寿阳区煤层合层开采方案优化

寿阳区煤层合层开采方案优化

0分层开采,提高采收率寿阳地块位于沁水盆地西北部。主要由太原群和山西群组成，共17层。主要用途为3、9和15号煤层。3、9号煤单层开采产量少、投资大、风险高、效益低。分层压裂合层排采是提高煤层气资源采收率的有利途径之一,考虑到经济及技术可行性两大因素,对两层煤进行合层开采,既减少了投资成本,又提高了煤层气单井的产气量。本文综合论述了寿阳地区煤层气合采的影响因素,进行了3号煤层和9号煤层合层排采可行性研究。1无煤区煤层分布寿阳区块内构造简单,地层平缓,总体上为走向近东西,倾向南的单斜构造,在此基础上发育有次一级的褶曲和断裂。区块内煤层厚度总体较大,稳定发育的主要煤层有3号、9号和15号煤层,依据矿区钻孔揭露和绘制的煤层厚度等值线图可知,3号、15号煤均覆盖全区,9号煤西南局部存在无煤区。其中15号煤层为稳定可采煤层,见煤点平均厚度3.57m,埋深在435.2~926.7m,平均为626.8m,平均含气量为13.29m3/t;3号为较稳定可采煤层,见煤点平均厚度为1.8m,埋深在504~877m,平均为644.9m,平均含气量为12.77m3/t;9号为较稳定可采煤层,见煤点平均厚度为1.9m,埋深在559~930.3m,平均为683.8m,平均含气量12.18m3/t。2主要安全因素分析2.1正确处理好压裂裂缝的形态顶底板岩石力学性质主要包括围岩的岩性、厚度及岩石力学性质等,当顶底板岩石力学性质与煤层差别较大且厚度较大时,水力压裂很难突破煤层顶底板,裂缝将仅在煤层中延伸;若顶底板岩石力学性质与煤层相差不大时,水力压裂时容易突破顶底板,既影响压裂效果,又可能改变压力传播路径。另外,压裂裂缝的高度受到层间最小水平主应力差大小的影响,且弹性模量差值越大,层间最小水平主应力差越大,压裂裂缝就更容易被控制在煤层中。由于煤层具有低弹性模量、高泊松比的特征,煤岩的弹性模量随着深度的增加而表现出增加的趋势,其与顶底板的弹性模量差值减小,因此煤岩与顶底板的最小水平主应力差减小,在对厚煤层压裂后期时,当形成裂缝的张力大于裂缝延伸过程中受到的由于岩石力学性质差异产生的阻力时,裂缝继续沿着原来的方向延入顶底板之中。2.2地层能量分析煤储层压力是指煤储层孔隙内流体所承受的压力,它不仅对煤层含气量、气体赋存状态有重要影响,而且也是煤层气从裂隙流向井筒的能量;储层压力梯度则是由储层压力和煤层埋深综合反映,从某种程度上反映了地层能量的大小。当煤层储层压力差较大,且高压煤层位于上部,其它条件相同情况下进行排采时,高压煤层中的流体将受压差作用倒灌入低压煤层,不仅造成高压煤层吐砂吐粉,而且增加了低压煤层的排水降压时间,导致煤层的压力传递速度差别增大,失去合层排采的意义;另外,两煤层进行合采,共用一个井筒,井底压力一致,当煤层储层压力梯度差别较大、其它条件相同情况下进行排采时,压力传递速度差别较大势必造成供液能力的差异明显,影响合层排采的效果。2.3上分层排采法所受液柱压力大,上煤层压降漏失严重,裂缝严重闭合当上部煤层的临界解吸压力远远高于下部煤层时,为使下部煤层产气,就必须进行排水降压,当压力降至下部煤层临界解吸压力时,上部煤层所承受的液柱压力将非常低,在此情形由于排采时间短,上部煤层的压降漏斗还没有充分扩大,排采面积极其有限,将发生严重的应力敏感,裂缝严重闭合。另外,若两煤层临界解吸压力相差较大,一层先达到临界解吸压力,产出气体进入套管,套管中的气体会对未解吸煤层产生气锁效应,影响未解吸煤层的流体流动,从而影响总产气量,此情况下合采不如单层效果好。2.4压力传递快煤储层渗透率的大小直接决定了孔—裂隙系统中流体流动的快慢。当渗透率大时,在同样的排采时间内,流量大,当补给水能力相同时,压力传递就快。各产层的渗透率如果差别太大,在排采过程中高渗储层裂缝内流体的流速将远远高于低渗储层,容易发生严重速敏,同时压力传递距离有限,压降漏斗范围有限,供气能力低,不适合合层排采。2.5排水系统的压力传递能力加如果两套煤层的供液能力差异悬殊,为了使动液面下降,势必加大排水量,这样就造成低产水层流体流动速率加大,发生严重的速敏效应,储层遭受严重伤害,供气能力大大降低。另外,两层煤储层的供液能力差别大,在排水降压过程中,压力传递速度差异越来越明显。压力传递速度差异引起产气速度差异,渗透率变化差异大,可能造成某一层不产气或产气很少,严重影响合采效果。33采用9号线和9号线进行综合开采可行性分析3.1顶底板以砂质泥岩为主,合采动底板厚度较高表1统计了研究区块3煤和9煤的顶底板岩性及厚度。从表1看出,3号煤层顶板为泥岩、砂质泥岩,底板为砂质泥岩或粉砂岩。图1、2是根据实际钻孔数据绘制的3号煤层直接顶底板厚度等值线,3号煤层的直接顶板厚度多在4.7m左右,且呈现向东南方向逐渐增厚的趋势,煤层底板岩性粒度略大于顶板粒度,以砂质泥岩为主,厚度整体大于顶板厚度,均值为5.2m。煤层的顶底板封盖条件较好,并且厚度都大于4.5m,水力压力很难突破顶底板,满足合采要求。9号煤层顶板多为泥岩、砂质泥岩,少数为粉砂质泥岩,厚度均值为8.5m(图3);直接底板多为泥岩,厚度较顶板小,但也呈现东南厚西北薄的特点,厚度均值为7.8m左右(图4);顶底板封盖条件较好,并且厚度都大于7.5m,水力压力很难突破顶底板,满足合采要求且顶底板整体封存性良好。统计煤岩及煤层顶底板岩石力学性质数据(表2)发现,3号煤层和9号煤层顶底板与煤层之间的弹性模量差都很大,即层间最小水平主应力差就很大,压裂裂缝就更容易被控制在煤层中,适合两层煤合采。3.2储层压力传递速度根据勘探开发资料,获得了研究区部分煤层气井储层压力梯度及渗透率(表3)。3号和9号煤层压力系统相近,9号煤层储层压力略大于3号煤层,均是欠压储层。从表3看出,3号、9号煤层平均储层压力梯度分别为0.57、0.598MPa/100m,两层煤的平均储层压力梯度差别不到0.3MPa/100m,在其他条件相同情况下进行排采时,压力传递速度相差不大,适合于合层排采。另外,两层煤的渗透率在同一个数量级,且数值相差不大,同样适合合层排采。3.3平均差值根据参数井数据,统计出3号和9号煤层的临界解吸压力的平均值分别为1.482、1.224MPa,平均差值为0.258MPa。另外,实钻资料显示3号、9号煤层间距平均为41.44m,产生的水柱压力0.41MPa,远小于9号煤层的临界解吸压力1.224MPa,两层煤适合合层排采。3.4最高产水量及最高产水量量根据研究区块内煤层气井生产动态资料,3号煤层在稳产阶段,平均产水量3.74m3/d,最高产水量4.38m3/d(图5);9号煤层稳产阶段的平均日产水量为2.32m3/d(图6),产水量略差于3号煤层,从供液能力上看,适合两层煤合层排采。3.5合层排采影响煤气藏水处理的能力研究区3号与9号煤层合层排采影响因素的研究表明,煤岩物性特征、煤层压力与压力梯度、解吸能力、煤层供液能力、储层渗透率等是合层排采提高煤层气单井产能的控制条件。根据表4列出的该地区3、9号煤层合层排采适用基本地质条件,并在3、9号煤层单层厚度大于0.7m,含气量大于8m3/t,煤层间距小于40m区域内,划分出适合合层排采的有利区域(图7)。3.6排采参数值预测为了进一步验证寿阳区块3号和9号煤层合层排采的可行性及有利区煤层合层排采的产能情况,运用COMET3软件,对X1井的实际生产数据进行了历史拟合计算,对该井的部分排采参数做了多次调整,最终得到与实际产气过程基本一致的变化趋势,并得到相应的排采参数,如表5所示,用拟合的排采参数值进行产能模拟,经模拟得到的产气量和产水量预测曲线如图8所示。从图8合采煤层直井产量预测曲线可以看出,随着排水降压的开始,煤层气井开始产气,合层排采1a出现产期高峰,之后进入平稳下降阶段,排采到4a后,产气量下降速率增大,表6反映出服务年限为10a的情况下,前5a平均日产量为1836m3,单井平均年产量可达60.6×104m3,采收率可达26.6%;排采10a后,平均日产量减少到722m3,10a累计产量464.29×104m3,最终采收率为40.76%,平均采气速度为4.08%,产能预测结果表明有利区合层排采效果较好。4合层排采工艺(1)研究区3号煤层与9号煤层的顶底板多为泥岩、砂质泥岩,其弹性模量都大于煤岩的弹性模量,且顶底板厚度都大于4.5m;两套煤储层的储层压力相差不大,且临界解吸压力差小于0.3MPa;渗透率在同一数量级,供液能力差小于5m3/d,且两