探析沁水低產(chǎn)煤層氣井原因
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摘要沁水煤層氣田位于山西沁水地區(qū)，目前進入規(guī)模開發(fā)階段。在開發(fā)過程中遇到的主要問題是許多煤層氣井產(chǎn)量低。為了解決這個問題，現(xiàn)場采取了多種措施，但是收效甚微。本文從煤層氣儲層中水的分布狀態(tài)角度出發(fā)，從理論上淺析了儲層中不同游離水狀態(tài)對煤層氣產(chǎn)量的影響。通過與實際煤層氣井顯示的表象進行對比，初步揭示了煤層氣井低產(chǎn)的主要原因。并根據(jù)不同氣井的產(chǎn)水量給出了相應的具體解決措施，為這些低產(chǎn)井的排水采氣提供了指導性意見和建議。提出了深入研究煤層氣儲層中水的區(qū)域分布對煤層氣開發(fā)的重要性。
論文關(guān)鍵詞：煤層氣,低產(chǎn),原因
目前山西沁水地區(qū)的煤層氣開發(fā)已經(jīng)進入大規(guī)模開采階段，已經(jīng)在鄭莊區(qū)塊、里必區(qū)塊、共計投產(chǎn)411口井，從目前投產(chǎn)井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)來看產(chǎn)量低于500m3/d的氣井共計112口井，占總井數(shù)的27%。煤層氣井的低產(chǎn)嚴重的影響了開發(fā)指標的順利完成，為了搞清楚煤層氣低產(chǎn)的原因，現(xiàn)場技術(shù)人員從壓裂參數(shù)，壓裂液返排、壓裂施工、排采方式、排采速度、排采控制等多個環(huán)節(jié)進行了比較全面的分析，并在現(xiàn)場進行了試驗，但總的效果并不明顯，僅僅二次壓裂技術(shù)在現(xiàn)場應用中見到了一定的效果。那么，到底是什么因素導致了部分煤層氣井的低產(chǎn)呢，為了摸清導致煤層氣井低產(chǎn)的關(guān)鍵所在，對目前運行的335口生產(chǎn)井的日報進行從排液制度到煤粉含量等十多項認為能夠影響煤層氣井產(chǎn)量的因素逐一進行了分析。通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的深入分析，我們發(fā)現(xiàn)了一個規(guī)律，就是在煤層氣開采過程中，水量是控制煤層氣井產(chǎn)氣量的一個重要因素。下面，我們就煤層氣井的產(chǎn)水量與產(chǎn)氣量的關(guān)系對煤層氣井低產(chǎn)原因進行一個初探，看看水量對煤層氣井產(chǎn)量的影響程度到底有多大。
為了摸清煤層氣井在正常生產(chǎn)過程中氣產(chǎn)量與水的相互關(guān)系，我們對現(xiàn)場正在生產(chǎn)的所有煤層氣井的產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計， 統(tǒng)計結(jié)果見表1。
表1 部分煤層氣井產(chǎn)氣量與產(chǎn)水量關(guān)系
產(chǎn)水量
m3/d
井數(shù)
口
大于1000m3/d井數(shù)
口
產(chǎn)水量
m3/d
井數(shù)
口
大于1000m3/d井數(shù)
口
0.1
22
6
1.2
8
0
0.2
18
5
1.3
6
0
0.3
18
2
1.7-2.2
24
16
0.4
16
2
2.3-2.5
28
5
0.5
13
2
2.6-3.1
34
4
0.6
14
5
3.2-3.5
16
8
0.7
12
2
3.6-4.9
30
5
0.8
4
2
5.0-9.9
40
5
0.9
13
3
1.0
10
1
1.1
9
0
從表1中可以看出，產(chǎn)水量特別少的井，高產(chǎn)井所占的比重比較低，在統(tǒng)計的數(shù)據(jù)中，每天產(chǎn)水量在0.1-1.2m3/d的氣井共計163口井，其中產(chǎn)氣量在1000 m3/d以上的氣井共計30口井，占18%左右；每天產(chǎn)水量在1.7-2.2m3/d的氣井共計24口井，其中產(chǎn)氣量在1000 m3/d以上的氣井共計16口井，占66%左右；每天產(chǎn)水量在2.3-9.9m3/d的氣井共計148口井，其中產(chǎn)氣量在1000 m3/d以上的氣井共計27口井，占18%左右；
從表1中還可以看出，在不同產(chǎn)水量的情況下都有一些高于1000 m3/d 的氣井，從表相數(shù)據(jù)來看，產(chǎn)氣量好似與產(chǎn)水量沒有什么對應關(guān)系，這到底是什么原因?qū)е碌哪�，帶著這個問題，我們對煤層氣與水的關(guān)系進行了研究。
2煤層氣的產(chǎn)出機理
其實，目前在煤層氣的產(chǎn)出機理方面已經(jīng)進行了大量的研究工作，基本已經(jīng)了解了煤層氣的存儲狀態(tài)和產(chǎn)出機理。目前普遍得到認可的理論就是解析理論。在儲層條件下，煤層氣分子是吸附在煤層中煤顆粒表面的，以吸附氣的形式存在。當煤層中的壓力降到其解析壓力時，煤層氣分子就會脫離煤顆粒的表面而成為游離氣。這些游離氣通過煤層中的節(jié)理、割理、微小裂縫等通道進入井內(nèi)，通過井筒到達地面。
3影響煤層氣井產(chǎn)量的主要因素分析
從客觀角度說，影響煤層氣井產(chǎn)量的原因主要有三個方面：第一是煤層氣的噸煤含量，在其它條件基本一致的情況下，噸煤含量高的區(qū)域，產(chǎn)氣量相對高；另外一個原因是煤層本身的滲透性和微裂隙之間的相互連通性，連通性好的儲層通常能獲得較高的產(chǎn)量；第三個影響煤層氣井產(chǎn)量的原因就是儲層中的水含量。當然了，煤層氣井的壓裂效果和排采方式也是影響煤層氣產(chǎn)量的原因之一，但本文認為并不是主要因素。在這里，關(guān)于其它因素對于煤層氣噸煤含量的影響已經(jīng)有許多文章進行了詳細的剖析[1]，就不再贅述，本文只敘述儲層中的水對于煤層氣開采的影響。
從理論上來說，煤層氣儲層中水的儲存形態(tài)通常有兩種形式，一種是以束縛水的形式存在，另一種是以自由水的形式存在。對于束縛水來說，除了會導致煤層氣噸煤含量的些許下降，由于其不可流動，故在煤層氣開采過程中不能起到降壓作用；在煤層氣井降壓開采過程中起到關(guān)鍵作用的就是煤層氣儲層中的自由水。儲層中的自由水流入井內(nèi)后會導致儲層內(nèi)壓力下降，當壓力降到煤層氣解吸壓力后，氣井才能正常產(chǎn)氣。煤層氣儲層中的自由水來源又有若干種，一種是在成藏過程中就存在的自由水，一種是通過煤層中的裂隙滲進煤層中的自由水，一種是無源自由水，一種是有源自由水。如果我們的生產(chǎn)井正好打在了無源自由水區(qū)域，由于儲層中的自由水無水源供應，只要排出少量的水，就會迅速在近井地帶形成比較大的壓降漏斗，使近井地帶的儲層迅速達到煤層氣的解吸壓力，達到生產(chǎn)煤層氣的條件。從目前生產(chǎn)井的排水量和產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)可以看出，有一些井雖然排水量比較少，但產(chǎn)氣量比較高，這種類型的井通常就是打在了無源自由水區(qū)域；如果生產(chǎn)井正好打在有源自由水區(qū)域，在煤層氣井排采過程中，由于有水源供水，導致近井地帶儲層降壓速度緩慢，壓力漏斗擴展緩慢，不能在比較大的范圍內(nèi)形成解吸壓力區(qū)域，導致煤層氣不能解吸。另外，由于有水源供水，儲層中的裂隙始終被水占據(jù)，使已經(jīng)解吸的煤層氣也無法通過裂隙通道到達井內(nèi)。這種類型的井在排采過程中的主要表現(xiàn)為排水量比較大，產(chǎn)氣量相對較低。如果在儲層中存在有比較大的裂隙，并且具有充足的水源供水，就會導致雖然在不斷地進行大量排水，但在近井地帶無法有效地建立解吸壓降，導致氣井無法產(chǎn)氣。在生產(chǎn)實踐中，大排水量，低產(chǎn)氣量或無產(chǎn)氣量的氣井占有相當?shù)谋壤�。究其原因，就是由于水源供應充足，不能在近井地帶建立有效的解吸壓降漏斗�?br>
從上述理論就可以分析出影響煤層氣井產(chǎn)量的主要原因。
4提高煤層氣井產(chǎn)量的技術(shù)手段
理論指導實踐，在充分摸清楚了導致煤層氣井低產(chǎn)的原因之后，就能對癥下藥，找到解決煤層氣井低產(chǎn)的方法，根據(jù)上面的理論分析，對于低產(chǎn)煤層氣井，根據(jù)出水量與采氣量的具體情況，可以采取以下幾種增產(chǎn)措施：
4.1水量低、氣量低
對于正常排采過程中出現(xiàn)水量低，氣量低的煤層氣井，多數(shù)屬于儲層中束縛水占居主導地位的情況，由于游離水比較少，難以在儲層中建立有效的解吸壓差，也不能迅速的擴大壓降漏斗，從而導致產(chǎn)氣量低下。對于這種類型的氣井，建議采用重復壓裂技術(shù)進行二次壓裂，在壓裂過程中采用小流量，大注入量的原則，使儲層中的裂隙在水壓的作用下擴大，增加導流能力，另外，這種措施可以利用外來水作為儲層降壓媒體，在排水過程中使儲層中建立有效的解吸壓差，達到增加產(chǎn)氣量的目的。
4.2水量適中，產(chǎn)氣量低
在排采過程中，這些井的主要表現(xiàn)為，產(chǎn)水量恒定不變或變化很小，產(chǎn)氣量上升緩慢或基本不變，這種井主要是由于在儲層中具有與水源連通的中小裂隙，這些裂隙中的水在生產(chǎn)壓差的作用下，不斷的進入井內(nèi)，導致排水所形成的壓差不能有效的向裂隙周圍的煤層中傳遞，由于水是由裂隙中進入井內(nèi)，故在固定壓差作用下，流量基本不變或變化很小。由于生產(chǎn)壓差不能有效的向周圍傳遞，所以導致氣量不增或增加速度緩慢。對于這種類型的氣井，建議采用有機堵水劑對裂隙進行封堵，降低裂隙出水量，擴大近井地帶的壓力傳遞，提高氣產(chǎn)量。
4.3水量高，氣量低
這種類型的井通常是打到了水源區(qū)，由于供水充足，儲層中裂隙中排出的水被迅速補充，不能有效的建立解吸壓差，故氣井的表現(xiàn)通常是排水量很大，但是氣量很低或者根本無氣。如果是水平井或者羽狀井中有水平井段或某個羽狀井段穿過水源區(qū)，也會使生產(chǎn)壓差大部分或者全部消耗在穿過水源區(qū)的水平井段，導致在其它產(chǎn)氣井段或羽狀井段不能建立有效的生產(chǎn)壓差而使水平井或者羽狀井達不到預期產(chǎn)氣量。對于這種類型的直井，建議采用無機堵水方法進行大裂隙的堵水措施，降低大裂隙的出水，使小裂隙中的水產(chǎn)出，降低儲層解吸壓力，增加氣產(chǎn)量。如果是在水平井或者羽狀井中出現(xiàn)這種情況，建議首先測試出水井段，然后用機械卡水措施封堵出水井段，擴大其它井段的解吸壓力，提高氣井產(chǎn)量。
5結(jié)論與建議
5.1結(jié)論
從煤層氣儲層中水對煤層氣產(chǎn)量影響的理論分析和現(xiàn)場實際氣井所反映出來的表象都證明了游離水的分布對煤層氣產(chǎn)量有著直接的影響。對于煤層中水的分布狀況的深入研究，將對煤層氣的排水采氣措施起到積極的指導作用。
5.1建議
深入對沁水煤層氣儲集層中水的分布狀況進行研究，明晰儲層水源及高滲透區(qū)域，為開發(fā)井的合理布局提供重要的參考依據(jù)。
參考文獻：[1]降文萍, 崔永君, 鐘玲文, 李建武, 張 群 煤中水分對煤吸附甲烷影響機理的理論研究《天然氣地球科學》 第18 卷第4 期 2007 年8 月 第576-579頁；
