王海侨 韩军昌

(中联煤层气有限责任公司，北京 100015)

1 概况

寿阳南燕竹区位于沁水盆地北部，面积99.8km2，本区发育3号煤、9号煤和15号煤三套主力煤层，煤层气资源较为富集，已提交煤层气探明地质储量共1.35×1010m3。本区15号煤发育最稳定、资源丰度最高，是目前的煤层气开发主力煤层。南燕竹区目前已陆续实施煤层气井超过120口，主要以15号煤单层开发为主，目前单井日产气量主要分布在200～2000m3/d之间，井间产气差异较大。煤层气具有低渗、低压的特点，渗透率随储层改造及排采过程而变化，煤层气在储层中的运移经历解吸、扩散、渗流三个阶段。为了分析产气量差异在排采管控方面的原因，本文从排采初期排水降压阶段的压降漏斗扩展范围入手，通过对本阶段压降漏斗扩展范围的定量计算，分析前期压降漏斗与产气量之间的关系，从而为全区排采初期阶段的制度优化提供依据。

根据南燕竹区目前单井产气量的分布区间，本文选择了含气量相近、排采时间2年以上、排采过程稳定连续、排采制度控制原则相同、目前稳定产气量依次为200m3/d、400m3/d、800m3/d和1600m3/d左右的4口代表井NY-1、NY-2、NY-3和NY-4进行重点分析。研究区及目标井的位置见图1。

图1 研究区位置及目标井位图

2 排采概况

2.1 资源条件

本次研究的4口目标井产气层均为15号煤单层，含气量相近，厚度有一定差异，储层压力和解吸压力差别较为明显，其基本参数见表1。

表1 目标井基础参数表

2.2 生产概况

4口井目前的排采生产时间在879～1848天之间，最高产气量分别为1883m3/d、870m3/d、436m3/d和220m3/d，稳产气量分别为1600m3/d、800m3/d、400m3/d和200m3/d左右，其排水降压阶段的排采时间分别为422天、425天、261天和336天，主要生产参数见表2。

表2 排采生产参数表

3 压降漏斗与产气关联分析

3.1 压降漏斗扩展过程

煤层气井在排水降压的初期阶段只产水不产气，煤储层中为水的单相流动，假设单井区煤层均质等厚，煤层气井为水动力学完善井，则煤层中的渗流符合平面径向渗流规律。根据4口目标井在排水降压阶段的生产数据的拟合结果，其排水降压阶段的压降漏斗范围分别为90.6m、63.6m、43.5m和25.6m，漏斗扩展与对应的产气曲线见图2。

图2 目标井压降漏斗扩展过程汇总图

3.2 压降漏斗与产气关联分析

根据4口目标井在排水降压阶段的漏斗范围与后期的产气量的交汇分析，二者表现出明显的正相关关系(图3左)，相关系数非常高，显示出排水降压阶段尽量扩展压降漏斗对煤层气井产气潜力的挖掘意义重大。按照该对应关系，单井日产气量1000m3/d对应的排水降压阶段的漏斗半径是67m。而排水降压阶段的流压降速与后期产气量虽然也存在正相关关系，但相关系数不是很高，显示本阶段的流压降速并不是直接对产气量形成控制。按照该对应关系，单井日产气量1000m3/d对应的排水降压阶段的流压降速在3kPa/d左右。

图3 排水期压降漏斗范围及流压降速与产气量交汇分析图

3.3 其他影响因素分析

对煤层气井来说，排采制度是影响产气量的一个重要因素，但不是最重要的因素，产气量首先由资源条件决定，其次受工程效果影响，最后才是排采过程的影响。

4口目标井的资源丰度分别为1.67×108m3/km2、1.39×108m3/km2、1.28×108m3/km2和1.01×108m3/km2，与目前的稳定产气量相比，资源丰度与产气量的正相关性非常高(图4左)，显示了资源丰度对产气量的基础控制作用。同时，根据生产数据对4口井的储层进行拟合发现，4口井目前的储层渗透率分别为1.41mD、0.51mD、0.09mD和0.06mD，渗透率同样与产气量表现出高度的正相关(图4右)，显示了储层渗流性能对产气量的决定性影响。根据该对应关系，单井日产气量1000m3/d对应的储层渗透率为接近0.8mD。而储层压力和解吸压力则与产气量无明显的相关关系。

图4 资源丰度和储层渗透率与产气量交汇分析图

4 排采管控意义分析

4.1 机理分析

4口典型井排水降压阶段的压降漏斗范围分别为90.6m、63.6m、43.5m和25.6m，目前的压降漏斗范围分别为133.7m、75.3m、55.7m和58.5m，漏斗状态的简化模型见图5。

图5 4目标井的漏斗状态简化模式图

南燕竹区15号煤的一个特点是临储比低，本地区已钻井的平均临储比仅为0.36，本文4口目标井的平均临储比为0.473，略高于全区平均值，但仍低于0.5。低临储比条件下，整个压降过程中前期排水降压阶段的占比相对较大，平均超过一半的储层压力，而后期产气过程的压降范围则被压缩。该条件下，压降漏斗中压力高于解吸压力的部分即不贡献产气的无效压降部分的比例也相对较高，为了获得尽可能多的有效压降，应该在见气之前将压降漏斗扩展的尽可能大，一旦压力降至解吸压力以下，井筒附近的甲烷开始解吸，流体从单相流变为两相流，渗流通道的部分被气相占据，排水能力开始受到影响，因此应在两相流出现之前，应把压降漏斗的范围尽量扩展。

4.2 排采管控意义

煤层气井排采过程中，在特定的资源条件下，储层压力、渗透率和流压降速等都影响着最终的产气量，而压降漏斗恰好是这几个参数的综合作用下的结果，压降漏斗范围与产气量的关联度高于上述单一参数，因此，使用压降漏斗作为排采管控的依据可以避免使用单一参数时因其与产气量关联程度偏低而导致排采管控准确度下降的问题。

为保障单井产气量所需要的压降漏斗范围，可以将排水降压阶段的压降漏斗范围作为本阶段排采管控的技术目标，根据排水降压期压降漏斗范围与单井产气量的相关关系(图3左)，单井产气量1000m3/d对应的排水降压期的压降漏斗约67m，即：按照平均参数，本地区单井产气量要达到1000m3/d，在排水降压初期应该将压降漏斗扩展到67m左右。而按照本阶段流压降速与产气量的关系(图3右)，单井产气量1000m3/d对应的排水降压阶段的流压降速约3kPa/d，根据南燕竹区储层压力和解吸压力的分布范围，储层压力降到解吸压力的平均降压范围约1.2MPa左右，按照该平均压力值和平均降速，本地区煤层气井排水降压阶段的时间约在400天左右。根据图4右所反应的压降漏斗与渗透率的关系，如果渗透率较高，该过程可以较快，而如果渗透率过低，可能压降漏斗扩展到67m所对应的流压降速会很小，本阶段的时间会大幅度拉长，这种情况下，可能是储层改造未达到预期效果，不建议继续进行长时间排采，应尽快考虑实施增透措施提高储层渗透率。

因煤储层的非均质性及不同区域的储层特征差异非常大，本文的分析仅针对寿阳南燕竹区的煤层气井，结果也仅适用于研究区。