石油工程設(shè)計(jì)大賽-采油

1、第九章 采氣工程設(shè)計(jì)才起工程方案設(shè)計(jì)是氣藏開發(fā)建設(shè)的指導(dǎo)性文件，在進(jìn)行采氣工程方案設(shè)計(jì)時(shí)必須緊繞提高經(jīng)濟(jì)效益這個(gè)中心展開工作。從氣藏地質(zhì)特征、流體性質(zhì)與生產(chǎn)特性入手，在深入調(diào)研和總結(jié)已取得成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過一系列導(dǎo)向技術(shù)的深入研究和先導(dǎo)性試驗(yàn)，起初先進(jìn)、使用的才起工程技術(shù)方案，確保達(dá)到氣藏開發(fā)指標(biāo)。9.1設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思路9.1.1設(shè)計(jì)原則以氣藏工程設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，結(jié)合地面工程，形成符合本地區(qū)煤層氣田特點(diǎn)、滿足氣田高產(chǎn)能發(fā)展要求的完井，儲(chǔ)層保護(hù)，增產(chǎn)措施，采氣方式，七天仿佛，生產(chǎn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)等配套工藝技術(shù)，并充分利用煤層能量，盡量減少井下作業(yè)的工作量，最大限度地延長(zhǎng)煤層氣田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)期，卻跑氣田開采

2、獲得較高的經(jīng)濟(jì)收益9.1.2設(shè)計(jì)思路本地區(qū)煤層氣氣體組成成分良好，是不含H2S無硫氣田，含有少量的CO2。不過由于煤層氣生產(chǎn)特點(diǎn)，即先產(chǎn)水后產(chǎn)氣，產(chǎn)氣過程中不斷伴隨著水的產(chǎn)出，因此需要做好防腐，防水合物的工作本地區(qū)氣藏儲(chǔ)層厚度一般、物性較差，想要提高產(chǎn)量，需進(jìn)行壓裂作業(yè)，或采用水平井開采工藝對(duì)方案涉及的正在或擬開展的先導(dǎo)性試驗(yàn)，要在方案實(shí)施中不斷進(jìn)行補(bǔ)充和完整。9.2 設(shè)計(jì)依據(jù)9.2.1氣藏主要相關(guān)特種（1）地質(zhì)概況沁端區(qū)塊位于沁水盆地南部，屬山區(qū)丘陵地貌，以低山丘陵為主。本區(qū)構(gòu)造形態(tài)總體為一走向北北東、傾向北西西的單斜構(gòu)造。在此基礎(chǔ)上發(fā)育了一系列近南北北北東向?qū)捑忨耷?，形成區(qū)內(nèi)地層的波狀起伏

3、，巖層傾角一般不超15，個(gè)別地段受構(gòu)造影響巖層傾角變化大。斷層不發(fā)育，規(guī)模較大的僅一條，斷距最大達(dá) 100m?？傮w屬地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單類。區(qū)內(nèi)節(jié)理總體較發(fā)育，發(fā)育方向大致可分為3 個(gè)方向，分別是走向5060、290和320，尤以走向5060的節(jié)理最為發(fā)育。野外研究揭示走向5060方向的節(jié)理密度大，節(jié)理面平直，裂縫緊密，節(jié)理延伸長(zhǎng)，無充填。而其它方向節(jié)理延伸短（一般不超過3m），節(jié)理面也不夠平直，發(fā)育密度規(guī)律不強(qiáng)。不同地點(diǎn)節(jié)理的發(fā)育程度不盡相同，以走向5060的節(jié)理為例，區(qū)內(nèi)發(fā)育216條/m，一般為10條/m，往往在向斜或背斜軸部節(jié)理發(fā)育密度較大，而褶曲翼部相對(duì)較稀。（2）儲(chǔ)層性質(zhì) 孔隙度：3#煤層孔

4、隙度為 3.95%5.96%，15#煤層孔隙度為 5.1%5.92%；3#取平均孔隙度4.95%，15#取平均孔隙度5.51% 滲透率：3#煤層孔隙度為在0.972.0710-3m2之間，15#煤層由于埋深大于3#煤層，測(cè)定的煤層滲透率略低于3#煤層，在0.681.7610-3m2之間。 氣藏中部深度：3#層深度在530880m之間，中部深度估計(jì)為640m；15#層深度在630970m之間，中部深度估計(jì)為735m 平均產(chǎn)層有效厚度：3#平均產(chǎn)層有效厚度：6.24m；15#平均產(chǎn)層有效厚度：4.14m 平均地層壓力：3#層平均地層壓力為4.97MPa；15#層平均地層壓力5.90MPa 平均壓力

5、系數(shù)：3#層平均壓力系數(shù)為0.7233；15#層平均壓力系數(shù)0.7533 平均地層溫度：該區(qū)地處沁水盆地南部，恒溫帶深度 50m 左右，溫度 17左右，地溫梯度約為 1.82.2100m，地溫梯度偏低，因此地層溫度大致在29-37之間。（3）流體性質(zhì)天然氣性質(zhì)： 甲烷濃度較高，3#煤層甲烷濃度 79.42%95.62%，15#煤層甲烷濃度 81.58%98.48%。CH4含量 H2S含量：無 CO2含量：少量地層水性質(zhì)：根據(jù)已鉆井測(cè)井資料解釋成果，山西組 3#煤層和太原組 15#煤層的含水性較弱。 鉆孔資料顯示，產(chǎn)出水水質(zhì)類型以 Na-HCO3 為主，礦化度一般在 1200 mg/L9.3完井

6、工程設(shè)計(jì)氣井完井方式的選擇取決于氣藏的地質(zhì)情況、氣藏工程的要求、鉆井技術(shù)水平和采氣工程技術(shù)的需要。鑒于XX氣藏布井方式選擇叢式井組，井型為直井、斜井和水平井，完井方式應(yīng)考慮以下因素：叢式井和定向井的特點(diǎn)；氣藏埋藏深；能滿足分層合采的需要；滿足壓裂施工的需要；滿足高產(chǎn)和長(zhǎng)期安全穩(wěn)定生產(chǎn)。9.3.1完井方式的優(yōu)選氣井完井是指從鉆開生產(chǎn)層和探井目的層開始，直到氣井投入生產(chǎn)為止的全過程，它既是鉆井工程的最終一道工序，又是采氣工程的開始，對(duì)鉆井工程和采氣工程起著承前啟后的重要作用。氣井完井工程是采氣工程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。它直接關(guān)系著氣井的質(zhì)量，是氣井能否生產(chǎn)、產(chǎn)能高低的關(guān)鍵點(diǎn)，是氣井生產(chǎn)的基礎(chǔ)。完井

7、工程設(shè)計(jì)必須以保護(hù)氣層和提高完井質(zhì)量為前提。氣井完井方法的優(yōu)選、完井質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到生產(chǎn)井能否反映井下情況、氣井能否長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)，并直接關(guān)系到氣田開發(fā)方案的正確執(zhí)行和氣田或氣井的最終經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，我們可以看出本地區(qū)煤層氣藏具有以下特點(diǎn)，產(chǎn)水，低壓。根據(jù)這兩個(gè)特點(diǎn)此處提出兩點(diǎn)建議：（1） 產(chǎn)水氣井由于煤層氣特有的特性，即使沒有水層，開采初期也會(huì)產(chǎn)出大量的水，因此在完井時(shí)和其他氣井不同，不存在技術(shù)套管將水層封隔住，鉆開氣層不鉆水層的情況。不過需要進(jìn)行酸化或者壓裂的，應(yīng)該采用套管射孔方式完井。在下乳油管完井時(shí)，必須考慮采氣時(shí)帶水生產(chǎn)和排水采氣功能。（2） 低壓氣井產(chǎn)層壓力系數(shù)小于0.9

8、MPa/100m的氣井屬于低壓氣井，本地區(qū)壓力系數(shù)在0.70.8之間，屬于低壓氣藏。此類氣井完井時(shí)應(yīng)考慮完井液，壓井液的性質(zhì)，采用屏蔽暫堵技術(shù)防止氣井傷害，完井時(shí)宜采用欠平衡鉆井方式打開產(chǎn)層，采用負(fù)壓套管射孔完井及不壓井作業(yè)。9.3.1.1完井優(yōu)選的要求和依據(jù)完井方式的優(yōu)選一般應(yīng)該滿足以下要求：（1）氣層和井筒之間應(yīng)保持最佳的連通條件，氣層所受的傷害最??；（2）氣層和井筒之間應(yīng)具有最可能大的滲流面積，氣流入井的阻力最??；（3）應(yīng)能有效地封隔氣、水層，防止氣竄或水竄，杜絕層間干擾；（4）應(yīng)能有效地控制氣層出砂，防止井壁跨塌，保證氣井長(zhǎng)期生產(chǎn)；（5）應(yīng)具備便于人工舉升和井下作業(yè)等條件（6）施工工藝

9、簡(jiǎn)單，成本低。完井方法的優(yōu)選是非常復(fù)雜的，應(yīng)根據(jù)氣層的地質(zhì)特點(diǎn)，慎重選擇最合適的完井方法。具體來說，選擇氣井完井方法時(shí)主要考慮以下因素：（1）應(yīng)考慮產(chǎn)層的結(jié)構(gòu)，對(duì)碳酸巖地層來講應(yīng)注意產(chǎn)層的堅(jiān)韌程度、產(chǎn)層傾角、夾層中泥土或頁巖的情況、產(chǎn)層的裂縫、節(jié)理的發(fā)育情況，判斷氣井在生產(chǎn)過程中是否會(huì)發(fā)生坍塌、掉塊、頁巖或粘土膨脹等問題。如產(chǎn)層為松軟砂層，該考慮氣井在生產(chǎn)過程中是否會(huì)嚴(yán)重出砂。還要了解氣井生產(chǎn)中后期出水的可能性，粘土或頁巖容易因水的浸泡發(fā)生膨脹形成產(chǎn)層坍塌。（2）應(yīng)觀察地區(qū)氣井或鄰井的產(chǎn)層壓力、井口壓力、天然氣中的硫化氫和二氧化碳的含量是否對(duì)氣井井下套管和油管柱有氫脆和嚴(yán)重電化學(xué)腐蝕的可能性。

10、對(duì)于酸性氣體，應(yīng)采用帶封隔器的一次性管柱，以保證油套管環(huán)形空間能充填防腐液。（3）鄰井或氣田上的氣井中后期產(chǎn)水的可能性，氣井生產(chǎn)后期進(jìn)行排水產(chǎn)氣和修井的可能性。（4）氣田的生產(chǎn)井或鄰井氣井完成后，投產(chǎn)和增產(chǎn)措施的施工壓力，與生產(chǎn)套管允許應(yīng)力的關(guān)系。（5）氣田上已有氣井的產(chǎn)量水平，用以確定氣井完井時(shí)的油套尺寸。由于氣井經(jīng)生產(chǎn)一段時(shí)期后，修井之前的壓井工作極易發(fā)生井漏，傷害產(chǎn)層，氣井井下作業(yè)時(shí)易于發(fā)生井噴，因而氣井完井一般是一次管柱，并采用節(jié)點(diǎn)分析方法，優(yōu)選油管直徑。油管直徑確定后，再根據(jù)采氣工藝的特點(diǎn)選定套管直徑。（6）有多個(gè)產(chǎn)層的氣井在生產(chǎn)時(shí)是否要求分層開采。（7）鉆井工程在本井是否采用特殊工

11、藝，如大斜度井、水平井等。9.3.1.2根據(jù)地質(zhì)條件選擇完井方式結(jié)合本地區(qū)氣田復(fù)雜地質(zhì)條件及完井工程中存在的問題，對(duì)各種完井方式的對(duì)比分析。完井方式適用的地質(zhì)條件射孔完井 有氣頂或底水或含水夾層及易塌夾層等復(fù)雜地質(zhì)條件，要求實(shí)施分隔層段的儲(chǔ)層 各分層之間存在壓力、巖性等差異，要求實(shí)施分層測(cè)試、分層采油、分層注水、分層處理 要求實(shí)施大規(guī)模水力壓裂作業(yè)的低滲透儲(chǔ)層 砂巖儲(chǔ)層、碳酸鹽巖裂縫性儲(chǔ)層 含油層段長(zhǎng)，夾層厚度大，不適用于裸眼完井的構(gòu)造復(fù)雜的油氣藏裸眼完井 巖性堅(jiān)硬致密，井眼穩(wěn)定不坍塌的碳酸鹽巖或砂巖儲(chǔ)層 無氣頂、無底水、無含水夾層及易塌夾層 單一厚儲(chǔ)層，或壓力、巖性基本一致的多儲(chǔ)層 不準(zhǔn)備實(shí)

12、施分隔層段，選擇性處理的儲(chǔ)層 巖石堅(jiān)硬致密，井壁不坍塌的儲(chǔ)層； 不要求層段分割的儲(chǔ)層； 天然裂縫性碳酸鹽巖或硬質(zhì)砂巖； 短或極短曲率半徑的水平井割縫襯管完井 無氣頂、無底水、無含水夾層及易塌夾層 單一厚儲(chǔ)層，或壓力、巖性基本一致的多儲(chǔ)層 不準(zhǔn)備實(shí)施分隔層段，選擇性處理的儲(chǔ)層 巖性較為疏松的中、粗砂粒儲(chǔ)層，天然裂縫性碳酸鹽巖或硬質(zhì)砂巖 井壁不穩(wěn)定，有可能發(fā)生井眼坍塌的儲(chǔ)層； 不要求層段分割的儲(chǔ)層裸眼礫石充填 無氣頂、無底水、無含水夾層及易塌夾層 單一厚儲(chǔ)層，或壓力、巖性基本一致的多儲(chǔ)層 不準(zhǔn)備實(shí)施分隔層段，選擇性處理的儲(chǔ)層 巖性較為疏松的中、粗砂粒儲(chǔ)層 熱采稠油油藏套管礫石充填 有氣頂或有底水或

13、含水夾層及易塌夾層等復(fù)雜地質(zhì)條件，因而要求實(shí)施分隔層段 各分層之間存在壓力、巖性差異，因而要求實(shí)施選擇性處理 巖性疏松出砂嚴(yán)重的中、粗、細(xì)砂粒儲(chǔ)層 熱采稠油油藏復(fù)合型完井 巖性堅(jiān)硬致密，井眼穩(wěn)定不坍塌的儲(chǔ)層 裸眼井段內(nèi)無含水夾層及易塌夾層的儲(chǔ)層 單一厚儲(chǔ)層，或壓力、物性基本一致的多儲(chǔ)層 不準(zhǔn)備實(shí)施分隔層段，選擇性處理的儲(chǔ)層 有氣頂或儲(chǔ)層頂界附近有高壓水層，但無底水的儲(chǔ)層帶ECP的割縫襯管完井 要求不用注水泥實(shí)施層段分割的注水開發(fā)儲(chǔ)層； 要求實(shí)施層段分割，但不要求水力壓裂的儲(chǔ)層； 井壁不穩(wěn)定，有可能發(fā)生井眼坍塌的儲(chǔ)層； 天然裂縫性或橫向非均質(zhì)的碳酸鹽巖或硬質(zhì)砂巖儲(chǔ)層；9.3.1.3完井方式的選擇

14、考慮到本地區(qū)煤層氣的儲(chǔ)層特性以及雙層同采特性，本方案認(rèn)為裸眼完井方式是最為合適的選擇，可以避免在注水泥過程中造成地層傷害，減低成本。9.3.1.4投產(chǎn)方式選擇氣藏工程研究表明由于本地區(qū)煤層氣的特性，水力壓裂能是高壓驅(qū)動(dòng)水流計(jì)入每種原有的和壓裂后出現(xiàn)的裂縫內(nèi)，擴(kuò)寬并伸展這些裂縫，進(jìn)而在煤中產(chǎn)生更多的次生裂縫，增加了煤層的透氣性。采用水力壓裂措施，既可以解除井底污染，又能提高儲(chǔ)層滲透率、延伸裂縫，擴(kuò)大滲流范圍，提高單井產(chǎn)量。因此該氣田主體大部分開發(fā)井需要壓裂投產(chǎn)方式。由于氣藏低孔、低滲等特殊性，不能采用常規(guī)的投產(chǎn)工藝技術(shù)，必須研究科學(xué)經(jīng)濟(jì)的方式，確保高效安全投產(chǎn)。（1）不同投產(chǎn)工藝方式分析射孔、壓

15、裂、下生產(chǎn)管柱分步實(shí)施投產(chǎn)方式。該投產(chǎn)方式施工簡(jiǎn)單，技術(shù)性能要求低，但需要多次壓井起下管柱，不僅增加了作業(yè)工作量和作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，而且對(duì)地層造成嚴(yán)重傷害。射孔、壓裂聯(lián)作，然后下生產(chǎn)管柱投產(chǎn)方式。該投產(chǎn)方式先進(jìn)行射孔、壓裂聯(lián)作，然后壓井取出井下管柱，下生產(chǎn)管柱投產(chǎn)。它減少了射孔后壓井氣下管柱的工作量，避免了射孔后壓井對(duì)地層的傷害，但壓裂后還要壓井。射孔后，壓裂、壓裂生產(chǎn)一體化投產(chǎn)方式。該投產(chǎn)方式先進(jìn)行射孔施工，壓井取出射孔管柱后，再進(jìn)行酸壓、生產(chǎn)一體化投產(chǎn)。減少了壓裂后壓井起下管柱工作量，避免壓裂后壓井對(duì)地層的傷害。但工藝復(fù)雜，對(duì)工具的性能要求高。射孔、壓裂、生產(chǎn)一體化投產(chǎn)方式。該投產(chǎn)方式要求一趟管柱

16、完成射孔、壓裂、投產(chǎn)，在整個(gè)投產(chǎn)過程中不需要作業(yè)壓井更換管柱，可有效避免壓井對(duì)地層的傷害，但需要射孔后丟槍，鉆井必須預(yù)留較長(zhǎng)口袋，施工工藝非常復(fù)雜，管柱及井下配套工具滿足射孔、壓裂、生產(chǎn)的要求，可實(shí)施性差。射孔、生產(chǎn)管柱聯(lián)作投產(chǎn)方式。該投產(chǎn)方式要求射孔后不動(dòng)管柱直接投產(chǎn)，它適用于地層能量充足，不需要壓裂就可滿足配產(chǎn)的高產(chǎn)井。如果帶槍生產(chǎn)，需要射孔槍采用耐腐蝕材料，如果丟槍生產(chǎn)，需要鉆井預(yù)留較長(zhǎng)口袋。（2）不同投產(chǎn)工藝方式缺點(diǎn)分析壓井會(huì)對(duì)地層造成嚴(yán)重污染。在投產(chǎn)過程中要盡量減少壓井次數(shù)，避免對(duì)產(chǎn)層造成多次污染。分析不同投產(chǎn)方式可知，在壓裂后壓井換生產(chǎn)管柱，勢(shì)必造成儲(chǔ)層再次污染，影響投產(chǎn)效果。所以

17、投產(chǎn)工藝避免壓裂后的壓井工序。壓裂后壓井容易發(fā)生井漏。由于壓裂改造后，改善井底滲流條件，產(chǎn)生有效的支撐裂縫，提高了儲(chǔ)層導(dǎo)流能力，壓裂后再壓井容易發(fā)生井漏。井漏對(duì)高產(chǎn)氣井作業(yè)將帶來極大危險(xiǎn)。采用射孔后丟槍將大大增加鉆井成本。氣田主體鉆井費(fèi)用高，以平均射孔段長(zhǎng)度300m計(jì)算，丟槍須增加預(yù)留口袋300m，將大幅度增加鉆井費(fèi)用。帶槍生產(chǎn)會(huì)影響氣井正常生產(chǎn)。帶槍生產(chǎn)方式會(huì)因射孔槍身腐蝕，影響氣井正常生產(chǎn)，同時(shí)射孔槍內(nèi)的殘留物極易造成生產(chǎn)管柱和井口的堵塞。以上情況表明，投產(chǎn)方式中壓裂后壓井下生產(chǎn)管柱、丟槍或帶槍生產(chǎn)均不適合氣田主體開發(fā)。通過綜合對(duì)比分析各種投產(chǎn)方式的適應(yīng)性，結(jié)合氣田的實(shí)際情況，射孔后壓裂、

18、生產(chǎn)一體化管柱投產(chǎn)方式可適應(yīng)XX氣田主體開發(fā)需要。（3）優(yōu)選射孔后下壓裂、生產(chǎn)一體化管柱投產(chǎn)方式可行性分析施工工藝可行。采用工藝程序?yàn)樯淇缀笱h(huán)壓井液，起出射孔管柱；下壓裂生產(chǎn)一體化管柱；投球憋壓坐封封隔器；環(huán)空打壓驗(yàn)封；驗(yàn)封合格后，油管內(nèi)加壓打掉球坐；采用油管注入方式進(jìn)行壓裂施工；放噴投產(chǎn)。完井管柱可滿足壓裂施工工藝要求。完井管柱的設(shè)計(jì)充分考慮了壓裂施工對(duì)井下管柱的影響，能滿足耐壓、耐溫、大排量施工等壓裂施工工藝的要求。完井管柱可以滿足安全生產(chǎn)要求。選用的油管具有腐蝕，耐壓和耐溫性能好的材質(zhì)，滿足生產(chǎn)的需要。助排工藝成熟：為了確保氣井壓裂后順利投產(chǎn)，可采用成熟的助排技術(shù)。液氮排液：在壓裂施工

19、后期頂替液中加入適量的液氮，壓裂后由于壓力擴(kuò)散，分散在液體中的液氮體積膨脹，降低液柱壓力，有利于液體的返排，提高液體的返排率，提高壓后效果。表面活性劑助排：采用在壓裂液內(nèi)加入表面活性劑等助排劑，以降低地層內(nèi)殘夜的表、界面張力，提高液體的返排能力。誘噴投產(chǎn)：由于采用井下安全閥和井口安全閥雙重保護(hù)，在誘噴、測(cè)試和投產(chǎn)過程中可確保安全。通過以上分析比較，射孔后下壓裂、生產(chǎn)一體化管柱，進(jìn)行后續(xù)各項(xiàng)作業(yè)施工，工藝可行，可作為推薦首選投產(chǎn)方式，但是由于現(xiàn)場(chǎng)條件特殊，可以采取以上其他投產(chǎn)方式。9.3.2管柱優(yōu)選和井口選擇生產(chǎn)管柱強(qiáng)度是油氣生產(chǎn)安全性的保證，而油氣井井口裝置是懸掛井下管柱、套管柱，密封油套管和

20、兩層套管之間的環(huán)形空間以控制油氣井生產(chǎn)，以及進(jìn)行壓裂、注化學(xué)劑等關(guān)鍵設(shè)備。9.3.2.1完井生產(chǎn)管柱選取原則一般完井生產(chǎn)管柱的選取應(yīng)該遵循以下原則：（1）完井油管柱紀(jì)要滿足完井作業(yè)要求，又要滿足氣井開采的需求，還要考慮今后井作業(yè)的復(fù)雜性。（2）在滿足安全和工程的前提下力求簡(jiǎn)單實(shí)用，盡量減少井下工具的數(shù)量（3）硬滿足節(jié)點(diǎn)分析要求，減少局部過大壓力損失（4）應(yīng)考慮H2S，CO2和地層水的影響（5）應(yīng)該考慮套管質(zhì)量，特別是深井和超深井更硬檢查套管偏磨情況，在計(jì)算抗壓輕度是必須考慮此因素；為了保護(hù)套管和套管頭，確保長(zhǎng)期生產(chǎn)安全，采用生產(chǎn)封隔器永久性完井油管管柱。9.3.2.2流入流出動(dòng)態(tài)研究通常情況下

21、，選擇采氣井油管尺寸時(shí)需要考慮三個(gè)因素：一是油管內(nèi)的壓力損失不能太大，要在較長(zhǎng)的生產(chǎn)過程中保證一定的井口壓力，以滿足地面集氣的需要；二是具有較強(qiáng)的攜液能力，在正常的生產(chǎn)過程中避免井筒積液；三是要求流速不能過高，防止對(duì)井下油管柱產(chǎn)生沖蝕傷害。此外還要考慮與生產(chǎn)套管的綜合匹配，以及井下工具的配套性能等因素。根據(jù)本章采氣工藝方式部分的分析方法可以取得不同地層壓力和不同管徑尺寸下流入流出動(dòng)態(tài)曲線圖，流入、流出動(dòng)態(tài)曲線都存在著協(xié)調(diào)點(diǎn)，而且可以滿足氣井自噴的要求。由于本地區(qū)地層壓力變化不大，所以IPR曲線變化不大。又由于產(chǎn)氣量不高，儲(chǔ)層深度不深，OPR曲線趨于直線。因此不同的地層壓力和油管尺寸的流入流出曲

22、線區(qū)別不大，此處不一一列出，緊以W1井?dāng)?shù)據(jù)位例。雙層同產(chǎn)以W3井為例，流入流出曲線如圖9.4儲(chǔ)層保護(hù)設(shè)計(jì)9.4.1儲(chǔ)層巖石特性（1）顯微組分及礦物測(cè)定3#煤層：顯微組分以鏡質(zhì)組為主，鏡質(zhì)組含量 57.8%86.1%，平均 73.175%；礦物質(zhì)含量為 1.9%16.4%，平均為 8.1%，其中粘土礦物含量為 1.2%15.2%，第四屆全國石油工程設(shè)計(jì)大賽方案設(shè)計(jì)類賽題基礎(chǔ)數(shù)據(jù)10 / 34碳酸鹽類礦物為 0.2%1.7%，氧化物類礦物為 0.2%0.5%。15#煤層：顯微組分以鏡質(zhì)組為主，鏡質(zhì)組含量 60.1%84.5%，平均 73.1%；礦物質(zhì)含量為 6.4%23.2%，平均為 12.7%，

23、其中粘土礦物含量為 5.1%22%，碳酸鹽類礦物為 0.2%0.7%，氧化物類礦物為 0.2%0.5%。（2）煤的鏡質(zhì)體反射率3#煤層：分布區(qū)間為 2.771%3.567%，平均 3.058%，根據(jù)反射率值，3#煤層煤變質(zhì)階段屬于高變質(zhì)階段無煙煤三號(hào)。15#煤層：分布區(qū)間為 2.289%3.679%，平均 3.019%，根據(jù)反射率值，15#煤層煤變質(zhì)階段屬于無煙煤三號(hào)9.4.2儲(chǔ)層性質(zhì)：煤的孔隙度由煤的真密度和視密度可得出煤層孔隙度， 計(jì)算得 3#煤層孔隙度為 3.95%5.96%，15#煤層孔隙度為 5.1%5.92%。煤的滲透率參數(shù)井注入/壓降試井結(jié)果表明，該區(qū)煤層滲透率較高，其中3#煤層

24、的實(shí)測(cè)滲透率在0.972.0710-3m2之間；而15#煤層由于埋深大于3#煤層，測(cè)定的煤層滲透率略低于3#煤層，在0.681.7610-3m2之間。9.4.2儲(chǔ)層傷害主要原因煤層氣主要是賦存在煤層基質(zhì)中，即原生孔隙系統(tǒng)中，割理則是作為一種氣體運(yùn)移和擴(kuò)散的通道。煤儲(chǔ)層的孔隙發(fā)育特征決定了煤層氣藏縱向和橫向上滲透率非均質(zhì)性的存在，地層水常沿高滲透率性割理和裂縫竄入生產(chǎn)井中，導(dǎo)致開發(fā)過程中可能有大量水的存在，嚴(yán)重影響了氣體的產(chǎn)出。當(dāng)生產(chǎn)中煤層的壓力降低，雖然增大了采氣量，還會(huì)引起煤層的壓敏效應(yīng)，導(dǎo)致煤層的滲透率的降低以及地層吐砂、吐煤粉引起煤層空氣的堵塞污染，引起氣井的產(chǎn)量降低，兩外，還會(huì)促使遠(yuǎn)處

25、水層的水的推進(jìn)，引起氣井含水上升。在壓裂過程中，由于煤層具是具有很強(qiáng)吸附能力的 截止，吸附壓裂液后會(huì)引起煤層空隙的堵塞和基質(zhì)的膨脹。煤層總的割理孔隙度僅為1%2%，即使壓裂的起伏導(dǎo)致基質(zhì)的輕微膨脹，也會(huì)是割理孔隙度和滲透率相對(duì)大的下降。常見的儲(chǔ)層傷害原因如下： 固相微粒堵塞 礦物反應(yīng)物沉淀堵塞 地層水反應(yīng)物沉淀堵塞 巖心水敏傷害 巖心速敏傷害 巖心酸敏傷害 巖心堿敏傷害 巖心鹽敏傷害9.4.3儲(chǔ)層保護(hù)措施在施工的時(shí)候使用壓裂技術(shù)，是高壓驅(qū)動(dòng)水流擠入煤中原有的和壓裂后出現(xiàn)的裂縫內(nèi)，擴(kuò)寬并伸展這些裂縫，進(jìn)而在煤中產(chǎn)生更多的次生裂縫和裂縫，增加了煤層的透氣性。這樣可以有效的連通井筒和儲(chǔ)層。因?yàn)椴琶簩?/p>

26、氣需要很快地降低整個(gè)產(chǎn)層的儲(chǔ)層壓力，才能有利于加快排水，所以裂縫的高導(dǎo)流能力在低滲透煤層中特別重要。在挑選壓裂液的時(shí)候，考慮到煤層是腳軟的孔隙裂縫儲(chǔ)層，傳統(tǒng)的水力壓裂不能充分進(jìn)入煤層深部，一產(chǎn)生煤粉阻塞裂縫，壓裂裂縫難以控制，壓裂砂易嵌入煤巖，使其對(duì)煤層的支撐效果大大降低。對(duì)此，采用活性水壓裂液，清潔壓裂液，交聯(lián)凍膠壓裂液等能有效的減少壓裂對(duì)儲(chǔ)層的損壞。9.5增產(chǎn)措施設(shè)計(jì)9.5.1增產(chǎn)方式選擇氣井增產(chǎn)工藝技術(shù)主要包括水力壓裂，酸化酸壓和高能氣體壓裂3中工藝類型。其中，水力壓裂工藝技術(shù)是指在大排量，高泵壓下降高粘度液體注入井筒壓開地層，形成并延伸裂縫后，借著泵入混有支撐材料的攜砂液，將支撐材料帶

27、入縫內(nèi)，停泵反排后，破膠降解的壓裂液流入井筒，支撐劑留在風(fēng)中，從而形成一條倒流能力高的水力裂縫，一利于天然氣流入井中。9.5.1.1沁端區(qū)塊氣藏類型分析本油藏為低滲透煤層氣藏，具有以下特點(diǎn)：（1） 煤層巖石模量比一般的砂巖或者石灰?guī)r儲(chǔ)層低，而壓縮系數(shù)高（2） 氣水共存（3） 氣藏壓力低（4） 氣層易損害（5） 天然氣裂縫發(fā)育9.5.1.2沁端區(qū)塊增產(chǎn)方式選擇對(duì)煤層進(jìn)行壓裂，主要可以產(chǎn)生有較高的導(dǎo)流能力的通道，可有效的連通井筒和儲(chǔ)層。因?yàn)椴擅簩託庑枰芸斓亟档驼麄€(gè)產(chǎn)層的儲(chǔ)層壓力，才能有利于加快排水，所以裂縫的高導(dǎo)流能力在低滲透煤層中特別重要。同時(shí)已有的生產(chǎn)試驗(yàn)采用壓裂進(jìn)行增產(chǎn)，增產(chǎn)效果良好，能夠

28、看出明顯的井底壓力下降和產(chǎn)量的提升，因此本油田增產(chǎn)措施定為壓裂增產(chǎn)。9.5.2壓裂增產(chǎn)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)9.5.2.1地應(yīng)力分布情況根據(jù)本區(qū)6口參數(shù)井原地應(yīng)力資料分析，3#煤層現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)最小水平應(yīng)力（即閉合壓力）為8.15411.184MPa，平均9.869MPa，應(yīng)力梯度0.0129MPa/m0.0151MPa/m，基本正常；15#煤層的最小水平應(yīng)力為10.03715.208MPa，平均為12.526MPa，其應(yīng)力梯度為0.0136MPa/m0.0178MPa/m，地應(yīng)力梯度同樣處在正常水平。9.5.2.2預(yù)測(cè)不同裂縫長(zhǎng)度和導(dǎo)流能力下的產(chǎn)量基本關(guān)系式無因次時(shí)間：tdxf=0.03561ktCtLf

29、無因此產(chǎn)量倒數(shù)：1qD=1371.76kh(p2)qZT無因此導(dǎo)流能力：FCD=kfwfkLf（粘度，天然氣壓縮因子，原有體積系數(shù)等參數(shù)計(jì)算公式采用本章第六節(jié)部分公式）式中：FCD:無因此導(dǎo)流能力，無因此kfwf：裂縫導(dǎo)流能力，m2.mkLf：儲(chǔ)層滲透率*裂縫半場(chǎng)，m2.mk：儲(chǔ)層滲透率，m2t：生產(chǎn)時(shí)間，s：儲(chǔ)層流體粘度，mPa.sCt：綜合壓縮系數(shù)，MPa-1Lf：裂縫半長(zhǎng)，mH：油氣層厚度，mP：生產(chǎn)壓差，MPaB：原有體積系數(shù)，小數(shù)T：油層溫度，KZ：天然氣壓縮因子根據(jù)已知數(shù)據(jù)可以得到下圖和下表：根據(jù)氣藏工程中對(duì)產(chǎn)量的要求，要求水平井日產(chǎn)量為20000 m3/d（取平均值2500m3/

30、d），假設(shè)裂縫平均支撐寬度為5mm所以可以看出，導(dǎo)流能力為5和10的情況下，滿足要求，因此得到下表：裂縫參數(shù)組合裂縫半長(zhǎng)（）無因此導(dǎo)流能力裂縫內(nèi)滲透率（m2）3955673335101084根據(jù)地層閉合壓力，結(jié)合支撐劑性能和石工的難易，選擇第一種方案（裂縫半長(zhǎng)395m，裂縫內(nèi)滲透率673 m2），即造縫長(zhǎng)、低導(dǎo)流能力，以保證施工的順利進(jìn)行。9.5.2.3導(dǎo)流系數(shù)優(yōu)化用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供的根據(jù)達(dá)西定律推導(dǎo)的下列方程來計(jì)算層流狀態(tài)下流體滲透率：k=101.3QLwPWf式5.12式中：k支撐劑填充層滲透率，m2;流體粘度，mpas；Q流量，cm3/s；L測(cè)壓孔之間的長(zhǎng)度，cm；w導(dǎo)流室寬度，cm；P壓差

31、，kPa；Wf填充寬度，cm；使用API標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)流室（L=12.7cm，w=3.81cm），并嚴(yán)格按API標(biāo)準(zhǔn)的程序操作，支撐劑滲透率及導(dǎo)流能力計(jì)算公式可進(jìn)一步表達(dá)為下面的形式：k=5.628QPWf式5.13支撐劑充填層導(dǎo)流能力為：kWf=5.628QP式5.14式中：Q流量，cm3/min這里，我們利用增產(chǎn)倍數(shù)來確定裂縫的導(dǎo)流系數(shù)，增產(chǎn)倍數(shù)可以理解為壓裂前后氣井采氣指數(shù)的比值，它與氣層裂縫參數(shù)有關(guān)。對(duì)于水平縫壓裂井，生產(chǎn)壓差分為兩部分：p=ps-pw=pRe-rf+prf-rw式5.15其中：pRe-rf=Qln(Re/rf)2khprf-rw=Qln(rf/rw)2kahka=kff+kh

32、h如果認(rèn)為壓裂后氣層平均滲透率相當(dāng)于k，則p可表示為：p=Qln(Re/rw)2kh式5.16所以：k=kkaln(Re/rw)kaln(Re/rf)+kln(rf/rw)式5.17增產(chǎn)倍數(shù)可表示成：PR=k/k式5.18整理后得到水平縫壓裂井增產(chǎn)倍數(shù)為：PR=(kffkh)1+khkffln(Re/rw)1+kffkhln(Re/rw)+ln(rf/rw)式5.19式中：ka-裂縫區(qū)內(nèi)的平均滲透率k-氣層滲透率h-氣層厚度由增產(chǎn)倍數(shù)可確定最佳裂縫導(dǎo)流系數(shù)為3.365m2m,此時(shí)增產(chǎn)倍數(shù)為11.4。9.5.2.3壓裂液的優(yōu)選（1）交聯(lián)凝膠一種常用的交聯(lián)凝膠壓裂液一般是硼酸鹽交聯(lián)液體系，氯化鉀溶

33、液濃度為2%，HPG用量2035lb/1000gal。凝膠中盡量減小聚合物的含量，降低未坡腳凝膠的殘留量、成本和生產(chǎn)水處理的要求，一邊滿足整體開發(fā)方案的要求。瓜爾膠體系比HPG體系成本低，已經(jīng)開發(fā)出了能夠坡腳的高性能酶抑制劑，甚至55F的較低井低溫下也能破膠。凝膠破膠越好意味著越高的恢復(fù)系數(shù)。聚合物滲透到割理系統(tǒng)中，并產(chǎn)生傷害，即使目前適用的第凝膠系統(tǒng)也會(huì)有殘留傷害。一種心星的淚光解決方法是利用過氧化氫作為輔助清洗液。過氧化氫是強(qiáng)氧化劑，能夠溶解瓜爾膠和聚丙酰胺，壓裂產(chǎn)品中經(jīng)常適用。（2）清水壓裂液用過清水壓裂成本低，對(duì)儲(chǔ)層無傷害，但其最大的缺點(diǎn)是攜砂能力差，通常只能攜帶不到51lb/gal

34、1220目的砂礫。利用清水加砂壓裂比不加砂清水壓裂產(chǎn)能要高。如果不加支撐劑，煤碎屑可能會(huì)幫助支撐裂縫。如果地層應(yīng)力能夠使煤層表面產(chǎn)生滑移，則不規(guī)則的煤層表面形成裂縫，在薄且多層煤層中利用清水壓裂成功的例子很多。清水不加砂壓裂，產(chǎn)生的裂縫寬度較小，應(yīng)力重新分布程度較小。較窄的裂縫會(huì)導(dǎo)致平行于這些裂縫且寬度小于支撐劑支撐的較寬裂縫的面割理閉合，使氣體沿較低滲透能力的端割理流動(dòng)（3）清水和凝膠壓裂對(duì)比顯然，凝膠能夠在煤層中產(chǎn)生更長(zhǎng)、支撐更充分的裂縫，裂縫較短且支撐不充分的水利壓裂不產(chǎn)生地層傷害。比較認(rèn)為，在高滲透性煤層中，更適合清水壓裂。（4）泡沫壓裂液氮?dú)馀菽且环N氣水乳化液，通過加入表面活性劑和

35、增粘劑來實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定性，如HEC或HPG，泡沫的質(zhì)量或氮?dú)馀菽w積百分比范圍為0%90%。氮?dú)馀菽軌驕p少壓裂液對(duì)地層傷害的影響，原因包括以下幾點(diǎn)： 氮?dú)饽軌蛱峁┣謇淼貙又幸艘驳哪芰浚?泡沫比凝膠需要的水少70%;HEC的使用量很小，是一種對(duì)地層產(chǎn)生較少傷害的增粘劑； 氮?dú)馀菽哂泻芎玫姆罏V失特性。泡沫釋放的氮?dú)獬藚f(xié)助清洗壓裂液外，還能提高煤層氣的解吸。作用機(jī)理是降低甲烷在煤層表面的局部壓力，因此為甲烷從孔隙中的擴(kuò)散提供了濃度梯度。由于氮?dú)獾奈侥芰Σ蝗缂淄闅怏w強(qiáng)，因此不會(huì)造成煤基質(zhì)的顯著膨脹。如果在泡沫中假如二氧化碳，由于煤炭有限吸附二氧化碳，因此會(huì)產(chǎn)生不利的煤基質(zhì)膨脹。氮?dú)馀菽鳛閴毫岩?/p>

36、的優(yōu)點(diǎn)為： 能夠從有道裂縫中快速返排： 幾乎不會(huì)殘留未破膠的液體： 殘留物少，不會(huì)阻塞裂縫； 對(duì)煤層的傷害最小； 通過降低甲烷的局部壓力，加速甲烷的解吸； 攜砂性能較好； 降低濾失量。泡沫壓裂液的缺點(diǎn)包括： 成本較高； 氮?dú)馀菽|(zhì)量控制較難； 流變性難控制。壓裂液評(píng)價(jià)類型成本儲(chǔ)層傷害支撐劑位置支撐裂縫的長(zhǎng)度加支撐劑的清水低小差差不加砂的清水低小差差線性聚合物一般高一般一般交聯(lián)凝膠一般高好好氮?dú)馀菽咝『煤镁C上，結(jié)合經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，選擇瓜爾膠或氮?dú)馀菽鳛閴毫岩?.5.2.4支撐劑的優(yōu)選9.5.2.4.1支撐劑的分類壓裂時(shí)支撐劑的選擇非常重要，它是提高裂縫導(dǎo)流能力的重要環(huán)節(jié)。在選擇支撐劑時(shí)，主要應(yīng)考慮

37、一下因素：支撐劑回流問題，支撐劑應(yīng)能深度侵入煤層，能夠最大限度地降低煤層回流影響，強(qiáng)度和成本。壓裂用支撐劑可大致分為天然的與人造的兩大類，前者以石英砂為代表，后者以陶粒為代表。（1） 石英砂石英石一種分布廣、硬度大的穩(wěn)定性礦物。石英砂是不固結(jié)、含有大量二氧化硅的集合體，同時(shí)伴有少量的鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等化合物及少量雜質(zhì)。石英含量是衡量石英砂質(zhì)量的重要指標(biāo)，我國壓裂用石英含量一般在80%左右，國外優(yōu)質(zhì)石英砂的石英含量可大98%以上。石英砂具有以下特點(diǎn) 圓球度較好的石英砂破碎后，仍可保持一定的導(dǎo)流能力 100目以上的粉砂可作為葉列也防濾失劑，充填與朱裂縫溝通的天然裂縫，降低壓裂液的濾失。 石英

38、砂的相對(duì)密度較低，便于施工泵送 價(jià)格便宜 石英砂的強(qiáng)度低，破碎后將大大降低裂縫的導(dǎo)流能力，而且受嵌入、微粒運(yùn)移、堵塞、壓裂液傷害及非達(dá)西流動(dòng)影響，裂縫導(dǎo)流能力可降低到原來的1/10或更低，因此它使用與地閉合壓力的地層。（2） 人造陶粒這種支撐劑具有很高的強(qiáng)度，在高閉合壓力下課保持較高的導(dǎo)流能力。陶粒的破碎率要比石英砂低得多，導(dǎo)流能力的遞減率慢得多，加工工藝復(fù)雜，價(jià)格較貴。（3） 樹脂包層砂樹脂包層砂采用一種特殊的工藝將改性苯醛樹脂包裹到石英砂的表面上，并鏡熱處理制成，他的顆粒相對(duì)密度為2.55g/cm3，比石英砂略輕。按樹脂的包裹方法可分為與固話和科固話兩種，在壓裂中承擔(dān)著不同的任務(wù)，前者是為

39、了保持裂縫導(dǎo)流能力，后者用于防砂。7.5.2.4.2支撐劑的優(yōu)選方式壓裂使支撐劑的選擇非常重要，它是提高裂縫導(dǎo)流能力的重要環(huán)節(jié)。在選擇支撐劑時(shí)，主要應(yīng)考慮一下因素： 支撐劑回流問題 支撐劑應(yīng)該能夠深侵煤層 能夠最大限度地降低煤粉回流影響，強(qiáng)度和成本。大直徑的支撐劑比小直徑支撐劑滲透性好，但最好選用小粒徑的支撐劑，它可以進(jìn)入到地層深部，能夠使更多裂縫相連接。因此建議采用小粒徑支撐劑，課減少煤粉的運(yùn)移，如用100目支撐劑后使用4070目的支撐劑，借著用2040目的支撐劑。100目支撐劑深穿透煤層能力強(qiáng)，4070目防止100目回流，2040目支撐劑將提供裂縫周圍的高導(dǎo)流能力，對(duì)于易吐砂的期房，用樹脂

40、包2040目的砂子可以使支撐劑固定。如果要用低粘度壓裂液，同樣推薦用小粒徑支撐劑。因?yàn)楫?dāng)用了低粘度液體后，支撐劑沉降速度加快，并值在近井地帶支撐裂縫。在施工后期泵入的支撐劑使裂縫端部裂縫延伸比進(jìn)井處停止早，但用小粒徑支撐劑則可使的很低粘度的液體傳輸?shù)降貙由钐?。理想的支撐劑?yīng)當(dāng)具備密度小，強(qiáng)度大，圓球度高，在高溫水中呈現(xiàn)化學(xué)惰性等特點(diǎn)。小尺寸支撐劑可較好地滿足上述要求，在壓裂初期其優(yōu)勢(shì)更加突出。隨著壓裂的進(jìn)行，可逐步泵入大尺寸只層級(jí)，以提高裂縫導(dǎo)流能力，減少支撐劑回流。另外，還可在壓裂作業(yè)快結(jié)束時(shí)，假如固話的數(shù)值涂敷支撐劑，防止支撐劑回流。9.6采氣工藝方式設(shè)計(jì)9.6.1氣井排采曲線分析由于本設(shè)

41、計(jì)方案鉆井部分所鉆新井在W1井附近，因此以W1井為例進(jìn)行排采曲線分析。W1井開始生產(chǎn)時(shí)大量產(chǎn)水，生產(chǎn)三周后，開始產(chǎn)氣，產(chǎn)量約為500，產(chǎn)氣量逐步上升，產(chǎn)水量逐步下降。生產(chǎn)半年后，產(chǎn)氣量達(dá)到1000，生產(chǎn)九個(gè)月后，達(dá)到2000，保持高產(chǎn)。產(chǎn)水量初期保持在8，生產(chǎn)半年后，穩(wěn)定在1左右。由此可見，此井符合典型的煤層氣井的單井開發(fā)曲線規(guī)律。生產(chǎn)階段共分為4個(gè)階段：1、 排水段段壓裂液反排時(shí)，近井地帶壓開的縫發(fā)生變窄貨幣和，是壓裂縫遠(yuǎn)端液體無法返回，產(chǎn)生附加生產(chǎn)壓力，新井投產(chǎn)后泵效接近100%。本階段產(chǎn)出液體為殘留壓裂液和壓裂釋放煤層空隙水的混合液體。若煤層的補(bǔ)給速度非常慢，壓裂液殘留壓力釋放后，產(chǎn)水量

42、自然會(huì)下降。單井生產(chǎn)壓力主要為壓裂液殘留壓力與井底劉亞之間的壓差（如溝通外來水，產(chǎn)水壓差為補(bǔ)給頭壓力與井底流壓之間的壓差），即補(bǔ)給能力為定值，因此產(chǎn)水量與井底產(chǎn)水量線性相關(guān)關(guān)系，累產(chǎn)水量值折射出的壓降面積的大小。排水降壓過程中，有效應(yīng)力逐漸增加，由于近井地帶倒流能力強(qiáng)、壓降快，有效應(yīng)力相對(duì)增加快，而煤巖的力學(xué)性質(zhì)偏軟塑性，在有效應(yīng)力增強(qiáng)的情況下，局部煤巖沿脆弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切變形，使得神六通道出現(xiàn)變窄，閉合的現(xiàn)象，造成了產(chǎn)水能力的下降。此件段內(nèi)生產(chǎn)井發(fā)生挺丑后，因地層產(chǎn)水能力強(qiáng)，將造成井底流壓回升，地層流體流速減緩，正在排除的壓裂煤粉沉淀，堵塞地層通道或者造成卡泵。排水器如抽汲速度過快，近井地帶

43、煤巖過早解析產(chǎn)氣，在氣水兩項(xiàng)影響作用下，摻水能力減弱，將無法形成有效的解析面積。2、 憋壓控壓段近井地帶壓裂裂縫導(dǎo)流能力強(qiáng)，壓降快，裂縫唄煤巖容易解吸產(chǎn)氣，當(dāng)其解吸時(shí)，大部分煤層尚未達(dá)到解吸壓力。（1） 憋壓段煤巖解吸的實(shí)質(zhì)為煤基質(zhì)表面釋放出的甲烷分子在濃度差的作用下，源源不斷地涌向微裂縫，然后進(jìn)入大孔徑滲流通道內(nèi)，向井筒運(yùn)移。氣體在擴(kuò)散過程中遵循菲克定律，過程中遵循達(dá)西定律。隨著煤巖解吸的繼續(xù)，解吸氣不斷運(yùn)移到井筒中。解吸后采取憋壓排采時(shí)，當(dāng)井筒中井底流壓上升到與近井地帶地層壓力相當(dāng)時(shí)，煤基質(zhì)表面達(dá)到氣體解吸與媳婦動(dòng)態(tài)平衡。甲烷氣體停止向裂縫擴(kuò)散，此時(shí)地層通道中主要以水相達(dá)西流為主，壓力得以

44、較快的傳播，壓降范圍繼續(xù)擴(kuò)大。（2） 控壓段憋壓排采時(shí)，水相滲透率降低小，解吸面積擴(kuò)大較快，氣量供應(yīng)能力逐漸增強(qiáng)。當(dāng)工作制度下調(diào)到較低時(shí)，水流無法攜帶氣泡，產(chǎn)生氣堵水現(xiàn)象，造成日產(chǎn)水量下降。此時(shí)，近井地帶地層壓力主要有氣體壓力平衡，應(yīng)該緩慢放氣，是井底流壓逐漸下降，增大產(chǎn)水壓差，回復(fù)地層產(chǎn)水能力。放氣過程中，排采曲線表現(xiàn)出“雙峰曲線”的第一峰和封釉平穩(wěn)階段。放氣過程必須控制套壓降落速率。如套降落速率太快，滲流通道內(nèi)有效應(yīng)力相對(duì)增加過快，會(huì)引起局部煤層微裂縫發(fā)生變窄或者閉合，降低氣水兩相滲透率。防區(qū)過程必須控制放氣速率。如放氣速率太快，氣水兩相流流速增加，攜灰能力增強(qiáng)，一旦發(fā)生挺抽，將造成嚴(yán)重的

45、地層堵塞或卡泵現(xiàn)象。此階段內(nèi)必須減少停抽時(shí)間。停抽后，井底壓力回聲，兩項(xiàng)劉流速減緩，滲流通道中容易產(chǎn)生賈敏效應(yīng)。3、 高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)段隨著排采時(shí)間的延長(zhǎng)，煤基質(zhì)收縮效應(yīng)開始占據(jù)主導(dǎo)作用。煤巖體微裂縫網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)張，增大了基質(zhì)暴露的面積，加快了解吸速率；同時(shí)氣體滑脫效應(yīng)增大了解吸氣向割理、裂縫運(yùn)移的速率。地層供氣能力增強(qiáng)，生產(chǎn)井套壓，氣量自然上漲，排采曲線表現(xiàn)出“雙峰曲線”的第二峰，上升階段。裂縫擴(kuò)展后，部分空隙束縛水或者封閉水被釋放，表現(xiàn)出階段性的低水量產(chǎn)出。本階段屬于自噴產(chǎn)氣，幾乎不受外界因素影響。4、 衰竭斷（此階段圖中還未出現(xiàn)，當(dāng)煤層氣資源開采耗盡時(shí)將會(huì)出現(xiàn)）當(dāng)井控范圍內(nèi)地層壓力降低至廢棄壓力時(shí)，大

46、部分煤巖解吸完畢，產(chǎn)氣量自然下降。但是由于塊狀煤巖解吸的緩慢性，局部煤巖仍保持解吸，生產(chǎn)井將保持低產(chǎn)量較長(zhǎng)時(shí)間。次井段內(nèi)單井對(duì)外界因素變化無反應(yīng)。9.6.2氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析生產(chǎn)系統(tǒng)分析，也稱節(jié)點(diǎn)分析。該方法是運(yùn)用工程理論將地層流體的滲流、舉升垂直流動(dòng)和地面集輸系統(tǒng)視為一個(gè)完整的采氣生產(chǎn)系統(tǒng)，進(jìn)行整體優(yōu)化分析，使整個(gè)氣井生產(chǎn)系統(tǒng)不僅在局部上合理，而且在整體上處于最優(yōu)狀態(tài)。9.6.2.1氣井生產(chǎn)系統(tǒng)氣井系統(tǒng)的生產(chǎn)過程一般包括氣體從底層滲流，過完井段、井下節(jié)流閥、油管、井口、地面氣嘴（針型閥）、技術(shù)管線等的節(jié)流或灌流，最后到達(dá)分離器的過程。如圖所示：典型氣井生產(chǎn)系統(tǒng)示意圖其中 通過空隙介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的壓

47、力損失；通過完井段時(shí)產(chǎn)生的壓力損失； 通過限流裝置時(shí)產(chǎn)生的壓力損失；通過井下安全閥時(shí)產(chǎn)生的壓力損失； 通過地面氣嘴時(shí)產(chǎn)生的壓力損失； 通過地面處油管線時(shí)產(chǎn)生的壓力損失； 通過油管柱的總壓力損失； 通過出油管線的總壓力損失。式中： 地層壓力；井底油層面上的壓力；井底流壓；井下節(jié)流器上游壓力；井下節(jié)流器下游壓力；井下安全閥的上游壓力；井下安全閥的下游壓力；地面氣嘴下游壓力；井口油壓；分離器壓力。氣流從儲(chǔ)集層流到地面分離器一般要經(jīng)過多個(gè)流動(dòng)過程。不同的流動(dòng)過程遵循不同的流動(dòng)規(guī)律，它們相互聯(lián)系，互為因果地處于同一氣動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。氣體的流動(dòng)包括從氣藏外邊界到鉆開的氣層表面的多孔介質(zhì)中的滲流，從射孔完井段到

48、井底的并沿著管住向上到達(dá)井口的垂直或傾斜管流，從井口經(jīng)過集氣管線到達(dá)分離器的水平或傾斜管流。由于流動(dòng)規(guī)律不同，各個(gè)部分的壓力損失也不一樣，而且與內(nèi)部參數(shù)有關(guān)，氣井生產(chǎn)系統(tǒng)分析方法正是利用這一思想來進(jìn)行研究的。因此，這種方法屬于一種壓力分析方法。流體的流動(dòng)主要有以下幾種類型：（1）氣藏中氣體向氣井的滲流（2）氣體通過射孔井段的流動(dòng)（3）氣體沿垂直或傾斜油管舉升的流動(dòng)（4）氣體通過井口節(jié)流裝置的流動(dòng)（5）氣體在地面水平管中的流動(dòng)9.6.2.2氣井節(jié)點(diǎn)分析過程（1）根據(jù)確定的分析目標(biāo)選定解節(jié)點(diǎn)（2）建立生產(chǎn)壓力系統(tǒng)該模型（3）完成各個(gè)部分?jǐn)?shù)學(xué)模型的動(dòng)靜態(tài)生產(chǎn)資料擬合（4）求解流入和流出動(dòng)態(tài)曲線的協(xié)調(diào)

49、點(diǎn)（5）完成確定目標(biāo)的敏感參數(shù)分析在氣井節(jié)點(diǎn)分析過程中，只有在流入和流出兩部分中每個(gè)參數(shù)都選擇合適的情況下，解節(jié)點(diǎn)的壓力和流量才代表氣井的最佳生產(chǎn)狀態(tài)。解節(jié)點(diǎn)處既反映了氣井的流入能力，同時(shí)也表明了氣井的流出能力。只有流入能力和流出能力相一致，氣井才能穩(wěn)定生產(chǎn)9.6.3氣井流入動(dòng)態(tài)曲線9.6.3.1氣井的流入動(dòng)態(tài)曲線（IPR曲線）方程P2-Pwf2=bqsc+aqa sc2a=1.29110-3gZTKhln0.472rerw+S，層流系數(shù)；b=2.28210-21gZTrwh2，紊流系數(shù)；=ckd此處使用常用公式=7.644*1010k1.5式中：qsc：產(chǎn)量（m3/d）k：滲透率（10-3m

50、2）h：儲(chǔ)層厚度（m）：氣體粘度（Pa.s）T：儲(chǔ)層溫度（C）re：儲(chǔ)層半徑（m）rw：井眼半徑（m）S：表皮系數(shù)d：管柱內(nèi)徑（m）天然氣壓縮分子Z的計(jì)算：（迭代-1）（迭代-2）Z賦初值1，利用牛頓迭代法迭代計(jì)算最終Z值式中：t井口氣體溫度，可用環(huán)境溫度代替，；T氣層溫度，；Tpc天然氣視臨界溫度，K；Pwf井底流壓，MPa；天然氣相對(duì)密度；L氣層中部深度，m；氣體粘度的計(jì)算：（此公式摘于外文文獻(xiàn)）g=10-4KeAA=XgyX=3.47+1588T+0.0009MWY=1.66378-0.04679Xg=0.0433gPZTMW=28.97gK=0.807TPr0.618-0.357e-0

51、.449Tpr+0.34e-4.058Tpr+0.0180.9490(TpcMW3Ppc4)16Pr=P+14.7PpcTr=T+14.7TpcPpc=671.1+(14-34g)gTpc=120.1+(429-62.9g)g本公式采用英制單位，計(jì)算中需要進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換式中：Ppc,Ppr,P：?jiǎn)挝籶siaTpc,Tpr,T：?jiǎn)挝籖g：氣體密度 g/cm3g：氣體粘度 cpMW：混合氣體分子質(zhì)量9.6.3.2 流入動(dòng)態(tài)曲線（IPR）計(jì)算最終結(jié)果由于本煤層氣屬于多層同采，此處分別計(jì)算3#層和15#層的井底流入動(dòng)態(tài)曲線（IPR曲線）。由于本開發(fā)方案鉆井部分設(shè)計(jì)油井位于W1井附近，因此儲(chǔ)層數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)

52、參數(shù)均按照W1井?dāng)?shù)據(jù)設(shè)計(jì)。計(jì)算過程中，首先利用牛頓迭代法計(jì)算Z值，然后利用所求Z值計(jì)算混合氣體粘度，假設(shè)表皮系數(shù)S=0,求得最終IPR曲線如下：根據(jù)多層同采原理，可將兩曲線結(jié)合，獲得總的IPR曲線如下9.6.3.3結(jié)合W1井排采曲線分析IPR曲線由于W1井僅在3#煤層產(chǎn)氣，根據(jù)排采曲線我們可以得出： 排水段：為第一個(gè)月到第三個(gè)月 憋壓控壓段：第四個(gè)月到第九個(gè)月 高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)階段：第九個(gè)月之后因此我們以高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)階段數(shù)據(jù)與3#煤層IPR曲線進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)W1井排采曲線高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)階段井底壓力約為0.5MPa，氣體產(chǎn)量約為2100m3/d。與3#煤層IPR曲線基本吻合。因此我們與3#層IPR曲線對(duì)比可以看出

53、9.6.4氣井流出動(dòng)態(tài)曲線（OPR）9.6.4.1氣井流出動(dòng)態(tài)方程應(yīng)用氣體穩(wěn)定管流壓力梯度方程可以解決井筒或輸氣管線的實(shí)際工程問題，可以根據(jù)井口參數(shù)計(jì)算井底靜壓和流壓。井底流壓的計(jì)算式為：Pwf=Pwh2e2S+1.3242710-18fqg2Tcp2Z2d5e2S-1式中：Pwh井口套壓，MPa；f流動(dòng)摩擦系數(shù)；Tcp井筒平均溫度，K；d油管內(nèi)徑，m；qg氣井產(chǎn)量，m3/d；粘度計(jì)算如IPR曲線中計(jì)算方法計(jì)算阻力系數(shù)f公式如下：1f=1.14-2lgeD+21.25Re0.9式中：Re雷諾數(shù)，Re=0.354qggD；e油管絕對(duì)粗糙度；D油管內(nèi)徑，m；eD相對(duì)粗糙度；氣體壓縮因子Z值的計(jì)算按

54、照IPR曲線計(jì)算過程中的計(jì)算方法計(jì)算無量綱S計(jì)算公式如下：S=0.03415gHTZ在計(jì)算過程中，首先假設(shè)Pwf初值：Pwf=Pwh(1+0.00008H)，利用此值計(jì)算各平均參數(shù)后代入求解Z值，粘度，以及阻力系數(shù)f和無量綱量S等值，最后代入流出動(dòng)態(tài)方程計(jì)算Pwf，利用所求得的Pwf進(jìn)行新一輪代換，直到誤差小于要求為止。由此可根據(jù)井口套壓計(jì)算井底流壓，獲得OPR曲線。9.6.4.2計(jì)算結(jié)果與分析由此圖結(jié)合排采數(shù)據(jù)及儲(chǔ)層性質(zhì)我們可以得出結(jié)論，由于煤層埋藏深度很淺（600800m），且高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)階段產(chǎn)量在2000m3/d左右，因此其管道中的壓降很小，幾乎可以視為一條直線。9.6.5氣井各生產(chǎn)參數(shù)的對(duì)氣井產(chǎn)量的影響由于本地區(qū)煤層氣為兩層同采，氣井敏感性分析以總IPR曲線進(jìn)行分析，單層分析同理略去。9.6.5.1氣井井口壓力的影響可以看到，氣井產(chǎn)量隨著井口壓力的下降而增加，根據(jù)氣藏工程部分設(shè)計(jì)產(chǎn)能，直井產(chǎn)量20003000m3/d，此處選擇井口壓力為23MPa。9.6.5.2氣井油管的影響氣井中油管至少有4種作用。(1)如果在靠近井底處下有封隔器，則可以保護(hù)套管不受油管內(nèi)流體的高壓作用；(2)它可以保護(hù)套管不受液體的腐蝕作用；(3)如果油管尺寸合理，可使井內(nèi)不會(huì)滯留烴類液體和水；(4)油管尺寸必須很大，使氣井能通過最大的氣量。如果油管在機(jī)械