煤系气开采模式探索及先导工程示范.pdf

第4 5 卷第7 期 2 0 2 0 年7 月 煤炭学报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V 0 1 ．4 5N o ．7 J u l y 2 0 2 0 移动阅读 秦勇，吴建光，李国璋，等．煤系气开采模式探索及先导工程示范[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 0 ，4 5 7 2 5 1 3 2 5 2 2 ．d o i 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j C C S ．D Z 2 0 ．0 6 2 1 Q I NY o n g ，W UJ i a n g u a n g ，L IG u o z h a n g ，e ta 1 ．P a t t e r n sa n dp i l o tp r o j e c td e m o n s t r a t i o no fc o a lm e a s u r e sg a sp r o d u c t i o n [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n aC o a lS o c i e t y ，2 0 2 0 ，4 5 7 2 5 1 3 2 5 2 2 ．d o i 1 0 ．1 3 2 2 5 ／j ．c n k i ．j C C S ．D Z 2 0 ．0 6 2 1 煤系气开采模式探索及先导工程示范 秦勇1 ，吴建光2 ，李国璋1 ，王应斌2 ，申建1 ，张兵2 ，沈玉林1 1 ．中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏徐州2 2 1 0 0 8 ；2 ．中联煤层气有限责任公司，北京1 0 0 0 1 5 摘要煤系气赋存态多种多样，储层属性复杂多变，经济高效开采模式尚处于探索起步阶段。分 析了国内科技攻关和现场试验近期进展，初步总结关于煤系气开采模式现有认识，对比分析了不同 模式的适用性和局限性，并以临兴区块示范工程为例分析归纳了产量曲线类型及其合采有效性特 点，介绍了煤系气合采成功范例。以管柱结构设计和排采管控方式为主，考虑井型选择和压裂方 式，将煤系气开采工艺初步归纳为分排、先分后合、合排3 类模式。每类模式包括若干具体方式；这 些模式和方式各有优缺点，分排及合排模式中的主要方式在应用中见到初步效果，先分后合模式目 前尚处于设计乃至设想阶段。建议煤系气开采模式及其技术创新本着“因地制宜、取长补短、多措 并举、有所侧重”的策略，根据气藏具体地质条件选用和发展适应性开采工艺。目前仅有的两个国 家级示范专项工程推进了我国煤系气开采模式的创新，临汾示范区采用分区分采方式实现了煤系 气开发规模快速扩展，，I 盘兴示范区探索“排气降压”诱控接续合排工艺初步实现了煤系多气经济高 效合采。重点分析了临兴示范区煤系气开采工程示范效果，揭示了自然接续工艺下的煤系气生产 规律，发现存在4 种单井产量曲线类型，包括以解吸气多层合采为特征的I 型曲线，以游离气一解吸 气诱导控制接续合采的Ⅱ类、Ⅲ类曲线，以及单纯游离气产出的I V 型曲线。工程示范结果展示，采 用“排气降压”的诱控接续方式，可以在较为广泛的气藏条件下实现煤层气一煤系致密砂岩气、煤系 致密砂岩气一页岩气的有效合采，是值得进一步探索和具有推广应用潜力的煤系气经济高效合采 新模式。值得关注的是，具有工业价值的煤系多类型共生气藏均赋存在深部，而深部地层富水性往 往微弱，使得“排水降压”传统模式难以奏效；而“排气降压”诱控接续恰恰针对于弱富水储层降压 面临的这一局限，可能成为煤系气经济高效综合开发的一项重要技术。 关键词煤系气；开采模式；开采方式；产量曲线；排气降压；多气合采 中图分类号P 6 1 8 ．1 1文献标志码A文章编号0 2 5 3 - 9 9 9 3 2 0 2 0 0 7 - 2 5 1 3 1 0 P a t t e r n sa n d p i l o tp r o j e c td e m o n s t r a t i o no fc o a lm e a s u r e sg a sp r o d u c t i o n Q I NY o n 9 1 ，W UJ i a n g u a n 9 2 ，L IG u o z h a n 9 1 ，W A N GY i n g b i n 2 ，S H E NJ i a n l ，Z H A N GB i n 9 2 ，S H E NY u l i n l 1 K e yL a b o r a t o r yo JC B MR e s o u r c e sa n dR e s e r v o i r - f o r m i n gP r o c e s s ，M i n i s t r yo f E d u c a t i o n ，C h i n aU n i v e r s i t y ∥’M i n i n ga n dT e c h n o l o g y ，X u z h o u2 2 1 0 0 8 ，C h i n a ；2 ．C h i n aU n i t e dC o a l b e dM e t h a n eC o r p o r a t i o n ，L M ．，B e i j i n g1 0 0 0 1 5 ，C h i n a A b s t r a c t O c c u r r e n c es t a t ea n dr e s e r v o i rp r o p e r t i e so fc o a lm e a s u r e sg a s C M G a r ec o m p l e xa n dv a r i a b l e ，S Ot h a tt h e p a t t e r no fe c o n o m i ca n de f f i c i e n tC M Gp r o d u c t i o ni ss t i l li nt h ei n i t i a ls t a g e ．F o rt h i sr e a s o n ，t h ep r o g r e s so ft h er e s e a r c ha n df i e l dt e s tf o rt h ep r o d u c t i o np a t t e r n si nr e c e n ty e a r si nC h i n ai sa n a l y z e d ，t h ec u r r e n tu n d e r s t a n d i n go ft h e p a t t e r n si ss u m m a r i z e d ，a n dt h ea p p l i c a b i l i t ya n dl i m i t a t i o n so fd i f f e r e n tp a t t e r n sa r ec o m p a r e d ．T h e n ，t a k i n gt h ed e m - 收稿日期2 0 2 0 0 4 一1 7修回日期2 0 2 0 0 5 1 7责任编辑韩晋平 基金项目国家科技重大专项资助项目 2 0 1 6 Z X 0 5 0 6 6 - 0 1 ；国家自然科学基金重点资助项目 4 1 5 3 0 3 1 4 作者简介秦勇 1 9 5 7 一 ，男，重庆人，教授，博士。E - m a i l y o n g q i n e u m t ．e d u ．c n 万方数据 2 5 1 4 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 o n s t r a t i o np r o j e c ti nL i n x i n gb l o c ka sa ne x a m p l e ，t h et y p e sa n dj o i n tp r o d u c t i o ne f f e c t i v e n e s so fp r o d u c t i o nc u r v e sa l e d i s c u s s e d ，a n dt h es u c c e s s f u le x a m p l e so fj o i n tC M Gp r o d u c t i o na r ei n t r o d u c e d ．B a s e do nt h es t r i n gs t r u c t u r ed e s i g n a n dd r a i n a g ec o n t r o lm e a s u r e s ，c o m b i n e dw i t ht h es e l e c t i o no fw e l lp a t t e r na n df r a c t u r i n gm e t h o d ，t h eC M G p r o d u c t i o n p r o c e s si sp r e l i m i n a r i l yc l a s s i f i e di n t ot h r e ep a t t e r n s ，i ．e ．1 a y e r i n g ，f i r s tl a y e r i n gt h e nj o i n t ，a n dj o i n td r a i n a g e s ．E a c h p a t t e r ni n c l u d e ss e v e r a ls p e c i f i cm e t h o d s ，e a c ho fw h i c hh a si t so w na d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ．T h em a i nm e t h o d s i nl a y e r i n ga n dj o i n td r a i n a g e sh a v ep r e l i m i n a r y a r es t i l li nd e s i g na n de v e ni d e a ．I ti ss u g g e s t e d e f f e c t i na p p l i c a t i o n ，a n dt h o s eo ft h ef i r s tl a y e r i n gt h e nj o i n td r a i n a g e t h a tt h eC M Gp r o d u c t i o np a t t e r na n di t si n n o v a t i o ns h o u l db eb a s e do n s o m es t r a t e g i e s ，i n c l u d i n ga d j u s t i n gm e a s u r e st ol o c a lc o n d i t i o n s ，l e a r n i n gf r o me a c ho t h e r ’Ss t r e n g t h st om a k eu pf o r e a c ho t h e r ’Sw e a k n e s s e s ，c o m b i n i n gm u l t i p l ec h a n n e l sa n df o c u s i n go ns o m ea s p e c t s ，a n dt h ea d a p t i v ep r o d u c t i o n t e c h n o l o g ys h o u l db es e l e c t e da n dd e v e l o p e da c c o r d i n gt ot h es p e c i f i cg e o l o g i c a lc o n d i t i o n so ft h eg a sr e s e r v o i r s ．A t p r e s e n t ，o n l yt w on a t i o n a ld e m o n s t r a t i o np r o j e c t sh a v ep r o m o t e dt h ei n n o v a t i o no fC M Gp r o d u c t i o np a t t e r ni nC h i n a ． T h es c a l eC M Gd e v e l o p m e n ti nt h eL i n f e nd e m o n s t r a t i o na r e ah a sb e e nr a p i d l ye x t e n d e db ya d o p t i n gt h em e t h o do f p a r t i t i o na n ds e p a r a t ep r o d u c t i o n ，a n dt h ee c o n o m i ca n de f f i c i e n tj o i n tp r o d u c t i o no fv a r i o u st y p e so fC M G h a sb e e nr e - a l i z e di nt h eL i n x i n gd e m o n s t r a t i o na r e ab yd e v e l o p i n gt h et e c h n o l o g yo ft h ei n d u c e dc o n t r o lc o n t i n u a t i o nt h r o u g hp r e s s u r ed r o pw i t he x h a u s t i n gg a s T h ea n a l y s i so ft h ed e m o n s t r a t i o ne f f e c to ft h eC M Gp r o d u c t i o np r o j e c ti sf o c u s e dt ot h e L i n x i n gd e m o n s t r a t i o na r e a ，w h i c hr e v e a l st h eC M Gp r o d u c t i o nl a wu n d e ran a t u r a lc o n t i n u a t i o nm e t h o d ．I ti sf o u n d t h a tt h e r ea r ef o u rt y p e so fs i n g l ew e l lp r o d u c t i o nc u r v e ，i n c l u d i n gt h et y p eIc u r v ec h a r a c t e r i z e db yt h em u l t i l a y e r c o m m i n g l e dp r o d u c t i o no fd e s o r p t i o ng a s ，t h et y p e I Ia n dt y p emc u r v e sc h a r a c t e r i z e db yt h ec o m m i n g l e dp r o d u c t i o n o ff r e ea n dd e s o r p t i o ng a s e si n d u c e dc o n t i n u a t i o np r o d u c t i o n ，a n dt h et y p eI Vc u r v eo ft h es i n g l ef r e eg a sp r o d u c t i o n ． T h ep r o j e c td e m o n s t r a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ee f f e c t i v ej o i n tC M Gp r o d u c t i o nc a nb er e a l i z e du n d e raw i d er a n g eo f g a sr e s e r v o i rc o n d i t i o n sb yu s i n gt h ei n d u c e dc o n t i n u a t i o nm e t h o do ft h ep r e s s u r ed r o pw i t he x h a u s t i n gg a s ，w h i c hi s a n e ww a yo fe c o n o m i ca n de f f i c i e n tj o i n tC M Gp r o d u c t i o nw o r t h yo ff u r t h e rr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n ．I ti sw o r t hn o t i n g t h a ta l lt y p e so fC M Gr e s e r v o i r sw i t ha ni n d u s t r i a lv a l u ee x i s ti nt h ed e e ps t r a t aw h e r et h ew a t e rr i c h n e s si so f t e n w e a k ，w h i c hl i m i t st h et r a d i t i o n a lp a t t e r n “d r a i n a g ea n dp r e s s u r ed r o p ”．H o w e v e r ，t h ei n d u c e dc o n t r o lc o n t i n u a t i o n p r o d u c t i o nt h r o u g hp r e s s u r ed r o pw i t he x h a u s t i n gg a sc a nm a k eu pf o rt h i sm a j o rl i m i t a t i o n ，w h i c hi so fu n i v e r s a ls i g - n i f i c a n c ef o rt h ee c o n o m i ca n de f f i c i e n tC M Gd e v e l o p m e n t ． K e yw o r d s c o a lm e a s u r e sg a s ；p r o d u c t i o np a t t e r n ；p r o d u c t i o nm e t h o d ；g a sp r o d u c t i o nc u r v e ；p r e s s u r ed r o pw i t h e x - h a u s t i n gg a s ；j o i n tp r o d u c t i o no fv a r i o u sg a s e s 我国20 0 0m 以浅煤系气资源量约8 2 万 亿m 3 【1 | 。这一可观资源潜力早已引起我国油气产业 界关注心J ，近1 0a 来成为非常规天然气研究与勘探 开发的重点探索方向之一”。4J ，并认识到合采是实现 煤系气经济高效开采的客观途径“ 。6J 。然而，煤系多 相态天然气共生，多类型储层共存，多含气系统相互 叠置，不同岩性储层的产气原理存在本质差别，不同 属性储层在采气过程中的敏感性有所差异1 。面向 这些复杂开发地质条件，我国近年来开展科技攻关和 现场试验，取得大量经验和教训，提出了多种煤系气 开采模式和具体方式，工程示范取得显著进展【8 叫0 J 。 笔者力图总结这些探索和进展，提炼煤系气开采工艺 模式和方式，并结合自己的研究实践展示关于煤系气 同井自然接续合采的生产效果，为进一步发展经济可 行的煤系气高效开采技术提供借鉴。 l 煤系气开采模式与具体方式 1 ．1 煤系气开采面临的主要技术挑战 煤系气 C o a lM e a s u r eG a s ，C M G 是煤系天然气 的简称，泛指煤系中赋存的各类天然气，仅是一个基 于储层成因类型或地质载体做出的矿产资源定 义“ 】。煤系气开发地质条件复杂性可从3 个方面进 一步理解 图1 ①储层物理属性，集中表现为吸附 气、游离气以及两者混合气的共生；②储层化学属 性，包括有机储层、无机储层两个端元以及两者之间 过渡的混合储层；③储层岩石属性，表现为不同的岩 性，是储层物理属性和化学属性的外在体现，如以吸 附相为主的煤层气、以游离相为主的煤系致密砂岩 气、吸附相一游离相共存的煤系页岩气。其中，煤层 气、煤系致密砂岩气、煤系页岩气即通常所说的煤系 “三气”，是煤系气资源的主体部分。 万方数据 第7 期 秦勇等煤系气开采模式探索及先导工程示范 圆圆圆圈 盟盟 致密气／常规气 T O C 含量胱有机储层混合储层无机储层 降低 重 涵 义 图1 煤系气地质属性要素体系 据文献[ 3 ] 修改补充 F i g ．1G e o l o g i c a la t t r i b u t ee l e m e n ts y s t e mo fC M Gs u p p l e m e n t e d a n dm o d i f i e df r o mR e f e r e n c e [ 3 ] 不同岩性煤系储层具有某些共同特点，如低孑L 低 渗需要强化改造，毛管压力高导致生产启动压力较 高，储层敏感性强造成改造难度大，单层乃至单气开 采的产气量低而需要合层高效开采。简言之，煤系气 经济高效开发的真正挑战，来自开发技术原理、储层 改造措施和生产方式的差异，这是储层复杂地质条件 所产生的必然要求 表1 。 煤储层以有机质为骨架，对外来机械载荷的响应 十分敏感，使得压敏性和速敏性强；微孑L 高度发育，这 是煤层气赋存以吸附态占优势的根本原因，需要降压 才能解吸。致密砂岩储层岩石结构以脆性矿物为骨 架，往往含有较多的黏土类塑性物质，导致其水敏伤 害较强；储气空间以渗流类孔隙为主，天然气主要以 游离态赋存，依靠自然降压技术通常能够实现有效开 采。页岩储层黏土矿物含量高，吸收性强，导致水敏 性及化学敏感性 酸敏、碱敏和盐敏 强；无机物基质 中间夹杂数量不等的分散有机质，吸附态与游离态天 然气并存，开发基于自然降压产出与排气降压解吸有 序接续的技术原理。 表1煤系气储层地质特点与开发技术比较⋯1 T a b l e1 G e o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dd e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yc o m p a r i s o no fC M G r e s e r v o i r sf r o mR e f e r e n c e [ 11 ] 上述比较分析揭示煤系气地质条件和储层属性 差异大的客观现象，集中体现为天然气赋存状态和成 藏特点的差异；储层力学性质和工程响应差异大的显 著特点，在于储层关键敏感性的不同；开发技术差异 大的生产需求，体现为最佳适应性工艺技术要求的不 同。简言之，不同类型煤系气开采地质条件和产出特 点各不相同，经济高效合采要求发展可协同各类储层 特点的适应性工艺模式。 1 ．2 煤系气开采工艺基本模式分类 面向上述需求，国内近年来提出过一系列煤系气 开采模式或方式，部分方案开展了现场探索实践。例 如，中联煤层气公司比较不同岩性储层特点及产气特 征，将煤系气开发模式归纳为同井同时、同井接续、分 区分采3 类2 I 。再如，中国石油大学 华东 针对煤 系气合采过程中的层间干扰现象，根据井筒内压力体 系异同，分出同压力体系、分压力体系及负压3 类合 采工艺，认为分压力体系合采工艺适用性较强，在合 理构建井下空间前提下可满足任意情况下的煤系气 合采作业‘”] 。 关于煤系气开采工艺设计乃至设想的依据，目前 仍是以管柱结构设计和排采管控方式为主，井型选 择、压裂方式为辅。其中，排采管控方式包括控层排 采、控压排采2 种实现途径。目前国内外缺乏成熟的 煤系气开采模式分类，笔者总结现状，将煤系气开采 模式初步归纳为3 类 图2 第1 类为“分排”模式，实质上是利用不同的管 柱系统，包括不同井或同井分管柱，分别对不同岩性 储层 多气 或同岩性多产层 单气 排采生产，包括 4 类具体方式。一是“分区异井”方式，将多类型煤系 气资源潜力均好与只有煤层气资源潜力较好的区域 分别对待，前者先开采致密砂岩气再考虑煤层气，后 者仅采煤层气，临汾区块采用这种方式成功实现了煤 系吸附气和游离气的同期分采呻J 。二是“分时同井” 方式，本着游离气枯竭、吸附气接续的原则，一旦上述 第1 类区域砂岩游离气资源枯竭，则该区可利用同一 批井转入煤层气开采。三为“分段同井”方式，在同 一井中分期打开不同储层进行生产，以避免储层屙眭 差异带来的层问干扰，如沁水盆地南部3 号煤层与 1 5 号煤层。四是“同井齐排”方式，同一井中设计多 层管柱，通过“多管柱分别导流”方式实现煤系“三 万方数据 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 气”同期分采，如双层管柱结构设计‘1 43 及3 层管柱结 构设想㈣。 分排 同井／异井 雾垦I 蚕 区囫囫 图2 煤系气开采模式分类 F i g ．2 C l a s s i f i c a t i o no fC M Gp r o d u c t i o np a t t e r n s 第2 类为“先分后合”模式，基本原理在于通过 技术措施实现由高压力状态储层单排向与低压力状 态储层合排的生产接续，目前已提出2 种具体方式。 一是“递进压降”【I6 。，针对多煤层地区含气系统垂向 叠置的地质特点’1 7 J ，根据煤储层关键参数设计排采 先后次序，优先排采临界解吸压力和产气压力高的含 气系统，当压力降到另一含气系统的临界解吸压力和 产气压力时，再进行2 个系统合排，依此递进，最终实 现同井所有煤层气系统的合排。二是“同柱自控”方 式8 | ，针对上部高压致密砂岩储层、下部低压煤储层 的叠置关系，改进闭式气举管柱，发明了气举同井合 采的工艺管柱结构，先排采上部高压致密砂岩储层， 利用致密砂岩气能量自动将下部煤储层的井液举升 至地面，实现煤储层降压解吸和产气，达到“两气”合 采目的。 第3 类为“合排”工艺模式，最大的特点是在多 层合排过程中，利用地层能量或可解吸性由高向低的 有序降低来实现不同储层有效产气的自然接续。无 论改造方式如何，这种模式均是应用最早、最为普遍 但成功率相对较低的煤系气合采工艺。提高成功率 的关键，在于解决合采兼容性矛盾以实现有效产气。 为此，业界除了采用传统方式实施分压合排、合压合 排之外，近年来还发明多层水平井【l9 | 、层间水平井间 接压裂mo 等技术。然而，传统技术多未达到理想目 的，新技术尚处于现场试验阶段。实践揭示，实现有 效产气自然接续，需要合采储层 产层 满足一些基 本条件旧’2 1 | ①合采段跨度原则上应限制在同一个 三级层序地层单元内部，以最大限度规避储层属性差 异造成的合采地质条件兼容性问题；②优选近距离 互层且互层率较高的富气层段作为合压层段，其中煤 层不宜过厚，以最大限度降低压裂缝穿层难度；③本 着“脆性气层射孔压裂，诱导压裂裂缝纵串，间接贯 通塑性气层，实现层组整体改造“的原则，以缝高换 缝长，保证合压整体效果基础上促进垂向压裂体积适 当增长。 1 ．3 煤系气开采模式对比分析 上述3 类模式尺短寸长 表2 。一些方式现场 示范初见成效，但仍需进一步完善；一些方式长处明 显，却有待实践检验；部分局限性属于“硬伤”无法回 避，某些短处可以改善甚至克服。实际上，煤系气地 质条件复杂多变，加之资源开发追求经济高效，没有 任何一种开采模式可以覆盖全面，永远无法达到最 优。从成熟性、便捷性、针对性、时效性等方面分析考 察，可以优选出当前阶段的相对适用方式，明确对应 的技术创新方向。 表2 煤系气开采模式比较 T a b l e2 C o m p a r i s o no fC M Gp r o d u c t i o np a t t e r n s 分排模式的最大优点在于适应性强，以传统单气 开采方式的不变对付煤系多气开发地质条件的万变。 明显不足表现为两点一是无法实施吸附气与游离气 合采；二是简便性存在“两极分化”。分区异井、分时 同井、分段同井3 种方式工艺技术简单，实质上是不 同岩性储层煤系气的分采，不排除单气多层合采的可 段井[易难簿工器时井[竭接勰工簇器 万方数据 第7 期秦勇等煤系气开采模式探索及先导工程示范 能性。同井齐排方式通过一口井中不同管柱对不同 层 段 同时抽排，理论上可杜绝层间相互干扰，有望 最大限度回收煤系气资源，局限性在于管柱结构复杂 化可能致使可靠性降低，井眼空间需求显著增长，两 者均会导致成本增高。 先分后排模式考虑了煤系储层属性差异大的客 观地质条件，或按照不同类型煤系气产出原理发明了 自控压力接续生产井下装置，或基于煤层气压力系统 差异设计出阶梯式压降程序，理论上适用于煤系多气 合采及单气多层合采，可在分层排采基础上过渡为合 层排采，有效回收煤系气资源。但是，递进排采需要 分层压裂、管柱封隔／去封隔以及排采管控制度变更， 生产可操作性尚未验证；同柱自控排采通过单向阀阻 止高压储层流体向低压储层流动，目前只能实现两层 煤系气合采，更多产层合采所需的多级多重单向阀设 计在井眼条件下难以实施。 严格意义上的合层排采，系指利用同层管柱合并 多储层同时排采，顺应地层能量自然配分规律和产出 原理，辅以排采控制进行煤系气自然接续开采。在所 谓的随机接续合采中，产层组选择几乎只考虑含气性 和煤体结构，尽管不乏成功实例，但储层属性 流体 压力状态、赋存态、储层物性等 的差异经常导致“1 l l ”乃至“1 n l ”的合采失败效果，寄希望于运气， 风险极大“ jJ 。诱导控制接续 简称诱控接续 方式 则吸取了随机接续方式的教训，在精细剖析煤系地层 结构、储层属性差异及评估合采兼容性基础上，选择 同一流体压力系统多气多层实施合压，通过贯通多个 储层并将产层组属性微小差异消弥在地层内部，最大 限度降低可能在井筒内出现的层间无序干扰，最终通 过游离气产出的“排气降压”效应，诱导吸附气解吸 产出，实现有序接替。然而，诱控接续合采的局限性 也正是由其优点所致，即适用的地质条件受到一定限 制。 鉴于上述现状以及煤系气地质条件实际，建议在 实际工作中采取“十六字”策略。即因地制宜，考虑 实际开发地质条件选用开采模式和方式；截长补短， 吸收不同模式或方式之长，针对开发地质条件开展技 术集成创新；多措并举，合理划分区块内开发地质单 元，不同单元选用不同的模式或方式；有所侧重，有所 为有所不为，地质条件变化太大地区选用传统分排模 式，条件许可地区考虑诱控接续合采方式，积极开展 “先分后合”模式的尝试。 块国家科技重大专项煤系气开发示范工程试采效果， 获取合采有效性信息，为进一步讨论煤系气开采模式 和方式提供依据。分析流程包括4 个步骤①合采 井产出气原位赋存态判识；②煤系气产量曲线类型 划分；③合采产量劈分与产层贡献；④典型井合采 效果量化分析。本节讨论前3 个步骤基本内容，第4 步骤内容将在下节举例分析。 2 ．1 合采井产出气原位赋存态判识 所谓的原位赋存态，系指煤系气产出之前在地层 条件下的赋存状态。典型的解吸气产量曲线波峰形 态显著，可用L a n g m i u r 模型描述，极易识别旧2 。。游离 气产量曲线呈单调递减规律，包括指数、双曲线、调 和、直线4 种A r p s 递减模式心3 | 。为此，产出气原位 赋存态判识的重点是游离气剥离。 即使是典型游离气井，由于设备故障 如管道 漏气、流量计或压力表故障、管道堵塞等 和排采 控制 定时生产、定压生产、排采失控等 原因，产 气量原始记录往往存在异常波动。剔除异常数 据，产气递减规律得到凸显 图3 。根据A r p s 递 减模式4 1 判识，临兴区块石盒子组砂岩游离气产 量曲线多为双曲递减型，少数井呈指数递减规 律E2 5 ] 。 0l o o 2 0 03 0 0 4 0 0 5 0 0 生产时间，d a 1 处理前 图3 F i g ．3 2 煤系气合采有效性分析 2 ．2 采用反演方法，分析鄂尔多斯盆地东北部临兴区 生产时间，d b 处理后 临兴区块典型井石盒子组致密砂岩产气量分布 P l o t so fg a sp r o d u c t i o nt ot i m eo fo n et y p i c a lw e l li n L i n x i n gb l o c k 煤系气产量曲线类型 临兴区块第1 期示范工程共1 0 口煤系压裂井， 帅 ∞ ∞ O O O ∞ 加 m 售＼栅F址Ⅱ 万方数据 煤炭 学报 2 0 2 0 年第4 5 卷 改造层位多为太原组，主要为太2 段，个别井为山西 组，采用合压合排方式进行生产。分析试采资料，发 现合采井产气曲线形态表现为4 种类型，称之为I ， Ⅱ，Ⅲ，I V 型曲线 表3 。 表3 煤系气合采井产量曲线类型及其合采有效性 T a b l e3C u r v e st y p ea n di t se f f e c t i v e n e s so fj o i n tC M Gp r o d u c t i o n 类型代码产量曲线代表井有效性 4 00 0 0 L M O I ，太d 2 段 吸附气单采或多层合采 ，』～r-Ⅲ[百、aOVLILM02”⋯一⋯’⋯⋯ 3 00 0 0 J 、J 一 U I ●- 一 掣2 00 0 0 旷 解吸型 I胡、 Ⅲ 1 00 0 0 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 生产时间／d 1 20 0 0 90 0 0 1 l Ⅶ．削i 一辫 基 州 ； I Ⅷ】Ⅲ| { 扩60 0 0 解吸一游离型l I．} L 皿 30 0 0 O1 0 02 0 0 3 0 04 0 05 0 0 生产时间／d 吸附气一游离气合采 60 0 0 l ，山 山 50 0 0 h ．．卜 ～J l帅i L L M M 0 0 5 7 汰2 黝／1 姜40 0 0 咖】 扩30 0 0 游离一解吸型 Ⅲ 击2o o o l0 0 0 O0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 生产时间／d 7 00 0 0 5 60 0 0 i 鑫4 20 0 0 卜m4 i 篱嚣套i 譬 游离气单采或多层合采 矿 游离型Ⅳ亿2 80 0 0 口 1 40 0 0 01 4 02 8 04 2 05 6 0 7 0 0 生产时间／d 4 种类型可进一步归纳为三大类别第1 类仅仅 出现解吸气峰形曲线，缺乏游离气衰减产出阶段，表 现为I 型产量曲线；第2 类产气历史由2 个阶段构 成，第1 阶段产气量呈游离气递减产出规律，第2 阶 段出现多个宽缓解吸气波峰 吸附气产出 ，Ⅱ类、Ⅲ 类产量曲线均具有这种两阶段产气特点；第3 类是产 气量在整个生产阶段均表现为单调下降，仅有单纯的 游