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第 卷第 期煤 炭 科 学 技 术 年 月 . 移动扫码阅读 王少雷王有坤张祝平等 煤层气合层排采井产能影响因素分析 煤炭科学技术 . / . . / 煤层气合层排采井产能影响因素分析 王少雷王有坤张祝平李哲远冯云飞 .贵州省非常规天然气勘探开发利用工程研究中心有限公司贵州 贵阳 .贵州天然气能源投资股份有限公司贵州 贵阳 摘 要为了探索煤层气合层排采井产能影响主控因素和层间干扰规律以贵州黄泥塘向斜某煤层气 勘探开发试验区的上煤层组物性参数为数据来源利用 数值模拟软件建立多因素多水平的 两层合采地质模型采用正交试验设计 因素 水平正交表和级差分析法模拟结果显示合层排采 主控因素由大到小依次为临储比、储层渗透率、含气量、孔隙度、层间距、甲烷吸附时间及层厚 采用 单因素敏感性分析法分别对临储比、储层渗透率、含气量和层厚 个因素的敏感性进行模拟模拟结 果显示在压力系数相同的条件下层间干扰现象不存在并分析得出合层排采采收率主控因素是临储 比和储层渗透率 关键词煤层气合层排采敏感性分析层间干扰储层渗透率 中图分类号. 文献标志码 文章编号 . . .. . . . . . 收稿日期责任编辑王晓珍 作者简介王少雷男河南登封人工程师硕士 . 通讯作者王有坤男河南周口人工程师 . 引 言 贵州地区煤系地层含煤层数量多垂向分布变 化大含气量、组分、煤体结构、渗透性、构造形态 等 随着国家对煤层气勘探开发的大力支持 贵州煤层气勘探开发也初具规模在追求单井产量 最大化的驱动下多层合采成为该地区主要的开采 工艺但是多层合采一直存在争议主要表现在影响 合层开采产气量的主控因素和层间干扰对产气量的 影响两方面 杨兆彪等通过研究各煤层物性和 流体特征提出“三步法”优化了煤层气开发的产 层组合 倪小明等通过对樊庄地区区域地质如 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 王少雷等煤层气合层排采井产能影响因素分析 年第 期 供液能力、压力梯度等合层排采可行性的研究对该 地区开发提出相关建议 彭龙仕等通过灰色关 联法与模糊层次分析法得出了影响韩城区块内最 大产气能力和平均产气水平的影响因素 赵俊龙 等通过对煤层气生产井的定量表征对比分析不 同生产组合产能差异提出相应的生产建议 杜希 瑶等从韩城矿区开发实例中总结规律提出了多 层合采需注意合采顺序和合采时机 史进等利 用 软件分析了累计产量与峰值产量的关 系得到了合理排采速度 李鑫等研究递进排采 时不同层间距的层间干扰提出了递进排采开发时 的最优层间距 上述研究多根据实际生产与地质因 素做统计归纳得出多层合采影响因素 但数据统 计可能受到多方面因素干扰得出的结论仅能粗略 地判断地质因素影响并不能定量判断地质因素对 合层开采影响程度 数值模拟研究也多是进行单因 素的分析这些方法可以解决目标生产需求但没有 进行影响因素统一化的处理具有一定的局限性 受前人的研究启发本次利用煤层气开发常用的 数值模拟软件建立多因素多水平的模型探 索两层煤合采的主控影响因素和层间干扰等问题 煤储层地质模型及参数设计 选用双孔/ 单渗/ 两相/ 单组分吸附的煤储层模 型模型采用软件中正交网格系统描述全区网格 以单井 层合层排采为模型水平网格设置为 正方形区域避免模拟压降扩展受限平均网 格步长为 垂直方向网格为 个总网格数为 个 井型为垂直井位于网格区的中心垂直穿 过上下 层如图 所示 模型参数选择主要根据贵州黄泥塘向斜勘探开 发试验区上煤层组某层段煤储层的实际参数 个 储层基本参数为裂隙含水饱和度为 考虑压 裂影响上下层兰氏压力均为 . 实际参数 平均值地层压力系数为 .压裂裂缝以水平缝 为主为了便于建模和研究将 层煤的压裂裂缝统 一设置为半缝长 半缝宽 缝高. 参 考监测的实际缝长和缝宽缝高为推测压裂裂缝 渗透率为 由于是压裂改造井设置 井的表皮系数为 图 煤储层地质模型 . 上部煤层埋深以 为基准下层埋深随层 间距变化而变化 层煤之间夹层为隔层 该层段 压力系数一定则 个煤层的储层压力随埋深不同 而不同从而构建不同的压力系统 储层压力和临 界解吸压力是很多业界专家公认的影响合层排采的 主要因素这里通过临储比来综合描述即不同的临 储比对应不同的解吸压力 通过含气量和煤层厚度来表征资源量地应力和 构造的影响主要通过对储层渗透率的影响来间接影 响产气这里通过储层渗透率来表征考虑水力压裂 影响适当提高参数值 甲烷的解吸吸附能力通过甲 烷吸附时间来表征 压裂中避开碎粒煤和糜棱煤所 以本次不再考虑煤体结构对排采的影响 本次模型选择 类可变因素来研究合层排 采 这 类因素分别为储层渗透率、煤层厚度、 层间距、含气量、临储比、孔隙度以及甲烷吸附时间 合层排采主控因素分析 将这 种可变参数设置 个水平每个参数水 平分量设置比例为 表 个储层基本参 数一致仅改变 个储层的这 类参数即按照标准 正交表 设计正交试验来模拟分析 该井的工作制度前期以 . / 的速度降 井底流压生产当见气后减小降速以 . / 的速度降低井底流压当流压降低到 . 时以 稳定井底流压生产 用采收率表征采气效果正交 试验模拟生产 年的采收率结果见表 结果采用正交试验的直观分析法分析直观分 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 析法是通过每一因素的平均极差来分析问题极差 就是平均效果中最大值与最小值的差 极差越大 说明对结果的影响越大以此可以选出主控因素 通过 组试验将采收率进行极差处理结果见表 将同种因素极差取平均分析出影响煤层气采收 率的因素由大到小分别为临储比、储层渗透率、含 气量、孔隙度、层间距、甲烷吸附时间以及层厚 表 正交试验结果 序列号 上层渗 透率 下层渗 透率 上层厚 度 下层厚 度 层距 上层含 气量 下层含 气量 上层临 储比 下层临 储比 上层孔 隙度 下层孔 隙度 上层甲 烷吸附 时间 下层甲 烷吸附 时间 采收 率/ ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ............. ............ ............. ............. 同因素平均值 .. . . . . . 注为某个因素第 个水平全部试验采收率结果的平均值 为极差 层间干扰分析 层间干扰的定义油、气生产层段中各小层间由 于渗透率的差异、流体性质的不同以及层与层间压 力的差别导致层间流体流动产生相互干扰的现象 因此在这个认识基础上结合本文对合层排采主控 因素的研究对该模型做单因素敏感性模拟分析 模型基本参数不变 类 个可变因子以表 中第 水平为准仅将 类可变因子中某一类因子 作为目标变量煤储层流体组分存在的差异暂无法 量化分析本文不再分析对采收率影响大的目标 因子导致的层间干扰才对排采有意义所以这里选 择储层渗透率、临储比和含气量为说明选择对比参 数的合理性将层厚也作为对比分析的验证组 组 敏感性模拟的排采工艺依然采用上述工艺 . 渗透率敏感性分析 渗透率为目标变量其余参数为标准值不变设 计了 组模拟试验目标变量参数值及结果见表 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 王少雷等煤层气合层排采井产能影响因素分析 年第 期 图 为 组不同渗透率下的日产气量生产曲线 图 渗透率敏感性模拟生产曲线 . 表 渗透率敏感性分析及结果 序号 上层渗透率 / 下层渗透率 / 累计产 气量 / 采收率 / .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . 对比试验号 和、 和、 和发现上下储层 的渗透率交换模拟 年后的累计产气量以及采收 率都基本相同排采曲线规律基本相同只是产气峰 值错开的曲线交叉现象这是由于 层储层渗透率 不同所以流体流动速度和地层压降传递速度不同 导致产气速度不同从而影响各层达到产气峰值 时间 对比试验号 、、 或 、、 号的排采曲线和最 终采收率排采曲线规律基本相同生产曲线无交 叉储层渗透率越大日产气量越大采收率越大 分析认为基础地质条件相似资源量相同储层渗 透率越差导流能力越差解吸越慢交叉点越 推迟 结合实际生产在地质条件相似的情况下仅当 下层渗透率高于上层渗透率时生产前期的日产气 量较大更有利于投资回收提前获利但后期产能衰 减较大不利于持续开发当下层渗透率小于上层渗 透率时产能较为均衡有利于持续开发但最终两 者的采收率和累计产气量相差不大 . 临储比敏感性分析 临储比为目标变量其余参数为标准值不变设 计 组模拟试验具体参数及结果见表 图 为 合层排采不同临储比下的日产气量生产曲线 表 临储比敏感性分析及结果 / 序号 上层临储 比 下层临储 比 累计产气 量 / 采收率 / .. . .. . .. . .. . .. . .. . .. . 图 临储比敏感性模拟生产曲线 . / 通过对比试验号 和、 和、 和发现仅上 下储层的临储比交换模拟 年后的累计产气量以 及采收率都基本相同排采曲线规律基本相同依然 出现产气峰值错开的曲线交叉现象且临储比越大 交叉点越提前临储比越小交叉点越推迟 分析认 为基础地质条件相似 层煤储层临界解吸压力不 同储层压力不同解吸能力不同从而影响各层日 产气量和产气峰值达到的时间 对比 、、 或 、、 号的排采曲线和最终采收 率排采曲线规律基本相同生产曲线无交叉 说明 临储比越大解吸能力越大日产气量、累计产气量 和采收率越大但衰减期的日产气量下降趋势也 更快 在实际生产中当储层下层临储比比上层临储 比更高时前期日产气量较大更有利于缩短投资回 收周期后者产能较均衡但最终两者的采收率和总 产气量相差不大 . 含气量敏感性分析 含气量为目标变量其余参数为标准值不变设 计 组模拟试验具体参数值及结果见表 图 为合层排采不同含气量下的日产气量生产曲线 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 表 含气量敏感性分析及结果 序号 上层含气量 / 下层含气量 / 累计产气 量 / 采收率 / . . . . . . . 图 含气量敏感性模拟生产曲线 . 对比试验号 和、 和、 和发现上下储层 的含气量交换模拟 年后的累计产气量以及采收 率都基本相同排采曲线规律相同无错开的曲线交 叉现象 对比 、、 或 、、 号的排采曲线和最终 采收率排采曲线规律基本相同生产曲线无交叉 含气量越大日产气量越大采收率越小 分析认为当储层渗流、解吸能力相似时含气 量越高储层资源量越大日产气量与累计产气量越 大 但含气量越高相同时间内达到相同的采收率 所需要的储层导流能力和解吸能力越大所以在储 层渗流和解吸能力一定的情况下含气量与采收率 成反比 结合实际生产含气量越高越有利于生产 效益越好后期可以通过延长生产时间来实现采收 率的提高 . 层厚敏感性分析 层厚为目标变量其余参数为标准值不变设计 组模拟试验具体参数值及结果见表 图 为合 层排采不同层厚下的日产气量生产曲线 对比试验号 和、 和、 和发现上下储层 的层厚交换模拟 年后的累计产气量以及采收率 都基本相同排采曲线规律相同无错开的曲线交叉 现象 对比 、、 或 、、 号的排采曲线和最终采 收率排采曲线规律基本相同生产曲线无交叉 分 析认为层厚越大资源量越大日产气量越大但对 采收率影响很小不是采收率的主控因素 在实际 生产中其他因素一样情况下煤层越厚说明资源 量越大越有利于开发生产 表 层厚敏感性分析及结果 序号 上层层 厚 / 下层层 厚 / 累计产气 量 / 采收率 / . . . . . . . 图 层厚敏感性模拟生产曲线 . 假设层间干扰存在影响因子相差越大则层间 干扰越严重产气曲线波动越大或产气效果越差 但是 组模拟结果均不符合上述假设说明该井段 层间干扰不存在 组敏感性分析结果显示日产 气量与煤层导流能力、解吸能力和资源量成正相关 关系采收率主要受地层导流能力和解吸能力影响 受资源量的影响很小 所以提高采收率应以高储层 渗透率、高临储比为主要考虑因素 结 论 利用正交试验直观分析法得出该向斜的本次 研究目标井段影响煤层气合层排采采收率的因素从 大到小依次为临储比、储层渗透率、含气量、孔隙度、 层间距、甲烷吸附时间以及层厚 临储比和储层渗透 率对采收率的影响是其他因素的 倍以上所以影响 采收率主控因素以临储比和储层渗透率为易 日产气量与临储比、储层渗透率、含气量、层 厚成正相关关系说明煤层解吸能力、导流能力和资 源量是影响日产气量的重要因素因此选层原则应 以具有一定商业开发价值的规模资源量、煤体可改 造煤体结构好的基础上储层评价以具有高解吸 能力和导流能力为重要考虑因素 压力系数相同情况下通过单因素敏感性分 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 王少雷等煤层气合层排采井产能影响因素分析 年第 期 析显示影响采收率主控因素临储比和储层渗透率 都没有因为相差大而发生日产气量或采收率降低的 现象说明该井段层间干扰不存在 单井模型的模拟结果显示该地区单井产气 量在 / 平均单井产气量在 / 左右采收率在 ..平均采收率 . 根据 年在该试验区部署的一个井组试采情况 井组已有单井产气量突破 / 证实了该地 区采用井组式开发具有很大的开发价值 参考文献 陈 蓉杨瑞东.贵州省煤炭资源开发利用现状与对策.煤 炭经济研究. . . 高弟秦勇易同生.论贵州煤层气地质特点与勘探开发 战略.中国煤炭地质. . . . 高 弟.贵州 万亿立方米煤层气开发前景广阔.当代贵 州. . . . 杨兆彪张争光秦 勇等.多煤层条件下煤层气开发产层组 合优化方法.石油勘探与开发. . . . 倪小明苏现波李广生.樊庄地区 和 煤层合层排采的可 行性研究.天然气地球科学. . . . . . 彭龙仕乔 兰龚 敏等.煤层气井多层合采产能因素影响 .煤炭学报. . . . 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