謝學(xué)恒，秦學(xué)成

(1.中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司，天津300452;2.中石化華東分公司采油廠，江蘇泰州225300)

煤層氣井的生產(chǎn)與常規(guī)油氣井不同，需要進(jìn)行一段時(shí)間的排水降壓，這一時(shí)間可定義為見(jiàn)氣時(shí)間。見(jiàn)氣時(shí)間一般在實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)觀測(cè)井的初始套壓確定，即啟抽排采至煤層氣井觀測(cè)到初始套壓所用的時(shí)間，其概念與實(shí)驗(yàn)室中的煤巖解吸時(shí)間是相區(qū)別的。見(jiàn)氣時(shí)間的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)直接關(guān)系到煤層氣井的下一步投產(chǎn)的時(shí)間安排，對(duì)煤層氣的開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于見(jiàn)氣時(shí)間的相關(guān)研究資料較少，還處于探索階段，各項(xiàng)技術(shù)還不成熟。本文通過(guò)對(duì)延川南區(qū)塊生產(chǎn)井資料的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)見(jiàn)氣時(shí)間的兩個(gè)特點(diǎn):首先，不同區(qū)域的地下煤層含水量不同，以及煤巖的滲透率的差異性明顯，這就造成了煤巖的原始地層壓力與滲流能力不同，從而導(dǎo)致煤層氣的見(jiàn)氣時(shí)間的差異;其次，由于不同區(qū)域煤層的物理特征不同，在維持煤巖儲(chǔ)集層不被破壞情況下排水降壓，這就要考慮到排水速率對(duì)煤巖滲透率敏感性 (即速敏)的影響，確定出泵的不同的轉(zhuǎn)速或沖次，從而導(dǎo)致不同井的見(jiàn)氣時(shí)間會(huì)不同。考慮到以上兩方面，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)延川南區(qū)塊的煤層氣井的見(jiàn)氣時(shí)間與見(jiàn)氣前平均日產(chǎn)水量、累計(jì)產(chǎn)水量、解吸壓力、初始井底流壓、舉升指數(shù) (沖程沖次或轉(zhuǎn)速)的關(guān)系進(jìn)行耦合分析，建立了見(jiàn)氣時(shí)間預(yù)測(cè)表達(dá)式，實(shí)踐證明其誤差較小，可應(yīng)用于該地區(qū)以后煤層氣生產(chǎn)。

1 延川南區(qū)塊地質(zhì)背景

延川南區(qū)塊位于晉陜交界處，構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地東南緣，隸屬于渭北隆起和晉西撓褶帶交匯處，整體構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，地層向NW傾斜，以NE向逆斷層為主，局部發(fā)育正斷層，走向NNE向。以黃河為界分為山西省部分和陜西省兩部分。區(qū)塊東西長(zhǎng) 33.18km，南北寬 22.38km，面積701.4km2，含煤面積672km2。

延川南地區(qū)資源量豐度高，保存較好，且地質(zhì)研究程度較高，為煤層氣開發(fā)的有利區(qū)。其中山西組2號(hào)煤層及太原組10號(hào)煤層全區(qū)穩(wěn)定可采，且兩煤層間距相對(duì)穩(wěn)定在40～50m之間，是煤層氣勘探開發(fā)的主要目標(biāo)層［1］。

2 煤層氣井生產(chǎn)參數(shù)耦合及關(guān)聯(lián)分析

煤層氣的解吸是由于排水降壓的結(jié)果，延川南多口井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，煤層氣的解吸與產(chǎn)水量，等效壓力和舉升指數(shù)有關(guān)聯(lián)。當(dāng)排水量越多時(shí)，煤層氣的解吸就越早，即見(jiàn)氣時(shí)間越短;而等效壓力 (排水初期的井底流壓與見(jiàn)氣時(shí)的井底流壓之差)則與見(jiàn)氣時(shí)間成二次型相關(guān);舉升指數(shù)則與見(jiàn)氣時(shí)間成正相關(guān) (如圖1所示)。

圖1 三個(gè)參數(shù)對(duì)見(jiàn)氣時(shí)間的影響

除此之外，產(chǎn)水量與見(jiàn)氣時(shí)的井底流壓的分布具有一致性，產(chǎn)水量較多時(shí)，見(jiàn)氣時(shí)的井底流壓相對(duì)較高，反之較少。這是由于該區(qū)域的煤巖滲透率較大、煤層氣成藏時(shí)富集的較多，因而其解吸壓力就相對(duì)較高。其各參數(shù)的關(guān)聯(lián)分析見(jiàn)表1［2－4］。

考慮到排水速度對(duì)煤層氣的敏感性影響，因此平均日產(chǎn)水量不能過(guò)大，這也就約束了舉升指數(shù)的上限。而受煤層的壓力敏感性影響，在未解吸出煤層氣時(shí)，煤層壓力的降低也應(yīng)該持續(xù)平穩(wěn)。對(duì)于該區(qū)塊而言，可以根據(jù)不同井的排采規(guī)律大致預(yù)測(cè)其見(jiàn)氣時(shí)間。

表1 各參數(shù)的關(guān)聯(lián)性

3 見(jiàn)氣時(shí)間預(yù)測(cè)表達(dá)式推導(dǎo)過(guò)程

見(jiàn)氣時(shí)間預(yù)測(cè)表達(dá)式推導(dǎo)的研究思路是首先根據(jù)煤層氣井排采理論與實(shí)踐，建立見(jiàn)氣時(shí)間預(yù)測(cè)的理論模型，并結(jié)合延川南區(qū)塊煤層氣井生產(chǎn)參數(shù)耦合及關(guān)聯(lián)分析成果，得到該區(qū)塊見(jiàn)氣時(shí)間的統(tǒng)計(jì)模型，即經(jīng)驗(yàn)公式。最后，運(yùn)用理論模型與統(tǒng)計(jì)模型建立見(jiàn)氣時(shí)間預(yù)測(cè)表達(dá)式。

3.1 理論模型

第一方面，煤層氣井生產(chǎn)是排水降壓的過(guò)程，見(jiàn)氣時(shí)間直接與地層供液量相聯(lián)系，而生產(chǎn)時(shí)直接反映為2個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)——產(chǎn)水量與舉升指數(shù) (沖程沖次或轉(zhuǎn)速)，從理論上而言 (避開壓竄含水層等)，產(chǎn)水量越大，要求舉升指數(shù)越大，同時(shí)降壓通常較緩慢，見(jiàn)氣時(shí)間較長(zhǎng)。則以見(jiàn)氣時(shí)間分別與產(chǎn)水量、舉升指數(shù)呈正相關(guān)表示。

第二方面，初始井底流壓與解吸壓力 (見(jiàn)氣時(shí)的井底流壓)之差反映了需要降壓量的大小，假設(shè)只考慮單因素影響，則降壓量越小，見(jiàn)氣時(shí)間越短，反之降壓量越大，見(jiàn)氣時(shí)間越長(zhǎng)。但是，受地層供液量差異的影響，降壓困難程度不同，降壓量與見(jiàn)氣時(shí)間并不呈線性相關(guān)［5－7］。

綜合上述兩個(gè)方面，可假設(shè)預(yù)測(cè)模型為:

式中，A，a，b為待統(tǒng)計(jì)回歸的常數(shù)。

采用實(shí)際數(shù)據(jù)T，Q，ΔP。T=［44 42 82 105 121 124 63 225 29］，Q= ［3.13 2.46 3.76 0.89 9.44 8.84 3.14 19 1.3］，ΔP= ［1.98 1.69 1.95 2.81 0.41 0.49 0.4 1.02 1.94］，得擬合公式為

平均誤差為21%，理論模型擬合結(jié)果見(jiàn)圖2。

3.2 統(tǒng)計(jì)模型

根據(jù)煤層氣井生產(chǎn)參數(shù)耦合及關(guān)聯(lián)分析，可以得到見(jiàn)氣時(shí)間與見(jiàn)氣前平均日產(chǎn)水量、舉升指數(shù)以及等效壓力的統(tǒng)計(jì)模型，如表2。

圖2 理論模型擬合結(jié)果

表2 見(jiàn)氣時(shí)間預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型

考慮到見(jiàn)氣前平均日產(chǎn)水量與舉升指數(shù)呈明顯正相關(guān) (如圖3所示)，見(jiàn)氣時(shí)間可由見(jiàn)氣前平均日產(chǎn)水量表示，平均誤差為23%。

圖3 見(jiàn)氣前平均日產(chǎn)水量與舉升指數(shù)的相關(guān)性

3.3 見(jiàn)氣時(shí)間預(yù)測(cè)表達(dá)式

綜合理論模型與統(tǒng)計(jì)模型，試用了取平均值法、加三差分法、加權(quán)平均法，發(fā)現(xiàn)取平均值法誤差最小，最后采用取平均值法得到了見(jiàn)氣時(shí)間的預(yù)測(cè)表達(dá)式 (第一表達(dá)式)，擬合度80%。

4 適應(yīng)性評(píng)價(jià)與應(yīng)用實(shí)例

在延川南區(qū)塊對(duì)見(jiàn)氣時(shí)間的預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)見(jiàn)氣前平均日產(chǎn)水量小于1m3時(shí)，實(shí)測(cè)見(jiàn)氣時(shí)間超過(guò)100d，地質(zhì)分析證實(shí)這些井位于弱含水區(qū)，并且等效壓力較大 (大于2MPa)，也反映了儲(chǔ)層壓力較高、煤層解吸壓力較低，降壓困難。此部分井?dāng)?shù)據(jù)如表3所示。

在這些區(qū)域則采用第二表達(dá)式:

表3 弱含水區(qū)部分井?dāng)?shù)據(jù)

因此，見(jiàn)氣時(shí)間預(yù)測(cè)表達(dá)式可修正為:

對(duì)于延川南區(qū)塊而言，水文地質(zhì)分析得出弱含水區(qū)區(qū)域較小，主要運(yùn)用累計(jì)產(chǎn)水量Q大于1m3時(shí)的表達(dá)式，其應(yīng)用實(shí)例如表4，預(yù)測(cè)誤差較小。

表4 見(jiàn)氣時(shí)間預(yù)測(cè)應(yīng)用實(shí)例

5 結(jié)論與建議

見(jiàn)氣時(shí)間預(yù)測(cè)模型需要充分考慮到地質(zhì)因素的影響，例如水文地質(zhì)、含氣量 (影響解吸壓力)、原始儲(chǔ)層壓力等，文中所建模型首先通過(guò)見(jiàn)氣前平均日產(chǎn)水量差異，區(qū)分了水文地質(zhì)條件，同時(shí)運(yùn)用見(jiàn)氣前平均日產(chǎn)水量與等效壓力 (初始井底流壓與解吸壓力之差)建立了預(yù)測(cè)見(jiàn)氣時(shí)間的理論模型，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)見(jiàn)氣前平均日產(chǎn)水量與見(jiàn)氣時(shí)間具有強(qiáng)相關(guān)性，以此作為統(tǒng)計(jì)模型。結(jié)合理論模型與統(tǒng)計(jì)模型，采用取平均的方法得到了見(jiàn)氣時(shí)間預(yù)測(cè)表達(dá)式，其相對(duì)誤差最小。

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