成庄合作区块负压抽排实施效果分析

高 宇 纪彦波 董建秋 关济朋 赵晨光 姜文文

(中石油华北油田分公司山西煤层气勘探开发分公司, 山西 048000)

1 区块概况

成庄合作区块处于沁水盆地东南部晋城斜坡带，煤种为无烟煤，区块3号煤层埋深较浅，平均440m，平均5.81m。含气量平均19.21m3/t； 3号煤储层孔隙度平均5.80%，渗透率平均值2.67mD，渗透率高。15号煤层埋深较浅，平均490m，厚度平均3.90m。含气量平均16.67m3/t。目前区块主采3号煤层，15号煤作为接替产能逐步开发。

2 区块开发现状

2.1 开发现状

区块开采已长达11年之久，采出程度89.6%，3号煤层煤层气资源严重枯竭，储层压力及地层能量基本释放完毕，且区块老井范围内存在3个煤矿，煤矿开采及瓦斯抽采的严重影响煤层气的开采，已累计关停30口井，目前影响井31口。2019年老井递减率高达22.3%。常规的储层增产稳产措施对于采收率较大的井已经不适用，负压抽排几乎成为唯一的选择。正如多数气田在开发后期都会采用负压抽排措施来稳产。而决定负压抽排适用性的关键因素就是储层渗透率，杨亚聪等人在对国内外负压抽排采气研究中表明评价产层透气性的可抽放性指标为渗透率大于0.25mD可以抽放。成庄合作区块渗透率平均值2.67mD，是可抽放性指标的十倍，因此这也是本区块负压抽排实施的前提。成庄区块根据实际情况，在2019年开始逐渐增加负压抽排措施规模，老井负压抽排实施率已经达到54%，增产效果明显。

2.2 管网集输

成庄区块管网复杂，存在自营、合作和中联三方管线，气量和管压相互影响，这也是很多区块集输管网普遍存在自身复杂情况的一个缩影。

成庄合作区块内三方管线整体集输，集气站来气井数众多，集气站处理压力较大。根据近三年的数据分析，管压明显抑制套压的井数较多，老井套管阀门已经全部打开，很多井是管压反过来使套压“憋压”，这种憋压状态使井筒以及煤层中的气体处于抑制状态，无法最大可能的运移扩散。

2.3 煤矿影响

已开发区内有3个煤矿(端氏、坪上、曲堤)。随着煤矿采掘的不断推进，受影响面积不断扩大。煤矿影响存在两个极端，一是正效应，煤矿挖掘造成地应力释放，煤储层卸压裂缝张开，增大煤层渗透率。二是负效应，瓦斯抽放形成的负压直接将煤层气抽采，煤矿开采直接使物源枯竭。

煤矿井下布置的瓦斯抽采孔对煤层气井的正常生产影响巨大，直接导致无法产气，甚至井口出现倒吸的情况。这种情况即使上负压设备也于事无补。成庄区块存在三个井组，存在此情况，如图1所示，受端氏煤矿布置的超长瓦斯抽采钻孔已经穿过该井组，导致这些井组在负压抽排的情况下也不产气。可见煤矿瓦斯抽采对作用范围内的煤层气井是致命的。值得一提的是当不再有煤矿瓦斯抽采和煤的采出的本质影响后(即是没有力的作用和资源的减少时)，地面煤层气抽采也会取得一定的效果，采空区进行地面煤层气抽采也是可行的。

3 负压抽排选井原则

无论常规天然气还是非常规天然气在生产后期都会进行负压抽排，众多学者针对气井生产后期负压抽排情况都进行过研究，也制定过一些选井原则或方法。根据成庄区块的生产情况、地质情况以及地面条件，综合考虑各方面的因素制定以下原则。

(1)投产时间长，产水较少或基本不产水；

(2)气量递减且前期气量较好；

(3)目前管压导致套压较高；

(4)前期气量较好，目前气量为气量高峰水平的1/3～1/2的井；

(5)煤矿开采影响。

煤矿开采对于煤层气井的正常生产影响极大，不论产气情况如何，应尽快进行负压抽排。

4 负压抽排控制原则

负压抽排至煤层气井产气后期的生产运行方式，正如煤层气开采前期排水降压一样，同样需要连续缓慢稳定的抽采方式。生产初期，地层压力大，处在物性敏感期；生产后期，地层能量接近枯竭，处于物性脆弱期。在地层压力及套压均处于较低状态小进行负压后排，实际上就如同生产初期降流压生产一个性质。生产后期，负压设备将控制套压降低产生运输压差来重新启动煤层气的运移产出。因此负压抽排过程需要遵循以下原则：

(1)负压设备运行连续稳定；

(2)在负压设备能力范围内，根据煤层气井的套压情况逐渐调整负压设备的转速。

(3)当阀组间多口井进行负压抽排时，可通过井口大门来平衡各进气管道的压力平衡，避免相互影响。

正如图2、3所示两口多分支水平井负压抽排的管理过程，效果迥异。一个是递减的过程，一个是逐渐提升的过程。CZP1-1井由于负压设备提气太快，导致前期产量提升明显但无法保持。CZP1-2井稳步提升，逐渐提高负压设备转速，根据套压降低管压，从而能保证产气的稳定。

图2 CZP1-1井负压抽排管控效果图

图3 CZP1-2负压抽排管控效果图

5 效果分析

成庄项目至今已开发十余年，区内由于受煤矿开采影响，自2012年以来成庄项目已动用负压设备十多台，负压抽排井次50余次，负压抽排经验丰富，效果显著，近五年的负压设备应用情况，分两类来进行分析：煤矿影响井和管压较高井。

(1)煤矿影响井

煤矿影响分两种情况，一是煤矿开采，二是瓦斯抽采。

煤矿开采影响的井对煤层气开采有很大的影响。但只对于渗透率来说，渗透率会得到一定程度的提升，因此对于负压抽排的井是有利的。如果瓦斯逸散速度小于煤层气开采速度，对煤层气开采就是有利的。此类井对于多分支井最为有利，原因就是多分支控制的资源量足够大，渗透率是制约产气的关键。尤其是裸眼完井的多分支水平。成庄合作区块两口多分支水平井负压抽排的效果就很好(表1)。这两口井在煤矿开采影响范围外端，周围煤矿开采没有直接影响到煤层气含气量，但是对整体区域降压有一定的作用。煤层气井距离煤矿开采影响范围的距离的变化会产生的效果也会变化，一般情况下，由远到近的过程，对煤层气的作用效果为：正效应逐渐增强到减弱直至产生负效应。当正效应最强的时候负压抽排效果最好，当在负效应的情况下，负压设备只是一种弥补措施。

表1 负压抽排效果表

煤矿井下瓦斯抽采对地面煤层气开采起不到任何正效应。煤矿瓦斯抽采对煤层气井正常生产以及负压抽排影响巨大，只要在煤矿瓦斯抽采的范围内，地面煤层气井基本不会再产气，负压设备的能力远低于煤矿井下的瓦斯抽采，在抽采范围外的又不能提高储层的渗透率，相反影响范围外的煤层气会缓慢的向瓦斯抽采部分扩散。

(2)管压较高井

管压较高井进行负压抽排降管压措施是煤层气排采后期进行提气稳气的正常措施，此类井的效果分析及经验更具有指导意义。此类井生产能力受管压制约，煤层能量有限，地层压力几近枯竭。就算有气，但苦于运移不出去。因此重启一个运移的压力梯度是煤层气井生产后期提高采收率，稳产的关键。负压抽排能够有效的降低管压，使煤层气重新获得一个支持运移的动力，从而明显的提高产量。但是在所有的单井上进行负压抽排从经济角度是不现实的，因此普遍在阀组上进行负压抽排，这就涉及到负压抽排井互相影响的情况，负压抽排设备能力有限，单井的产量和距负压设备的距离对负压抽排的效率有一定的影响。煤层气井管线较长时管压会较高，同时沿线的摩阻也会较大，这种情况下负压设备能够提供一个新的动力用来克服阻力来提升煤层气井的产气量。负压抽排的能力是一定的，但具体作用到煤层气井上时，会根据这口井的产气能力、管压、摩阻而产生实际的增产效果。如果一口井有一定的产气能力且管压和摩阻是制约这口井的主要因素，那么负压设备的增产效果会是最大的。如果后期这口井的产气能力本身就弱，再加上管压和摩阻的抑制作用，增产效果也会受限。