压裂后压降速度在优选煤层气井管式泵泵径中的应用——以蜀南地区煤层气井为例

马飞英, 王 林, 吴 双, 蒲娅琳, 刘全稳, 刘大伟

(1广东石油化工学院石油工程学院 2广东省非常规能源工程技术研究中心 3中国石油渤海钻探工程有限公司钻井技术服务分公司 4中国石油西南油气田分公司蜀南气矿)

根据煤层气井的生产特征，排采的第一阶段为排水降压期[1-5]。因此，煤层气井在新井投产之前，首先需要确定压裂后排采的产水量，以便下入合适泵径的管式泵。然而由于对地层产水量缺乏有效预测，现场常出现管式泵泵径与产水量不匹配的问题。若选择的泵径过小，则不能满足排水需要，造成降压困难；若选择的泵径过大，造成资源浪费以及容易冲次过低而造成变频器低频停机。这就要求，在下管式泵之前，需预测煤层产水量来指导选择合理的泵径。目前预测产水量一般采用渗流方程求取，但该方法所需的渗透率等参数较难获取。压裂停泵后，井口压力的递减速度是裂缝、流体及其周围地层共同影响的结果。压力降落速度越快，水越容易流入地层，则排采期产水量也会越高，因此可用压降速度预测地层产水量，从而优选泵径。早在1979年，Nolte提出了压裂后压力的解释与压裂停泵后压降曲线分析[6-7]，但该分析主要针对裂缝参数的计算[8]，不能求得地层产水量。目前虽然有利用F函数来进行压降分析获得渗透率的方法[9]，但该方法主要针对小型压裂测试。针对以上问题，文中直接采用压裂停泵后的井口压降数据来预测产水量，为现场新井投产选择管式泵泵径提供参考，该方法具有使用方便、操作简单的优点。

一、产水量预测

压裂停泵后，井口压力是递减的，压力下降的原因与裂缝继续延伸、裂缝宽度变化以及压裂液滤失有关[10]。压降速度反映了其周围的地层情况,压降速度的快慢与地层产水量有较大的关系。

为了进行压降分析，首先需要分析压裂停泵后裂缝的变化。压裂停泵后，裂缝继续延伸一段时间，水力裂缝中的压裂液在压差作用下向周围的地层滤失；当压力降低至一定值后，裂缝开始闭合，缝长不再变化，此时井口压力下降主要由滤失引起。压裂停泵后的井口压力变化特征如图1所示。

从图1可看出，在裂缝闭合前，井口压力下降速度快；裂缝闭合后，井口压力下降速度变缓，压降速度接近常数。由于裂缝闭合后，压力的下降主要由压裂液在压差作用下向地层渗流而引起压裂液滤失，故裂缝闭合后的压力下降速度反映了地层渗透能力的大小，而地层渗透能力是影响煤层气井产水量的主要因素。由于压裂液往地层中滤失的速度反映了生产阶段地层向裂缝中流动的能力，因此可以选择裂缝闭合后的压降数据来预测产水量。根据现场经验，煤层气井一般压裂24 h后裂缝基本闭合，为了分析的方便，建议选择压裂后1～10 d内的压降数据进行分析。

图1 压裂停泵后井口压力随时间变化图

通过统计和分析蜀南地区龙潭组22口煤层气井在单相水流阶段、相同排采强度下的产水量与压裂停泵后压降数据，发现地层产水量与压降速度存在关系见式(1)。

Qw=11.169vp-0.281

(1)

式中：Qw—产水量，m3/d；vp—压降速度，MPa/d。

从图2可知，产水量与压降速度成正线性关系。压降速度越大，则产水量越大，这是因为压降速度越大，渗透率越高，从而产水量越大。

图2 产水量与压裂停泵后的压降速度关系曲线

二、管式泵泵径优选

目前国内煤层气井的排采工艺主要为“管式泵+抽油机”，煤层埋深一般小于1 000 m，以三型抽油机和四型抽油机为主，冲程一般为1.5 m。由于煤层气井大部分为斜井，管杆偏磨较严重，冲次不宜太高，现场冲次一般低于5 min-1。根据蜀南地区煤层气生产现场的经验数据，单相水流阶段泵效一般大于60%。因此，根据地层产水量可选择对应的管式泵泵径：

(2)

式中：D—泵径，mm；L—冲程，m；n—冲次，min-1；η—泵效，%。

根据压降速度与产水量关系，可用式(2)确定蜀南地区龙潭组煤层气井泵径，见表1。

表1 压降速度与泵径的关系

三、实例分析

我国蜀南地区某煤层气井，压裂停泵时的井口压力为13.9 MPa，停泵30 min后的井口压力为12.1 MPa，然后每隔24 h读取一次井口压力数据，关井监测井口压力9 d后放喷。

从图3看出，后期井口压力与时间基本接近线性关系，拟合后期数据点，得到压降速度为0.223 MPa/d，将压降速度代入式(1)中，可预测该井单相水流阶段的产水量约为2.2 m3/d，则应选择28 mm的泵径。从该井的排采曲线(见图4)可看出该井产水量为2.0 m3/d左右，与预测的产水量接近，说明所选泵径合理。

图3 井口压力随时间变化图

图4 煤层气井排采曲线图

四、结论

(1)煤层气井产水量与压裂停泵后的压降速度呈正关系，压降速度越大，则产水量越大。

(2)蜀南地区龙潭组煤层气井，在裂缝闭合后，当压降速度范围在0～0.4 MPa/d时，选择28 mm泵径；当压降速度范围在0.4～0.5 MPa/d，选择32 mm管式泵泵径；当压降速度范围在0.5～0.7 MPa/d，选择38 mm管式泵泵径；当压降速度范围在0.7～0.9 MPa/d，选择44 mm管式泵泵径；当压降速度范围在0.9～1.5 MPa/d，选择56 mm管式泵泵径；当压降速度大于1.5 MPa/d时，建议选择排量更大的螺杆泵或离心泵。

(3)现场实践证实用压裂停泵后的压降速度预测产水量，预测结果较准确，使用简单、方便。