DT31上、下煤组的顶部煤层解吸液面深度分别为220m、380m，都低于下煤组储层压力对应的液面深度148m，因此在上煤组产气时，上下煤组都在产水。从排水降液面阶段至控压产气起始阶段，产水量逐渐随着井底流压降低而在一定波动范围内增大，如图3、4在憋压阶段至控压产气阶段的产水量波动达到最大，很形象地表明了层间干扰因素增大对多个产层产液时供液能力增长不一致。

图3 单排井液面深度对流压降幅产水量影响曲线

图4 合排井不同液面深度下对应Wpp和套压变化曲线

1.2.4 液面深度和产层埋深重合对层间分析

在控压产气期阶段，液面深度会受井底流压降幅的增大而慢慢增大。多层排采井不像单层排采井那样只需保证液面深度足够就可以，由于受到控压产气期不同时期的影响，必须要将液面深度降到上部产层的埋深之下以便于保障下部产层的产气能力，尤其在压裂段间距过大时，必须通过一定的排采工艺方法控制减弱储层伤害尤为关键。

2 合层排采方案

通过沁水郑庄区块煤层气开采区域仿真分析可以看出压裂影响半径最大为115m，该井的上煤层组约5300000m3，下煤组层约6930000m3，每井平均可达12230000m3，地质资源储量极为丰富。

沁水郑庄区煤井DT31#中的含煤段都有一层由泥沙、岩土、细分构成的隔水区间在其顶部，由砂岩及砂砾岩裂隙形成的含水层构成煤段，其富水性弱，具有一定的隔水功能，单位钻孔涌水量q=0.0012L /（s·m） ，渗透系数 k=0.5mm/d。通过试验测试，结果表明该井上、下煤组储层压力对应的液深分别为85m、149m。

3 合层排采应用效果分析

对选定的合成排采井持续一年的排采情况进行了监视分析，期间共计3300m3的产水量，约880000m3的产气量。选取比较有代表性的单排井检测分析1100d，期间共计约8200m3产水量，约1450000m3的产气量，如图5。分别从放喷、初期排水降液面、憋压、控压产气、控压稳产、产气衰减6个阶段进行排采工艺过程分析，合成排采井DT31井各阶段如表2。经过连续半个月的排水阶段，逐渐临近临界产气阶段并伴随有套压上升至1MPa。通过图2发现产气量逐渐减少，分析原因为正常的检修、维修导致产气量下降。此外产气量分别在两个时间段提升，分别是首次控压产气期2600m3/d和二次控压产气期4300m3/d。稳定期的日产气量约在4000m3/d，在稳定降液后，合采井进入了产气衰减阶段。分别从单排井的初期排水降液面、憋压、控压产气、控压稳产4 个阶段进行排采工艺过程分析，如表2。其排采曲线符合双驼峰曲线，通过对比排采试验数据得知：合成排采井相较于单排井有较高的含气饱和度，煤层气的储量也是单排井的1.9倍，并且排水降液面阶段的平均单日降压幅度和套压最大日变幅也远大于单排井。这是因为合排井和单排井的煤层不一样，分别是长焰煤和无烟煤，他们的性质孔隙度、大孔体积、孔隙体积压缩率有着很大差别，长焰煤都明显高于无烟煤，就造成长焰煤有着更强敏感性，因此合排井比单排井平均日产量更大。因此，在排采过程中煤层气开发显得更为重要。

图5 单层排采井排采曲线

4 结语

自新的煤层气合层排采方案应用以来，在沁水郑庄区块取得了良好的应用效果。合成排采井相较于单排井有较高的含气饱和度，煤层气的储量也是单排井的1.9倍，并且排水降液面阶段的平均单日降压幅度和套压最大日变幅也远大于单排井。目前该排采方案已广泛推广到区块内的其他采井内，取得了良好的应用效果。

表2 排水测试数据