煤層氣井排采初期穩(wěn)壓排采效果分析及其排采制度優(yōu)化意義

王海僑

(中聯(lián)煤層氣有限責任公司研究院，北京 100016)

1 引言

煤層氣井的排采遵守“連續(xù)、緩慢、穩(wěn)定、長期”的基本原則，通常按照開抽、解吸、產(chǎn)氣、達產(chǎn)和衰減等節(jié)點分為排水降壓、見套憋壓、放氣提產(chǎn)、保持穩(wěn)產(chǎn)、自然降產(chǎn)等主要的排采階段(或進一步細分)，在各個階段根據(jù)儲層特點和流體特性的差異分別采用不同的排采制度進行生產(chǎn)控制，以最大程度的挖掘單井產(chǎn)氣潛力。

圖1 X-1井排采曲線

在排采初期的排水降壓階段，應通過合理的排采制度盡量擴展壓降漏斗的范圍，尤其在儲層滲透率偏低的情況下，如果見氣過快，井筒附近部分滲流通道會被氣相占據(jù)，導致產(chǎn)水衰減，壓降漏斗擴展的難度增大，導致后續(xù)提產(chǎn)潛力不足。

本文研究的目標井X-1井位于沁水盆地北部壽陽區(qū)塊，本地區(qū)發(fā)育3號煤、9號煤和15號煤三套主力煤層，其中以15號煤厚度和含氣量最高、煤層氣資源最為豐富，為本地區(qū)目前煤層氣開發(fā)的主力煤層。本地區(qū)15號煤的煤層氣資源較為豐富，但也存在埋深偏大、破碎程度偏高、儲層壓力系數(shù)低、臨儲比低等不利因素，對煤層氣開發(fā)效果有較大的影響。由于儲層壓力偏低，煤層氣井的壓降漏斗擴展難度偏大；加之臨儲比也偏低，造成煤層氣井壓降范圍中能夠貢獻產(chǎn)氣的有效壓降范圍更加偏小，因此本地區(qū)在排采時尤其是在排采初期的排水降壓階段需要盡量擴展壓降漏斗，為整個生產(chǎn)周期創(chuàng)造盡可能大的壓降漏斗基礎。

為了實驗本地區(qū)煤層氣井排采初期采用穩(wěn)壓排采的效果，在本地區(qū)X-1井的見氣前進行了兩次穩(wěn)壓排采，同時對其壓降漏斗和儲層滲透率進行了動態(tài)分析，跟蹤其動態(tài)變化，以此分析穩(wěn)壓排采的效果，為排采制度優(yōu)化提供參考。

2 穩(wěn)壓排采表現(xiàn)

2.1 整體排采表現(xiàn)

目標井X-1井為單產(chǎn)層直井，目標煤層為15號煤，厚度5.3m，含氣量14.6m3/t，埋深696.8m，采用常規(guī)水力加砂壓裂的儲層改造方式，排采設備為螺桿泵+自動化的常規(guī)組合。本井儲層壓力2.47MPa，壓力系數(shù)0.36；臨界解吸壓力1.45MPa，臨儲比0.59。目前的排采天數(shù)已超過1680天，日產(chǎn)水量在2～17m3/d左右，目前井底流壓降至0.42MPa，日產(chǎn)氣量1852m3/d(圖1)。

根據(jù)排采動態(tài)數(shù)據(jù)的分析擬合結(jié)果，目前本井的壓降漏斗半徑約117.8m，有效產(chǎn)氣半徑約59.1m(圖2)。

圖2 X-1井壓降/產(chǎn)氣半徑監(jiān)控曲線

圖3 兩次穩(wěn)壓排采的壓力和產(chǎn)水量曲線

圖4 兩次穩(wěn)壓過程的壓降漏斗半徑和儲層動態(tài)滲透率

2.2 兩次穩(wěn)壓排采實驗情況

第一次穩(wěn)壓排采在開抽第216天后開始，此時井底流壓為2.12MPa，高于本井區(qū)的儲層臨界解吸壓力，未見套壓，日產(chǎn)水量為6.6m3/d左右。本次穩(wěn)壓安全運行了96天后產(chǎn)水量開始明顯下降，隨后停止穩(wěn)壓開始降壓，但產(chǎn)水量在5天后持續(xù)下降至1.6m3/d，之后開始進行檢泵作業(yè)。作業(yè)用時1天，復排后流壓恢復至2.16MPa，上升40kPa，等效壓降半徑從77.8m縮小至72.1m(圖3a)。

第二次穩(wěn)壓排采在開抽第646天開始，此時井底流壓為1.66MPa，高于本井區(qū)的儲層臨界解吸壓力，未見套壓，日產(chǎn)水量為8.9m3/d左右。本次穩(wěn)壓安全運行了71天后，產(chǎn)水量一天之內(nèi)快速下降至3.6m3/d，隨后發(fā)生卡泵并進行解卡作業(yè)。作業(yè)用時1天，復排后流壓恢復至1.96MPa，上升300kPa，等效壓降半徑從119.5m縮小至116.3m(圖3b)。

兩次穩(wěn)壓排采實驗的最后均以產(chǎn)水量快速下降而結(jié)束，為避免再次出現(xiàn)類似的儲層傷害，且本井的排水降壓階段已超過700天，壓降漏斗已擴展至接近120m，因此后續(xù)不再繼續(xù)進行穩(wěn)壓排采實驗，采用連續(xù)穩(wěn)定的降壓策略持續(xù)排采生產(chǎn)至今。

3 穩(wěn)壓排采過程分析

3.1 壓降漏斗和動態(tài)滲透率分析

第一次穩(wěn)壓的流壓為2.12MPa，前期累計壓降0.29MPa，前期流壓平均降速1.34kPa/d。本次穩(wěn)壓排采過程中本井的壓降漏斗半徑從62.8m擴展到78.7m，擴展速度0.17m/d，即在穩(wěn)流壓的情況下壓降半徑仍然能夠持續(xù)擴大。從該角度來看，穩(wěn)壓排采的降壓擴徑效率非常高，既擴展了壓降漏斗，又節(jié)約了寶貴的井底流壓。但同時對儲層進行動態(tài)滲透率跟蹤發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)壓排采過程中儲層動態(tài)滲透率一直在緩慢下降，從開始時的0.76mD緩慢下降到后期的0.59mD，下降幅度約22.4%，最后3天產(chǎn)水快速下降，滲透率也同步快速下降到0.4mD以下，下降幅度約47.4%(圖4a)。

第二次穩(wěn)壓的流壓為1.66MPa，前期累計壓降0.75MPa，前期流壓平均降速1.16kPa/d。本次穩(wěn)壓排采過程中本井的壓降漏斗半徑從102.7m擴展到107.9m，擴展速度0.07m/d，在穩(wěn)流壓的情況下壓降半徑仍然能夠持續(xù)擴展。本次穩(wěn)壓過程中儲層動態(tài)滲透率基本維持在1.01mD左右無變化(此時滲透率比第一次穩(wěn)壓時提高了32.9%)，但本次穩(wěn)壓運行至第72天時，儲層滲透率一天之內(nèi)快速下降至0.43mD，一天之內(nèi)的傷害程度達到57.4%(圖4b)。

從兩次穩(wěn)壓排采過程中的滲透率表現(xiàn)來看，穩(wěn)壓排采時井底的生產(chǎn)壓差不再變化，而隨著排水的持續(xù)，壓降范圍不斷擴展，井筒外側(cè)的壓降梯度不斷下降，對儲層裂隙中流體的驅(qū)動力也相應的逐漸下降。當壓降梯度低于攜帶煤粉所需要的最小壓力時，煤粉開始發(fā)生沉淀，造成裂隙堵塞，滲透率快速下降。

更為重要的是，第二次穩(wěn)壓排采結(jié)束之后，本井后續(xù)的壓降漏斗擴展就變得非常困難，雖然目前的日產(chǎn)氣量已超過1800m3/d，但壓降漏斗已基本不再擴展(圖3)，目前的產(chǎn)氣量主要來自井底流壓下降而產(chǎn)生的壓降空間，即目前是在用壓降來換取產(chǎn)量，這種情況下，只能用持續(xù)的降壓空間來維持產(chǎn)氣量，一旦流壓耗盡，產(chǎn)氣量將迅速衰減。

3.2 壓降漏斗擴展速度對比分析

為了對穩(wěn)壓排采和降壓排采的效果進行直接的分析對比，分別對兩次穩(wěn)壓階段前后20天的流壓降速與壓降漏斗擴展速度進行統(tǒng)計。兩次穩(wěn)壓排采前后的流壓與壓降漏斗相關參數(shù)見表1。

表1 兩次穩(wěn)壓排采前后的流壓與壓降漏斗相關參數(shù)統(tǒng)計表

從表1可見兩次穩(wěn)壓排采前后，壓降漏斗增速和降壓效率都有所下降。第一次穩(wěn)壓排采前后，漏斗增速從18.5cm/d下降到17cm/d，降壓效率從18.5 cm/kPa.d大幅度下降到2.3 cm/kPa.d。第一次穩(wěn)壓排采前后，漏斗增速從13.5cm/d下降到12.5cm/d，降壓效率從27 cm/kPa.d大幅度下降到25cm/kPa.d。需要注意的是，第一次穩(wěn)壓結(jié)束后，流壓降速較快，達到7.5kPa/d，造成了降壓效率大幅度降低，該數(shù)據(jù)也為后續(xù)的流壓降速的控制提供了參考。

3.3 穩(wěn)壓與降壓的對比分析

為了對比，另選擇了本井的兩個連續(xù)降壓階段，對各項參數(shù)進行同樣的擬合分析，來分析連續(xù)穩(wěn)定降壓時的儲層演化情況。

表2 穩(wěn)壓和降壓階段各項參數(shù)分析對比表

圖5 兩個連續(xù)降壓排采階段的壓降-漏斗擴展關系對比圖

兩次連續(xù)降壓排采階段均選擇穩(wěn)壓結(jié)束后的連續(xù)降壓過程。第一個連續(xù)降壓階段從開抽第350天至407天共57天，流壓從1.97MPa連續(xù)下降至1.48MPa，平均降速為8.6kPa/d(按照低于臨界壓降速度進行控制(圖5a)。第二個連續(xù)降壓階段從開抽第746天至838天共92天，流壓從1.83MPa連續(xù)下降至1.63MPa，平均降速為2.17kPa/d(圖5b)。

根據(jù)兩次連續(xù)降壓階段開始和結(jié)束時儲層參數(shù)的擬合計算發(fā)現(xiàn)，兩次穩(wěn)壓排采的儲層滲透率均發(fā)生了下降，而兩次連續(xù)降壓排采的儲層滲透率都得到了提高，其中第二個降壓階段在平均2.17kPa/d的降速下，92天時間里儲層滲透率提高了154.3%。與此相對應，流壓的臨界降速方面，兩次穩(wěn)壓排采都導致了臨界降速的下降，而兩次連續(xù)降壓排采都促進了臨界降速的提高(表2)。即通過兩個穩(wěn)壓階段和兩個連續(xù)降壓階段的對比可以發(fā)現(xiàn)，長時間的穩(wěn)壓排采會造成儲層滲透率的明顯下降，使排采管控的流壓臨界降速被壓縮，漏斗擴展難度加大；而連續(xù)穩(wěn)定的降壓排采則可以持續(xù)改善儲層滲透率，使排采管控的臨界降速變大，這種情況下，可以使用更快的流壓降速來獲得更快的壓降漏斗擴展，從而達到提高采氣速度的目的。