煤层气井采气机理及压降漏斗

《煤层气井采气机理及压降漏斗》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、煤层气井采气机理煤层气井的采气方式由石油天然气井的生产工艺演变而来，但因储层类型不同，煤层气井的采气机理完全不同于石油天然气井，在时间和空间上煤层气井的产气都是一个相当复杂的过程。空间上涉及煤储层、上覆顶板与下伏底板组成的三维地层，时间上涵盖了煤层气井压裂后排水采气的整个过程。因此，煤层气井的采气过程和机理研究必须采用系统的、动态的观点，分析整个系统在不同时问和不同情况的排水过程和甲烷生产过程。煤层气井的生产是通过抽排煤储层的承压水，降低煤储层压力，促使煤储层中吸附的甲烷解吸的全过程。即通过排水降压，使得吸附态甲烷解吸为大量游离态甲烷并运移至井口。这是目前惟一可以来用的方法，因此，通

2、过抽排地层中的承压水，暂时、相对地降低煤储层压力是煤层气井采气的关键。1煤层气井采气过程简析煤层气井采气前，井中液面高度为地下水头高度，此时井筒与储层之间不存在压力差，地下水系统基本平衡，属于稳定流态；当煤层气井开始排采后，井筒中液面下降，井筒与煤储层之间形成压力差，地下水从压力高的地方流向压力低的地方，地下水就源源不断地流向井筒中，使得煤储层中的压力不断下降，并逐渐向远方扩展，最终在以井筒为中心的煤储层段形成一个地下水头压降漏斗，随着抽水的延续该压降漏斗不断扩大和加深；当煤储层的出水量和煤层气井井口产水量相平衡时，形成稳定的压力降落漏斗，降落漏斗不再继续延伸和扩大，煤储层各点压力也

3、就不能进一步降低，解吸停止，煤层气井采气也就终止。根据所形成的降落漏斗体积，结合朗格缪尔方程，即可求出该井所能产出的甲烷气总量。在地层稳定、地质条件简单的地区，煤层气井的采气可以看作是对承压含水层的抽水过程。根据地下水的流态和压力降落漏斗随时间延续的发展趋势，将煤层气生产分为单并排采和井群排采。其中单井采气可以分为形成稳定压降漏斗、压降漏斗不断扩展、压降漏斗先扩展后稳定3种情况，其理论意义最为重要。2稳定压力陷落漏斗的形成与扩展当煤储层存在补给边界或越流补给时，随着抽水时间的延续，最终形成稳定的压力降落漏斗。2.1煤储层存在补给边界压力降落漏斗随着排采的继续在上覆地层中不断扩展，当其

4、遇到张性断层时，若该断层与地表水或其他地下水层相沟通，这些水系的水就会通过断层补给煤储层。当补给量与抽出量相当时，压力降落漏斗达到稳定，不再扩展，煤储层甲烷解吸停止(图1)，煤层气井不再产气。2.2煤储层存在越流补给煤储层的顶板或底板为弱透水层，且其相邻的地层为含水层，此时煤储层存在越流补给。煤储层中压力的降低使得邻近含水层中的地下水通过顶板或底板补给煤储层。压力降落漏斗的扩大使得补给量不断增加，当补给量与抽出量相当时，降落漏斗达到稳定，不再扩展，煤储层甲烷解吸停止(图2)，煤层气井产气终止。2.3降落漏斗的扩展当煤储层中存在隔水边界(如逆断层、推覆断层等)时，随着抽水时间的延续，降

5、落漏斗不断扩展。当降落漏斗扩展至隔水边界时，由于隔水边界无法补给或补给量小于抽出量，降落漏斗不再向远处发展，而迅速加深，煤储层压力快速下降，甲烷大量释放，井口表现为气产量大增(图3)。3定流量排水与定陷深排水目前，在煤层气勘探开发的初期阶段，随着抽水时间的延续，降落漏斗不断扩展，并逐渐稳定，煤储层无越流补给且水平无限延伸(附近无补给边界或给水边界)。排水降压过程可分为初期定流量排水与定降深排水两个阶段。3.1初期定流量排水阶段煤层气井抽排初期，抽出的水量依泵的排量而定，当抽出的水量一定时，井简中的动液面不断下降。根据无补给承压水完整井定流量非稳定流计算公式(Theis公式)，抽水井影

6、响范围内任一点任一时刻的水位降为式中将上式改写成无量纲降深形式，即关系曲线如图4。式中T为导水系数，T＝KM，表示水力坡度等于l时，通过整个含水层厚度上的单宽流量；μ为贮水系数，是衡量承压含水层弹性释水能力的参数；S为煤层气井影响范围内，任一点任一时刻的液面降深；Q为煤层气井的产水量；r为计算点到煤层气井的距离。可见，在定流量排水阶段，在煤层气井影响范围内的任一点，参数Q，T，μ，r是一定的，随着抽水时间t的延续，该点(包括煤层气井井中的液面)降深S不断加大，但加大的速度逐渐降低。其物理意义是由于压力降落漏斗的扩大，使得汇水面积增加。因此在煤层气井生产初期的定流量排水阶段，煤储层压力

7、降落漏斗的变化逐渐增大，但增大的速度逐渐变缓。煤层气井井口表现为产水量稳定，产气量逐渐增加。3.2定降深排水阶段煤层气井采气时井中的液面是不能无限下降的，当液面降低到接近抽排煤储层时，降深就无法继续，煤层气井进入定降深采气阶段。由定流量阶段转入定降深阶段的时间主要取决于煤储层的渗透系数和井壁的污染程度。渗透性差、井壁污染严重的煤层气井采气开始后很快进入定降深排水阶段。根据无越流补给侧向无限延伸承压含水层定降深井流的流量函数G(λ)，并作出G(λ)与λ关系曲