柿庄南煤层气田管理模式及应用实践

张亚飞 王建中 周来诚 刘 杰

(1.中联煤层气有限责任公司晋城分公司，山西 048000；2.中联煤层气有限责任公司，北京 100011)

柿庄南煤层气田管理模式及应用实践

张亚飞1王建中2周来诚1刘 杰1

(1.中联煤层气有限责任公司晋城分公司，山西 048000；2.中联煤层气有限责任公司，北京 100011)

本文通过分析煤层气的产出特点及产出过程排采控制要求，归纳总结了柿庄南气田的工程管理模式和生产管理模式，认为以集气阀组为单元的“边建设边投产”模式及“单井-阀组-集气站”集输模式具有较好的应用效果；气田的数字化水平无法满足煤层气井精细高效管理要求，严重制约煤层气井单井产量。因此，提高柿庄南气田数字化管理水平显得尤为重要。同时，在煤层气田开发初期，优化完善煤层气井的动力模式、生产工艺和数字化设施，坚持“地上地下一体化优化设计”。

煤层气田 工程建设 排采控制 管理模式

1 开发生产现状

柿庄南气田位于沁水盆地南部，隶属山西省晋城市，位于晋城市西北80km处，属于山地丘陵地带，沟谷切割，基岩出露，国家基本农田和天然林地广泛分布，河流湍急，地形条件异常复杂，海拔为450～1300m，相对高差大。

该气田区块面积388.299km2，其中合作区面积328.299km2，已提交探明储量534×108m3，完成钻井1386口，建设集气站3座，建成产能7.2×108m3，铺设采气管线1000余km，集气管线及外输管线200多km，新建集气阀组100座，2010～2016年，已实现累计抽采量3.7×108m3。目前，该气田中南部已进入正常生产阶段，北部正在完善地面工程配套建设。

2 气田开发特点

2.1 地质储层特征

柿庄南煤储层压力系数0.6左右，基质渗透率0.1mD以下，具有低压低渗特点；整体构造简单，断层发育少，3号煤层埋深适中(平均750m)，煤层较厚(平均5.95m)，含气量高(平均13.5m3/t)，临界解吸压力高(平均1.36MPa)，压裂后试井渗透率平均1.82mD，通过产能预测结果可以看出该区块具有较好的煤层气开发潜力(表1)。

表1 产能预测产量分布表

2.2 煤层气产出特点

由于煤层气是以吸附态赋存于煤岩表面，要想使煤层气产出，首先要克服范德华力变为游离态，而主要手段就是通过排出煤岩周围的地层水，降低储层压力，进而降低煤岩表面的压力，使煤层气从煤层表面解吸，并通过微孔隙扩散，进入裂隙渗流通道，从井筒产出。

通过分析柿庄南煤层气井生产资料及煤层气产出过程储层流体地下流动状态，可以将煤层气产出过程分为产水、产气上升、产气稳定及产气衰减四个阶段，并且各生产阶段的受控因素不同(图1)，目前柿庄南气田60%的煤层气井处于产气上升阶段。

图1 煤层气井生产阶段划分

在实际开发建设过程中，通过考虑煤层气产出的阶段特点及产出能力，确定合适的开发工艺及合理的生产管理制度，实现煤层气资源的低成本高效开发。

2.3 煤层气产出过程控制

引导煤储层产能释放的过程需要精细化控制两个重要条件，一个是控制排采强度，一个是维持排采连续性。

煤储层特殊的孔隙结构特性决定了其对外界条件的变化非常敏感，排采过程中容易受到损害，当煤储层有效应力急剧变化时气相渗透率会大幅降低(90%以上)，且不可逆程度高于50%(图2)，储层损害可致煤层气井的实际产能减少30%以上。因此，必须精细化控制煤层气排采过程，保证储层压力稳定、缓慢、连续下降。

图2 煤岩应力敏感曲线

W1井采用数字化监控，井下安装压力计，远程监控设备和气水流量计，且有操作人员24小时不间断记录数据并随时调控，在排水阶段动液面线性下降，实现了精细化排采，避免了对储层造成损害，稳产气量达9600m3/d(图3)。

W2井未采用数字化监控，初始产气阶段动液面波动明显，由于排采监控不及时，造成煤粉频出，多次出现卡泵停机，排采连续性差，产气量下降严重(图4)。由于技术、成本及现场工作环境等因素，柿庄南气田24%的生产井停机频繁，造成压裂裂缝闭合严重，单井产量低。

3 气田管理模式

煤层气排采应遵循连续缓慢稳定的原则，这对煤层气开发工艺及排采控制方面提出了很高的要求。缓慢降液导致煤层气井达产高产的时间长，投资回收周期长(柿庄南气田平均见气时间123天，达到高产需要3～4年)，连续排采对动力设备、 采气工艺的可靠性和稳定性提出很高要求，造成投资成本增加。煤层气的特殊的产出规律决定了其在开发模式、建设周期和生产工艺等方面与常规天然气田有明显区别。

图3 W1井排采曲线

图4 W2井排采曲线

3.1 工程管理模式

柿庄南气田的工程建设主要包括新建井场、平整井场、新建集气站及铺设采集气管线和动力电缆。项目包含的子工程很多，且特点不同，参建单位众多，协调管理难度大。同时，气田地处太行山西麓，山峦重叠，地形地貌复杂，需进行高填方施工和强夯地基处理，工程土石方量巨大，此外，工程还具有设备运输难度大、工程投产难度大等特点。

针对柿庄南气田工程建设中面临的困难，采取以阀组为生产单元的投产模式，边建设边投产，并根据生产实际进行方案优化调整。地面集输模式为“多点接入、柔性集输”，采用一级增压，单井来气经集气阀组至集气站集中增压。该工程管理模式提高管理效率的同时完成尽早供气，提前实现经济效益，大大缩短气田达产周期及投资回收年限。从2009～2013年，柿庄南气田完钻煤层气井1386口，投产井数从2010年逐年稳步增加，截至2016年，已实现累计外销气量1.2×108m3。

在集气站建设过程中，由于产能调整，导致原设计集气站规模偏大，无法达到预期效果，因此将原方案进行优化调整，方案调整前后参数对比见表2。

表2 集气站调整前后方案

3.2 生产管理模式

合理的生产管理模式是根据煤储层地质特征，找出满足生产需要时煤层气井产气量及煤储层压力之间的控制原则，归根结底是通过对煤层气井生产过程中动液面及套管压力控制，实现对产气量的控制。

柿庄南气田根据排采井分布区域及现场所处地形、地貌特征，实行划片分区管理，各区生产管理人员及时分析巡井人员每天采集的生产数据，并根据分析结果和生产需要下达生产制度调整任务书，包括调整冲程、冲次、防冲距、碰泵，更换油嘴，开关生产阀门等，巡井人员按下达的生产制度调整任务书要求进行生产制度调整。

(1)动液面控制

煤层气井排采初期，动液面的下降速度不能过大，防止井底流压降低过快，造成煤储层应力敏感及煤粉产出。

煤层气井产气出现套压后，主要基于两个思路控制动液面，一是低套压生产：通过分析现场采集的生产数据，控制动液面的下降速度，将套压维持在相对较稳定的低值处，实现对产气量的控制；二是高套压生产：煤层气井产气后仍旧关闭生产阀门持续建立套压，将套压保持在1MPa甚至更高的水平，套压的升高会使动液面较快降至目标深度，然后通过调节油嘴大小逐级开启生产阀门，实现对产气量的控制。

(2)套压控制

套压的控制和动液面的控制相对应，排采初期，油管出口进分离器，关套管闸门。当煤储层开始解吸产气后，打开生产阀门，就是低套压生产模式；当煤储层开始解吸产气后，仍关闭生产阀门，待动液面下降到目标值时再通过调节油嘴大小逐级开启生产阀门，不同级别油嘴在控制气产量的同时调节套压和动液面。目前，柿庄南主要采用高套压模式进行生产调控，有效防止出砂、煤粉微粒运移造成的煤层堵塞及卡泵。

W3井2016年3月投产见气后关闭生产阀门憋压，待套压和动液面稳定后逐级放压提产，目前产气量达到1250m3/d(图5)。

图5 W3井排采曲线

通过完善数据采集、排采控制、排采操作规程、井场巡检、修井作业规程、设备维保规程各类管理制度，加强生产数据分析，优化工作制度，明确了生产管理职责，提高了煤层气井的产气能力。

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(责任编辑 桑逢云)

Management Mode and Application of Coalbed Methane Gas Field In Shizhuang South

ZHANG Yafei1, WANG Jianzhong2, ZHOU Laicheng1, LIU Jie1

(1.Jincheng Branch of China United Coalbed Methane Co., Ltd, Shanxi 048000; 2. China United Coalbed Methane Co., Ltd., Beijing 100011)

Based on analyzing the output characteristics and drainage control requirements during output process of coalbed methane, the paper summarizes the management mode of engineering and production in Shizhuang South gas field. Research shows the mode of simultaneous construction and production which sets valve group as units and gathering-transportation of “single well-valve group-gathering stations” have good application effect. The digital level of gas field cannot meet the requirements of fine and high efficiency management of coalbed methane wells, which seriously restricts the production of single well. Therefore, to raise the digital management level of Shizhuang South gas filed is particularly important. At the same time, at the beginning of gas field development, it needs to optimize the dynamic model, production technology and digital facilities of coalbed methane wells, and adhere to “integration of ground and underground during optimization design”, which have important significance of economic and efficient development coalbed methane in the future.

Coalbed methane gas field; engineering construction; drainage control; management mode

张亚飞，男，硕士，工程师，从事煤层气开发生产工作。