大佛寺井田煤层气井生产特征研究

郭燕珩，张 林，陈 龙，刘海涛

（陕西省煤层气开发利用有限公司，陕西 西安 710065）

1 井田概况

大佛寺井田主体构造位置位于彬县背斜以北的大佛寺向斜区南翼，并向南跨越彬县背斜。总体构造为一向北倾斜的单斜构造，由三叠系基底继承而来。地层倾角平缓，一般3°～5°，最大17°～21°[1]。由于受同沉积构造作用的影响，煤矿内由北向南依次有安化向斜、祁家背斜、师家店向斜、彬县背斜等。据钻孔揭露，未发现断层（见图1），但据三维地震勘探结果显示，井田内存在小断层。

井田内延安组4 煤全井田可采，煤层全厚0～19.42m，平均11.65m，属特厚煤层。剖面上：自下而上含煤性变差，下含煤段含煤性好，中段次之，上段极差。平面上：井田周边向中心区含煤性变好，东部较西部含煤性好。

井田侏罗系以上地层未经受强烈的构造挤压和变形，构造简单，对煤体结构无重大破坏。各煤层均为细条带—条带结构，层状构造，煤层划分以原生结构煤为主，其次为碎裂结构煤，且4 煤渗透率为3.06～5.73mD，整体而言，该区煤层渗透率较好[2]。

通过对测试的瓦斯含量有效数据统计：4煤空气干燥基瓦斯含量为1.00～5.57m3/t，平均2.37m3/t；干燥无灰基瓦斯含量为1.19～6.29m3/t，平均2.75m3/t。甲烷浓度55.31%～89.8%，平均75.33%[3]。

总体而言，大佛寺井田煤层气地质条件比较优越，是煤层气勘探开发的有利区域。

2 煤层气井产能分级

科学合理的分级分类有助于生产管理，并能够为生产措施的实施提供依据。按照稳产期的平均日产气量、日产水量及稳产期的稳定程度，把本区块煤层气井划分为4个级别：

（1）高产气井：气井的日产气量大于4000m3/d，稳产期一般相对较长，在4个月以上；

（2）中产气井：气井的日产气量在500～4000m3/d之间，稳产期较短或基本没有稳产期，排水期较短；

（3）低产气井：气井的日产气量在100～500m3/d之间，稳产时间很短，基本在产气量达到产气峰值之后就迅速下降；

（4）不产气井：由于投产时间较短，气井还处于排水阶段，未开始产气，产气量为零或投产时间较长，气井只产水不产气。

统计分析了矿区42口井的资料，高产气井9口，占22%；中产气井22 口，占52%；低产气井4 口，占9%；不产气井7口，占17%（图1、图2）。

图2 大佛寺井田产能分级图

3 不同类型井生产特征研究

3.1 高产气井生产特征

本井田高产气井通常稳产时间相对较长(一般大于4 个月)，且峰值产量高(气井的日产气量大于4000m3/d)。同样，高产气井排水期也较短，一般在产水量达到最高值时才开始产气，之后产气量逐渐上升，产水量逐渐下降。

DFS-C02井为近端对接多分支水平井，煤层进尺累计3033m，煤层厚度17.5m，本井选井井位好，处于师家店向斜控制的中心地带，煤层含气量高，煤层厚度大，井眼轨迹上倾明显并且平滑，最大程度的符合了井位重力、应力和压力这三种力的控制[4]，并且处在煤矿井下煤层开采扰动较远区域，煤层圈闭性较好，地质水文条件好。并且实施了欠平衡作业，欠压值为0.50MPa 左右，同时在钻井过程中发生井口严重失返的情况下，依然采用清水钻进，实行边漏边补水边钻进，最大程度地防止了煤层污染和通道堵塞的情况，并且在完井后进行了清水洗井，进一步清洁了井眼，后期在排采过程中经过了长期的降水降压的过程，期间在排采制度上经过多方专家论证进行了一系列的摸索、修订和完善，逐步探索出适合于本区域、本井的排采制度，并且使用了自动化控制系统，最大精度地控制了采气过程，这一点从产水和产气曲线的契合关系明显得到验证（图3）。因此本井取得了峰值日产气30537m3，累计产气1771×104m3的高产气量。并且在排采7 年时间后目前仍然维持在日产3500余立方的产气量。

图3 大佛寺井田DFS-C02井生产曲线图

DFS-05井为近端对接多分支水平井，煤层累计进尺3000m，煤层厚度17.29m，本井选井井位好，处于师家店向斜控制的中心地带，煤层含气量高，煤层厚度大，井眼轨迹上倾明显并且平滑，最大程度的符合了井位重力、应力和压力这三种力的控制，并且处在煤矿井下煤层开采扰动较远区域，煤层圈闭性较好，地质水文条件好。但从2017年4月份开始的排采制度不是太理想，井下动液面和压力不是太匹配，无法形成稳定和有效的解吸压降，不能建立有效的解吸压降漏斗，虽然不是太完美，但是瑕不掩瑜，本井从总体上评价还是属于理想的，最终形成峰值日产气13416m3，累计产气1581×104m3（图4），并且在排采将近6年时间，目前仍然维持在日产气2700m3左右。

图4 大佛寺井田DFS-05井生产曲线图

DFS-M68 为远端对接多分支水平井，本井属于DFS-CO2 井、DFS-05 井的区域拓展井，在 2 口高产井的基础上进行的合理化布井，符合以上两口井的布井优势，目前累计排采时间18 个月，日产气1 万余方，累计产气339×104m3。但是需要注意的是后期制定并且严格执行合理的排采降压制度，以期在后面的排采中延续取得高的煤层气抽采气量。

3.2 中产气井生产特征

本井田中产气井的特征为稳产时间较短或基本没有稳产期，并且排水期较短，气井的日产气量在500～4000m3/d之间，峰值跨度较大，并且没有较强的规律性（图5）。煤层气井的峰值产量具有重要的地质意义，在一定程度上反映了煤层的产气潜能，因此，对于这类井，可以通过煤层气井排采制度的优化(包括确定合理的压差、合理的排采速度等)、不同地质条件优选合理的排采组合方式等一些措施来提高气井产量。

图5 大佛寺井田DFS-124井生产曲线图

DFS-M124 井为近端对接多分支水平井，煤层进尺累计3000m，覆盖范围较大，煤层厚度11m，厚度较大，本井选井井位好，处于师家店向斜控制的中心地带，煤层含气量好，井眼轨迹总体上倾明显但主分支右侧分支末端稍有下倾，这会导致在煤层中钻进时井眼轨迹难以把握，造成井眼轨迹不平滑部分井段有水封情况发生，但总体符合重力、应力和压力这三种力的控制，并且处在煤矿井下煤层开采扰动较远区域，煤层圈闭性较好，地质水文条件好。

同样，还有DFS-C04 井为“V”型远端对接井，本井受祁家背斜控制，含气量高，煤层厚度大，渗透率好，日产峰值达到4408m3，距离设计日产峰值6200m3尚有空间，最终累计产气355×104m3。

3.3 低产气井生产特征

稳产时间特别短是低产气井的一个显著的生产特征，其产气量达到产气峰值之后就迅速下降，只有少数几口井在达到产气量峰值后能持续生产一段时间，大多日产气量在100～500m3/d之间。另外这些低产气井的排水期都较短，开始投产时地层压力等于临界解吸压力，煤层中本来存在游离气，只是气相不连续，随着水量的产出，地层压力下降，有越来越多的气体解吸出来，气体形成连续相，并伴随着产水一起产出，并且这些井的产气量低且波动较严重，生产不连续。

这种井多数属于储层中近井地带堵塞严重，砂堵加煤粉堵塞，难以在储层中建立有效的解吸压差，也不能迅速地扩大压降漏斗，造成产水少甚至不产水，无套压，产气少甚至不产气。

3.4 不产气井特征

本井田不产气井的产水量很小，每个月只有几个立方米到十几立方米，这类不产气井大部分是选井位置不适，井型设计方面尚需研究论证，完井方式欠佳，以及本身所处地质构造部位引起的，本身煤层中的含水量较少，周围供水量较少，这类气井的地层压力降低较慢，煤层达到临界解吸压力时间较长，因此排水期较长，对于这种井一般是开采一段时间后仍未有气体产出，就进行关井处理或者采取其他措施。

4 小结

经过中外煤层气工作者大量的实践经验，总结出煤层气排采的八字原则：“缓慢、稳定、长期、连续”[5]。煤层气排采技术中最关键的三个控制是：液面控制、套压控制、煤粉控制[6]。根据这一原则，对比分析本井田的排采特征时发现，本井田在排采时出现了完全契合降压、解吸从而形成稳定的降压漏斗的特征，并且排采制度严格执行了这一制度，因此，排采效果整体良好。

统计分析了矿区42 口井的资料，大多排采时间在3年多，其中高产气井9口（＞4000m3/d），占22%；中产气井 22 口(500～4000m3/d)，占 52%；低产气井 4 口(100～500m3/d)，占9%；不产气井7 口（＜100m3/d），占17%。整体来看，本井田这42 口排采井高、中产气井数量占比高达74%，低产和不产气井占比36%，整体效果较好，对比沁水盆地柿庄南区块大部分生产井的排采时间达到6 年以上产气井98 口，其中高产井(＞1000m3/d)24 口，中产井(500～1000m3/d)21 口，低产井(＜500m3/d)53 口，低产井的数量达到一半以上的情况来看[7-8]，本井田产能等级划分相比柿庄南区块高4倍；本井田低产、不产气井占比较柿庄南区块低产、不产气井低48%。和陕西韩城相比，效果更优。和全国其他煤层气区块横向对比，大佛寺井田煤层气开发表现出产气量高，高、中产井占比大，并且目前排采年限还较短，产气前景较大。

水平井井型产能贡献对于本井田总体产能建设贡献大，也为本井田后期井型布置提供了又一选井井型依据。

大佛寺井田已经研究透彻适合本地区煤层气解吸抽排的相关参数，摸清了相关煤层气排采规律，建立了完善、优化的排采制度。在后期的进一步排采过程中，要对排采制度进行持续优化、跟踪和调整。