郭晓策

中石油煤层气有限责任公司韩城分公司

变渗透率条件下煤层气井的产能预测

郭晓策

中石油煤层气有限责任公司韩城分公司

煤层气储集特征、渗流机理均不同于常规砂岩气藏，导致产能评价难度较大。引入煤层气多组分的基质收缩效应，建立了近井地带紊流效应影响下的二项式产能模型，并进行了实际单井的应用及分析。结果表明：煤储层渗透率受到应力形变和基质收缩效应的双重影响，呈现先下降后上升的特征，且杂质气体含量越高，煤层渗透率恢复程度越弱。实际应用证明采用变渗透率的产能模型可对常规方法无法解释的煤层气井测试数据进行解释，解释结果能用于准确评价煤层气井的产能。

变渗透率条件；煤层气井；产能预测

1 渗透率应力敏感性特征

在煤层气藏开采过程中，排水和产气过程引起煤层孔隙内流体压力下降后，有效应力不断压缩煤层骨架，储层受到压缩使得储集空间减少，造成基质孔隙变小、天然微裂缝闭合，造成渗透率不断降低，这种现象称为渗透率应力敏感性。通过试验数据回归分析，可以得到Mc-Kee提出只考虑应力敏感性计算动态渗透率的经验公式，同样适用于煤层气从裂隙流向井筒过程中动态渗透率与储层压力的关系，即：

式中：p为储层压力，MPa; pe为原始储层压力，MPa;K为实际渗透率，μm2; K0为初始渗透率，μm2; b为压力敏感系数，MPa-1。

从上式可看出，在压力不断降低的过程中，渗透率也是随之降低的，而且这种变化在初期表现剧烈，后期表现缓慢。这是因为初期煤储层比后期更为不致密，煤一般发生弹性变形，更易被压缩，使煤储层孔隙或裂缝变小，造成渗透率初期下降剧烈;后期煤储层被压实并发生流变，由于具有了延展性而形变不可逆，渗透率基本保持不变。

2 渗透率影响因素分析

2.1 多组分储层基质收缩与裂缝渗透率关系

随着压力下降，储层渗透率先下降后上升。在第一阶段中渗透率迅速下降，这是因为孔隙流体压力降低导致有效应力增大，煤介质中一些微裂隙、孔喉道发生应力闭合引起渗透率下降；第二阶段时，由于第一阶段煤介质应力闭合已趋于稳定，且储层压力低于煤层的解吸压力，吸附气开始大量解吸导致煤基质收缩引起渗透率恢复。在整个压力下降阶段中煤基质压缩系数越大，渗透率下降幅度大，恢复程度也会减弱。

煤层气中不同组分含量对储层渗透率变化有一定的影响，煤层气组分含量对第一阶段影响较小，对第二阶段影响较大。第一阶段主要为应力变形导致渗透率下降；第二阶段因不同组分的吸附性不同，吸附性越强的组分所占比例越大，则煤基质的收缩变形量就越大，则渗透率上升幅度偏高，反之越小。(图1)

图1 不同组分含量下的渗透率比值变化曲线

2.2 煤层气井产能曲线分析

采用相同物性参数的常规砂岩在压降后期产能减少较快，而煤层产能下降较为缓慢且无阻流量大于常规砂岩，这是由于煤层气井基质收缩效应引起渗透率恢复所致。同时，随着煤层气井生产的进行，储层压力不断下降，在同一生产压差下单组分产能在吸附气解吸效应主阶段下降幅度比多组分缓慢，且无阻流量高。由于不同组分的吸附强度不同，单组分(CH4)解吸量大而多组分较小，基质收缩效应较强引起渗透率恢复程度好，所以单组分产能较高。

3 应用实例

某区块某煤层气井组生产初期，储层有效孔隙度为4.0%～4.5%，依据试井解释获得的渗透率为0.02×10–3μm左右，测试时产气量与井底流压均较难稳定，给产能评价带来较大难度。因此可以采用变渗透率模型来对该区块的一口煤层气井现场测试资料作产能预测评价，现场测得静压pe为10.5987MPa；井温T为52℃，现场获得的测试数据如表1所示。

序号 实际产量/ (104m3·d–1) 井底压力/MPa 常规拟压力ψ( p)/ (MPa2·(mPa·s)–1) 10.0681110.0930760.3620.138649.7229761.8130.238929.2328621.5040.340238.9627392.80

将常规方法及本文模型修正后的产能曲线进行对比(图2)。

图2 模型修正后的产能试井曲线

从图2看出，常规方法不适合于解释煤层气井测试数据，而模型的校正应用曲线呈线性，表明此模型可应用于现场测试数据解释。由直线的斜率及截距可得：A=0.4471，B=0.2786，则二项式方程为：ψ(pe)-ψ(pwf)=0.4471qg+0.2786q2g

则无阻流量为：qAOF=1.7×104m3/d。

第一，与物质平衡方法相比，对煤层气的渗流过程划分2个阶段，分别为应力变形阶段和基质收缩效应阶段。基质收缩系数、煤层气组分含量对应力变形主导阶段渗透率影响很小，而对基质收缩效应主导阶段影响较大。第二，煤储层中N2、CO2等其他气体含量会影响煤层渗透率的变化，吸附性越强的气体(N2、CO2)所占比例越大，煤基质收缩变形量及渗透率恢复程度越弱，反之越强。第三，由IPR产能曲线对比可见，煤基质收缩效应会使得煤层气井的无阻流量增大，且单组分(100%CH4)煤层气产能要高于多组分(95%CH4)。

[1]尹俊禄.煤层气井产能预测与增产技术研究[D].长江大学，2012.

[2]陈俊国.煤层气储层孔裂隙多尺度渗透率预测和流固耦合模型[D].中国矿业大学，2016.