王國強 吳建光 熊德華 張占軍 趙玉峰 郭暉

中聯(lián)煤層氣有限責任公司

沁南潘河煤層氣田穩(wěn)控精細排采技術

王國強 吳建光 熊德華 張占軍 趙玉峰 郭暉

中聯(lián)煤層氣有限責任公司

“沁南煤層氣開發(fā)利用高技術產業(yè)化示范工程潘河先導性試驗項目”自2009年10月竣工投產以來,取得了很好的排采效果。第一階段共鉆40口井,目前單井平均日產氣量已超過5 000 m3;第二階段110口井,目前單井平均日產氣量已超過2 000 m3。在示范工程實施過程中,針對煤層氣井的生產特征及煤層氣井生產過程的不同階段,制訂了合理的生產管理制度,總結出一套既能保護儲層,又兼顧單井和氣田整體產能的精細穩(wěn)控排采技術,并在生產中成功應用,避免了對煤層的傷害,排水降壓平穩(wěn),擴大了壓降范圍,逐步提高了產量。正是由于精細穩(wěn)控排采技術的實施,才保證了示范工程煤層氣井排采的成功,也為類似煤層氣田的開采提供了技術支撐。

沁水盆地 南部 潘河煤層氣田 穩(wěn)控精細排采技術 滲透率 含氣飽和度 修井作業(yè)

潘河煤層氣田位于山西省沁水縣嘉峰鎮(zhèn),屬于潘莊區(qū)塊,面積24.2 km2。潘莊區(qū)塊位于沁水盆地的東南緣,總體為單斜構造,傾向西北,地層傾角較小,多在5°～15°之間,區(qū)內構造簡單,斷層稀少,水文地質條件亦屬于簡單類型。在認定的探明儲量范圍內,其動用煤層氣探明儲量為35.5×108m3,可采儲量為19.28 ×108m3。主要目標煤層為下二疊統(tǒng)山西組的3#煤層。

總體來說,簡單的地質構造,較有利的煤層、煤質特征,較好的煤儲層特征,有利于該區(qū)煤層氣的富集成藏和勘探開發(fā)。

1 煤層氣田的生產情況

潘河煤層氣田一期150口井分為兩個階段實施,其中第一階段潘河先導性試驗項目共鉆40口井,于2005年11月進入商業(yè)性試生產,總體排采效果良好,大部分井在經過一段時間的排水后,已經進入了氣體穩(wěn)產、高產階段。目前,40口井單井平均日產氣量已超過4 800 m3,創(chuàng)國內煤層氣單井產量之最,截至2010年底,40口井已累計產氣2.34×108m3。第二階段110口井,于2009年10月建成投產,大部分井產氣量尚處于增長階段,目前單井平均日產氣量已超過4 800 m3。

截至2010年底,全部150口井已累計產氣3.26 ×108m3。

2 煤層氣井穩(wěn)控精細排采技術的實施

2.1 煤層氣井的生產特征

煤層氣特有的吸附、解吸特性決定了其在產出過程中有別于常規(guī)天然氣藏。對于含水煤層來說,甲烷在煤層中的流動由3部分構成:從煤表面解吸,通過煤基質和微孔隙的擴散,甲烷通過割理系統(tǒng)的達西滲流。對應甲烷在煤層中的流動,井底煤層中流體相態(tài)及流動特征也要經過3個階段的變化:地層水單相流動,非飽和地層水流動,氣、水兩相流流動。煤層甲烷的流動產出、煤層中流體相態(tài)及流動特征的變化,體現(xiàn)在煤層氣井的生產過程中一般也表現(xiàn)為3個階段:排水降壓階段、穩(wěn)定生產階段、產量遞減階段(圖1)。

受煤層地質條件、煤儲層條件、氣水兩相流流動機理及儲層增產改造等因素的影響,區(qū)塊內大部分煤層氣井的排采曲線呈現(xiàn)出3種典型特征:中高產—低產—高產,中高產—高產,中高產—低產。另外由于地質構造等因素的影響,還有一些特殊生產特征的情況,如高產水井、初始產氣量高的井等[1]。

圖1 煤層氣產出機理及生產階段示意圖

2.2 技術特點及其實施

煤層氣井的生產管理,需要針對煤層氣井的特點及煤層氣井生產過程的不同階段,有目的地制訂合理的生產制度,在避免煤層受到二次傷害的前提下,穩(wěn)定合理的提高單井產能,有意識地擴大單井壓降擴散范圍,從而實現(xiàn)單井和氣田的長期穩(wěn)定高產。

在對煤層氣井產出機理、煤層氣井不同階段生產特征研究分析的基礎上,總結出一套穩(wěn)控精細排采技術。該技術的主要特點是:避免煤層傷害,平穩(wěn)排水降壓,擴大壓降范圍,逐步提高產量。正是由于穩(wěn)控精細排采技術的實施,保證了本區(qū)煤層氣生產的成功。

2.2.1 3種典型特征井

示范工程區(qū)塊內大部分煤層氣井的排采曲線呈現(xiàn)出3種典型特征:中高產—低產—高產,中高產—高產,中高產—低產。這3類典型生產特征的井,一般會經歷煤層氣井的3個生產階段,即排水降壓階段,穩(wěn)定生產階段,產量遞減階段(區(qū)內的150口井由于生產時間的原因,目前均未到達產量遞減階段,故不作闡述)[2-3]。

2.2.1.1 排水降壓階段

這是煤層氣井排采過程中至關重要的階段,極易造成對煤層的傷害。該階段宜采用定壓降排采制度,控制重點是:盡量減少井底流壓的變化幅度,合理選擇泵型,制訂合理的排采參數(shù),減低排液速度,使得環(huán)空動液面平穩(wěn)緩慢下降;在產氣初期,適當回調排采參數(shù),保持一定的動液面,緩慢提升氣量。潘河煤層氣田的排采井一般選用?44 mm口徑管式泵,排采初期抽油機設定為最小沖次、沖程,觀察煤層供液能力情況,定期調整抽油機沖次、沖程,原則上要求此階段動液面日降速不超過10 m。在實際生產過程中,由于煤層供液能力大小不一,供液能力差的煤層動液面降速很難控制,因此,在選擇泵型時,有針對性地選擇一些間隙較大的管式泵,不過分追求高泵效(圖2)。

圖2 PH66-08井排采曲線圖

2.2.1.2 穩(wěn)定生產階段

進入穩(wěn)定生產階段后,宜采用定產排采制度,此階段應避免單井產氣量的大幅度波動。需要進行單井產量調節(jié)時,一般通過調整動液面及套壓進行產量調節(jié),主要分兩種情況:①動液面較高的井,主要通過增加抽油機沖程沖次或提高管式泵泵效的方法,通過降低動液面來降低井底流壓,達到提產的目的;②動液面接近煤層頂板的井,一般通過調整套壓調整井底流壓,調壓時一般單日內套壓變化不超過0.2 MPa。

2.2.2 其他特征井

由于地質構造等因素的影響,還有一些特殊生產特征的情況,如高產水井、初始產氣量高的井等。

2.2.2.1 高產水井

這類井一般處在區(qū)內向斜中心部位,這類井產水量大大超過區(qū)內平均產水量(區(qū)內單井平均產水量2～5 m3/d),最高超過50 m3/d。這類井產水周期較長,一般在相當長的時間內(有的井超過1年)達不到產氣階段。這類井雖然自身沒有產氣量,但其對整個氣田的整體排水降壓是很有貢獻的,這類井縮短了氣田內其他井的排水降壓周期。針對這類井,并不追求其盡快產氣,針對底層供液能力,控制其排水速度及動液面的降速,避免由于過早出現(xiàn)氣水兩相流,影響水相的相對滲透率,應盡量多地排出地層水。排水的過程就是地層壓力整體下降的過程,對整個氣田的長期穩(wěn)產高產十分有利。

2.2.2.2 高產氣井

這類井一般在儲層改造的壓裂液返排完畢后就不再有產水顯示了,氣產量較高且套壓較高,一般井口套壓均能超過1 MPa。針對這類井,在其排水周期結束后,利用錐形閥或油嘴控制井口套壓,保持較高套壓生產,適當控制產氣速度,以避免高流速的氣體攜帶出煤粉并由此造成儲層的傷害(圖3)。

圖3 PH45-06井排采曲線圖

3 作業(yè)措施在排采中所起的作用

煤層氣井生產過程中,由于一些井下故障,需要對生產井進行修井作業(yè),達到以下目的:①解決由于煤粉或壓裂砂引起的卡泵問題;②解決管柱由于偏磨造成的油管漏失及油管強度降低的問題;③解決由于氣鎖或雜物引起的泵效較低的問題;④生產要求需要更改泵掛結構或泵掛深度的問題;⑤定期檢修以及解決其他井筒內故障等。

在生產過程中,發(fā)現(xiàn)一些井經過修井后,在單井沖程、沖次、產水量、液面高度等生產參數(shù)以及泵型、泵效、泵掛結構等井筒內情況并未發(fā)生明顯變化的情況下其單井產氣量發(fā)生激增,由低產井迅速轉變?yōu)楦弋a井(圖4)。

研究發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)這種情況的井有以下特點:①這些井均經過相當長一段時間的生產,大多都處于排水降壓階段后期,產水量已經較低(日產水量低于1 m3),說明井筒附近地層中含水飽和度已經降低到一定程度;②由于已經經過一段時間的排水降壓,這些井地層壓力已經降低到一定程度,且壓降波及范圍也已擴大到一定程度,井筒遠端煤層中,已有大量甲烷氣解吸出來,形成一些高含氣區(qū);③修井作業(yè)前,這些井大多井底流壓均超過1 MPa,產水產氣基本穩(wěn)定,井筒附近達到了一個平衡穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4 PH55-03井排采曲線圖

在修井前,這些井動液面一般都接近煤層頂板,煤層所受回壓主要是套壓造成的。在修井過程中,出于安全,各井都會在起下管柱前,進行放壓處理,即敞開井口,不控制套壓放氣,這就造成了井底流壓降低,生產壓差增大;煤層所受回壓降低,井筒附近解吸氣量增大,又因為井筒附近含水飽和度已經降低到一定程度,因此,氣相滲透率會增加,水相滲透率會相應降低,這樣就在井底形成了一條氣的高速通道;另外,在修井過程中由于起下井內管柱,會有一定程度的壓力波動,這都會打破修井前井筒附近建立的平穩(wěn)狀態(tài)。這種影響波及井筒遠處高含氣區(qū)后,這些井產氣量會大幅增加,完成了向高產井的轉變。在排采過程中,有意識地安排一些修井作業(yè),從而獲得了很好的效果。

4 結束語

煤層氣排采控制技術具有其獨特性,既要保護儲層,又要兼顧單井、氣田整體產能的精細穩(wěn)控排采技術,從而保證了煤層氣井的平穩(wěn)生產和效益最大化。這開創(chuàng)了煤層氣井規(guī)范化排采作業(yè)的先河,起到了應有的示范效應。

[1]王國強,席明揚,吳建光,等.潘河地區(qū)煤層氣井典型生產特征及分析[J].天然氣工業(yè),2007,27(7):83-85.

[2]孫茂遠,范志強.中國煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀及產業(yè)化戰(zhàn)略選擇[J].天然氣工業(yè),2007,27(3):1-5.

[3]中國煤炭協(xié)會煤層氣專業(yè)委員會.2008年煤層氣學術研討會論文集[M].北京:地質出版社,2008.

10.3787/j.issn.1000-0976.2011.05.008

2011-03-16 編輯 韓曉渝)

王國強等.沁南潘河煤層氣田穩(wěn)控精細排采技術.天然氣工業(yè),2011,31(5):31-34.

國家發(fā)展和改革委員會國家高技術發(fā)展專項“沁南煤層氣開發(fā)利用高技術產業(yè)化示范工程”(編號:高技[2004] 2395)。

王國強,1978年生,工程師;從事煤層氣的壓裂、排采、地面集輸?shù)妊芯抗ぷ?。地?(100011)北京市東城區(qū)安外大街甲88號。電話:(010)64298883。E-mail:wangguoqiang@163.com