Bowen盆地北部M煤层气田水平井生产差异特征与主控因素分析

崔泽宏,王建俊,刘玲莉,夏朝辉,张 铭,杨 勇,段利江

(中国石油勘探开发研究院,北京 100083)

摘 要:Bowen盆地北部上二叠统煤系地层煤层气资源丰富,但勘探开发程度低,为指导有利开发选区,需厘清已开发煤层气田生产特征差异与主控因素。以M煤层气田实际生产数据为基础,从静、动态资料研究入手,根据开发井高峰产气量和产气曲线形态划分4类产气模式:Ⅰ型,高峰产气量>4万m3/d,产气陡升—陡降—后期平缓递减型,该型产气模式高峰产气量高,高峰稳产期短,为3~7个月,递减阶段早期递减快,年递减速度为30%~35%,后期递减缓慢;Ⅱ型,高峰产气量介于2万~4万m3/d,产气陡升—后期缓慢递减型,该型产气模式高峰产气量中等,高峰稳产期相对较长,为10~12个月,递减阶段递减相对缓慢,年递减速度为8%~10%;Ⅲ型,高峰产气量<2万m3/d,产气缓升—后期平稳型,该型产气模式产气相对较低,但产气平稳,无明显递减期;Ⅳ型,高峰产气量<1万m3/d,低产不连续型,该型产气模式产气低或无自然产能。通过动、静态资料综合分析,明确了影响M煤层气田上述产气差异特征主控因素:① 受埋深、构造控制,浅埋藏(<350 m)、高构造区域,煤层渗透性高,又是煤层气解吸、扩散、运聚的主要方向,高峰产气量高,主要分布于气田西部,为Ⅰ型产气模式;随埋藏变深(350~500 m)、构造变低,逐渐过渡为Ⅱ型产气模式,分布于气田中部;当埋深>500 m,煤层渗透性<1×10-15 m2,自然产能低,分布于气田东部,为Ⅳ型产气模式。② 受局部低幅微凸起构造控制,高峰产气量高,仅分布气田东部局部区域,为Ⅰ-Ⅱ型产气模式。③ 受顶板封盖性差和煤层分叉变薄、夹矸的影响,开发井高峰产气量相对较低,分布于气田北部和南部,主要为Ⅲ型和Ⅳ型产气模式。基于上述结论,Bowen盆地北部浅埋藏、高构造斜坡区域仍是新区优先水平井开发的有利区域,但须优化浅层开发井网、井距,制定合理排采制度,避免产气大起大落,力求实现高产与稳产趋势均衡;鉴于煤层埋深>500 m区域,煤层气资源量大,须开展煤层压裂改造增产技术攻关,力争突破较深层低渗煤层气资源开发。

关键词:Bowen盆地北部;煤层气;水平井;生产差异特征;高峰产气量;主控因素

Bowen盆地是澳大利亚东部重要的含煤沉积盆地,其中盆地上二叠统Blackwater群蕴藏丰富的煤炭、煤层气资源[1-2]。M煤层气田位于Bowen盆地北部西翼斜坡带上,隶属于中石油与壳牌合作开发区块的一部分,煤层属于中煤阶,平均镜质体反射率为1.0%。气田自2004年投入开发,取得了良好的开发效果,但气田内部开发井产能及生产特征差异显著,一直缺少系统性认识和规律总结。为此,笔者基于M气田多年的工作,以实际生产数据为基础,综合动静态资料分析,对M气田各开发井生产特征进行系统分析和总结,厘清影响气田产能差异特征主控因素,为气田周边开发选区和新区高效开发提供借鉴。

1 M煤层气田概况

M煤层气田处于Bowen盆地北部东倾单斜构造,气田已开发面积约180 km2。气田产层位于MCM煤层组,目前已有3套开发煤层,开发煤层自上而下分别为Q,P和GM三个煤层(图1)。GM煤层为气田主力产层,对气田产量贡献大,占气田总产量70%左右。该煤层构造为西高东低,构造海拔为-300~50 m,埋深为100~600 m,煤层厚度为3.0~6.0 m,煤层含气量为7~12 m3/t,煤层渗透率主要介于0.1×10-15~180×10-15 m2

图1 Bowen盆地北部M煤层气田地层柱状
Fig.1 Stratigraphic column in M CBM field of Northern
Bowen Basin

气田采用U型水平井开发,分单支和双支2类,以双支U型水平井开发为主导(图2)。双支U型水平井由2口水平井和1口直井构成,2口水平井井段沿地下目标煤层钻进,与远端直井的目标煤层段实施精准对接,2口水平井通过共用1口直井进行排水采气。该井型技术成熟,其优势在于:① 双支水平井增加了煤层中进尺长度,扩大了煤层解吸面积,利于提高产气量;② 2口水平井水平段以30°~60°相交,一定程度上保证与煤层割理直交或斜交可能,以实现产量提升;③ 水平井采用割缝衬管完井技术,保障了井眼稳定性,提高开发井稳定生产时率;④ U型水平井便于洗井作业,水平段如遇煤粉堵塞,可通过水平井与直井循环注水清洗,提高作业效率。

双支U型水平井为气田开发主导井型,占据总开发井数80%,贡献气田总产量95%。为分析气田生产差异特征、产气变化规律及其主控因素,仅对GM煤层107组双支U型水平井生产特征作重点论述。

2 开发井高峰产气量与产气模式

2.1 M煤层气田开发井高峰产气量

气田于2004年投入开发,绝大多数开发井已进入开发中后期递减阶段。煤层气开发通过排水降压后,大都经历产气爬坡、稳定生产和产气递减3个阶段,但由于气田各开发井投产时间不同,所处排采阶段不同,因此目前各开发井产气量还不能合理反映各开发井实际的单井产能。为了分析气田内部各开发井产能差异特征,厘清主控因素,通常将煤层气井的高峰产气量作为衡量产能差异变化重要指标[3-4]。为此,笔者针对气田排产5 a以上的107个双支U型水平井开发井组高峰产气量进行统计和分析,为避免生产数据非合理性异常值,以选取连续高产气为10 d的平均日产气量作为高峰产气量来统计。由于气田开发井的工作制度采用控液面生产,即液面基本控制在开发煤层底部,因此不存在各开发井工作制度不同而导致高峰产气量差异。

基于各开发井排产曲线与统计数据,将得到的各开发井高峰产气量制作泡泡图(图2)。由图2可知,产气井高峰产气量平面差异显著,高峰产气量2 000~72 000 m3/d均有分布。其中高峰产气量>4万m3/d的开发井占比15%,高峰产气量介于2万~4万m3/d的开发井占比26%,高峰产气量介于1万~2万m3/d的开发井占比23%,高峰产气量低于1万m3/d的开发井占比36%。

图2 M煤层气田GM层开发井组高峰产气量泡泡分布
Fig.2 Bubble map of peak gas rate of development wells of GM seam in M CBM field

2.2 M煤层气田产气模式

为清晰表征气田内部各开发井排采差异变化特征,在开发井组生产数据分析基础上,基于各产气井高峰产气量及排采曲线变化特征,结合具体实例,总结了M煤层气田开发井如下4种类型产气模式。

(1)Ⅰ型产气模式:高峰产气量高,产气陡升—陡降—平缓递减型。

Ⅰ型产气模式高峰产气量>4万m3/d,有16个开发井组,占比15%。该产气模式大体可细分为4个排采阶段:第1阶段为排水、产气爬坡阶段,初期排水降压快,5~7 d达到产水高峰,高峰产水量为50~78 m3/d,排水7~15 d后产水迅速下降并开始进入产气爬坡阶段;爬坡阶段早期产气快,后期缓慢,通常爬坡8~14个月进入高峰产气阶段,此时排水处于下降速度拐点期,标志着大规模排水阶段基本结束;第2阶段进入产气高峰稳产期,产气高峰稳产期短暂,一般为3~7个月,此时排水进入缓慢递减阶段,产水量小,日产水量<10 m3;第3阶段进入产气快速递减期,产气快速递减期为2~3 a,年递减速度30%~35%,此阶段产水量低且趋于稳定;第4阶段进入产气平缓递减期,产气量主要介于0.5万~1.0万m3/d,产气年递减率平均18%,产水很低或几乎不产水。

以14井组为例(图3),该井组位于气田的西部构造高部位(图2),煤层厚度4.5 m,水平段煤层垂深250~340 m。该井组排产初期产水量快速上升,排采第6 d,达到产水高峰(图3(a)),高峰产水量53 m3/d;排采第8天,液面下降至煤层底部,进入产气爬升阶段,随着产气逐步攀升,排水开始逐渐降低。

图3 M煤层气田GM层14水平井组排采曲线
Fig.3 Production curve of horizontal well 14 of GM seam
in M CBM field

由于14井组附近煤储层孔隙水支撑地层压力逐渐降低,井筒附近煤层吸附气通过快速解吸、扩散并流入井筒,地层压力随之迅速恢复倒逼套压回升,推动产气稳步上升,采水逐渐降低,排采14个月达到产气高峰(图3(b)),高峰产气量为6.9万m3/d,高峰产气稳产期为4个月左右,产水<2 m3/d;高峰稳产期后进入产气快速递减阶段,该阶段产水量<1 m3/d,快速递减期历经3.6 a,平均年递减速度为30%,快速递减期末产气量为1.3万m3/d;快速递减期后,产气步入平缓递减期,产气年递减速度<8%,产气相对平稳,平缓递减5 a后,产气量仍达0.6万m3/d左右。

(2)Ⅱ型产气模式:高峰产气量较高,产气陡升-平缓递减型。

Ⅱ型产气模式高峰产气量介于2万~4万m3/d,有28个开发井组,占比26%。该产气模式可划分3个排采阶段:第1阶段排水降压25~35 a后达到产水高峰,随后进入产气快速爬坡阶段,爬坡阶段经历6~8个月;第2阶段进入产气高峰稳产期,高峰产气稳产期为10~12个月;第3阶段进入产气缓慢的递减阶段,产气年递减率8%~10%,产气递减阶段产水量较低,产水量基本<5 m3/d。与Ⅰ型产气模式不同的是,产气达到高峰稳产期间,产气井仍处于主要排水期。

以39井组为例(图4),该井组位于气田的中部(图2),煤层厚度6.4 m,水平段煤层垂深360~390 m。该井组排采第27天,进入产水高峰,高峰产水量41 m3/d(图4(a));高峰产水10 d后,即排采第37天后,液面下降至煤层底部,排水缓慢下降,开始进入产气逐渐爬升阶段。

图4 M煤层气田GM层39水平井组排采曲线
Fig.4 Production curve of horizontal well 39 of GM seam
in M CBM field

该井组排采6个月后进入产气高峰(图4(b)),高峰产气量平均为3.6万m3/d,高峰产气历经14个月,进入产气缓慢递减阶段,产气平均年递减速度8%,缓慢递减9 a后产气量仍达1.2万m3/d。

(3)Ⅲ型产气模式:高峰产气量较低,产气缓升—后期平稳型。

Ⅲ型产气模式高峰产气量主要<2万m3/d,有38个开发井组,占比36%。该产气模式高峰产气量相对较低,但后期产气平稳。

以105井组为例(图5),该井组位于气田的北部(图2),煤层厚度6.2 m,水平段煤层垂深390~410 m。该井组初期排采第30天,液面降至接近煤层底部,进入早期低产气阶段(图5(a));随着排水量增加,套压逐步降低,排采第77天达到产水高峰,高峰产水量达36 m3/d,此后产气量略有提升,平稳维持在3 000 m3/d左右。

该井组排产7个月后达到产气高峰(图5(b)),高峰产气量1.4万m3/d,高峰产气相对稳产期持续24个月,产水量介于3~7 m3/d;之后进入产气相对平稳期,几乎无明显产气递减期,排采9 a后产气量仍达1.1万m3/d。

图5 M煤层气田GM层105水平井组排采曲线
Fig.5 Production curve of horizontal well 105 of GM seam
in M CBM field

(4)Ⅳ型产气模式:低产,不连续。

Ⅳ型产气模式高峰产气量低于1万m3/d,有25个开发井组,占比23%。该产气模式产液不稳定,产气量低且不连续。

以117井组为例(图6),该井组位于气田东部(图2),煤层厚度6.8 m,水平段煤层垂深520~590 m。

该井组初期排采第68天,液面降至煤层底部,套压急剧降低,开始进入产气阶段(图6(a)),排采初期最高产气仅为0.14万m3/d。

该井组生产期内产气极其不平稳(图6(b)),最高产气量仅0.16万m3/d,相对稳产期也仅维持在500 m3/d左右;排采期最高产水量仅为4.6 m3/d,产气期间平均产水量总体低于0.6 m3/d。可见煤层携液量低,产气差,可能主要与煤层低渗透有关。

图6 M煤层气田GM层117水平井组排采曲线
Fig.6 Production curve of horizontal well 117 of GM seam
in M CBM field

3 煤层气田产气差异主控因素分析

相对常规油气藏而言,煤层气藏产能影响因素复杂,为指导优质开发选区,国内外学者从不同角度开展煤储层产气能力分析[5-9]

由图2和4类产气模式可以看出,气田内部产能差异大,而且不同产气模式排采特征存在明显的差异。基于钻井、完井、地质和动态资料综合分析认为,煤层埋深、低幅微构造、煤层顶板封盖性、煤层分叉及煤层内部夹矸程度是影响气田双支U型水平井生产差异特征主要因素,而钻、完井技术、水平井长度、井网井距对开发井的产能影响甚微。

3.1 煤层埋深的影响

M煤层气田开发主要依靠煤储层本身物性递减衰竭式开发,因此,煤层渗透性对于煤层气田开发井的产能影响效果尤为显著[10-15]。渗透率对煤层气产量影响很大,煤层渗透率高,排水降压快、压力传导范围大、气体解吸速度快、解吸气量多,故产气量及采出程度相对较高[16]。煤层气田开发生产实践表明,在地势平坦且未发生构造反转的区域,煤层的埋深对煤层渗透性影响较大[10-14]

基于M煤层气田评价井钻杆测试获得的压力数据,再通过试井解释得到GM煤层渗透率。根据分析结果表明,随煤层埋深增加,煤层渗透率逐渐减小;反之,随煤层埋深变浅,煤层渗透性逐渐增大(图7)。所以,煤层埋深不仅控制不同部位开发井高峰产气量差异,而且同样也影响各开发井排采曲线形态。

图7 M煤层气田GM煤层渗透率与埋深
Fig.7 Map of permeability and depth of seam GM
in M CBM field

由图2可知,气田中西部即GM煤层埋深<350 m区域,产气井高峰产气量均>4万m3/d,部分井高峰产气量最高达到6万m3/d以上,所属区域主要代表产气模式为Ⅰ型的开发井。这些区域煤层埋藏浅、渗透性高,构造高、煤层内部水动力弱,所以在排采期间,浅埋藏、高构造区域构成了近井及远井地带气体快速解吸、扩散和运聚的优势方向。在排采初期,由于斜坡高部位煤层内部水体小,同时优越的煤储层物性导致煤层快速排水,井筒液面快速下降,短暂产水高峰过后产水量迅速降低;在构造势能控制和气体浓度差的影响下,近井及远井地带气体通过解吸并快速流入井筒,导致产气快速爬升、形成较高的高峰产气量平台;随着近井地带气体大量产出,近井地带气资源供给不足,远井地带又得不到及时补充,导致短暂产气高峰过后,产气速度快速降低,年递减速度达30%以上;随着排采中后期,压降漏斗范围逐步扩大,远源气体开始逐步解吸并补充供给,产气递减速度逐步放缓,即使排采10 a产气井,末期产气量也达到5 000 m3/d。总之,受浅埋藏、高构造部位控制的Ⅰ型产气模式井,其高峰产气量高,稳产平台短,递减阶段早期递减快,后期缓慢。

在埋深350~500 m的区域,主要代表Ⅱ型产气井,高峰产气量介于2万~4万m3/d,高峰期产气量明显<Ⅰ型产气井,由于埋藏相对较深,煤层渗透性有所降低,致使气体解吸后扩散导流慢,递减阶段递减速度明显变缓。相对埋深<350 m区域,该区域埋深中等,煤层渗透性和含气量相对适中,致使高峰稳产期相对较长,递减阶段递减速度相对缓慢。

在煤层埋深>500 m的区域,受煤层上覆应力增大的影响,煤层的渗透性急剧降低,煤层渗透率总体<1×10-15 m2,产气井的产量明显降低,产气不连续,大多数井几乎达不到自然产气的能力。代表该区域产气模式主要为Ⅳ型产气井。

可见,M煤层气田埋藏浅的区域,煤层表现出较高的渗透性,开发井高峰产气量大;随煤层埋深增加,煤层渗透率逐渐变小,开发井高峰产气量逐渐减小;当煤层埋深超过500 m,煤层渗透率急剧降低,渗透率总体<1×10-15 m2,气井产气量低或几乎无自然产能。

3.2 局部微构造影响

基于稀少二维地震资料和钻井数据,M煤层气田构造整体表现为向东倾斜单斜。通过开发井组水平井钻井轨迹和随钻伽马数据剖析,可判断煤层气田内部发育受区域构造挤压所形成局部低幅微构造。低幅微构造对煤层气开发是非常有利的,受构造运动形成的褶皱或低幅微构造可诱导煤层构造缝的发育[17-20],改善煤层渗透性,大幅提升产气量。经实钻井资料证实,气田东部局部区域存在低幅微构造,低幅微构造部位5组开发井高峰产气量均>2万m3/d。以81井组为例(图8),该井组位于气田东部(图2),煤层埋深455 m,通过钻井轨迹和随钻测井解释,81井组水平井钻遇煤层段正处于挠曲微凸起构造部位,微凸起构造可诱导煤层构造缝发育,一定程度上改善煤层渗透性,该井高峰产气量4.1万m3/d,生产10 a后产气量仍为1.8万m3/d。

图8 M煤层气田81井组A水平井段钻遇轨迹
Fig.8 Well trajectory for the horizontal section of well
group 81 in M gas field

可以看出,虽然煤层气田81井组井区煤层埋藏较深,煤层上覆地层应力较大,但因微构造发育的诱导裂缝改善煤层渗透性,大大提高产气井的产量。从排采曲线形态上看,发育于局部低幅微构造控制的开发井组主要属于Ⅰ型和Ⅱ型产气模式。

3.3 煤层顶板岩性的影响

煤层顶底板封盖性能影响煤层气的保存,煤层气纵向逸散因受到顶底板封盖性能的强弱而不同[21-24]。根据煤层顶底板岩性测井解释,GM煤层顶板主要有泥质、粉砂质泥岩和砂岩,煤层气田区域GM煤层顶部主要以泥质和粉砂质沉积为主,仅气田北部GM煤层顶部发育较厚砂体,导致煤层与砂体直接接触。煤层顶板为砂岩时,煤层气封盖条件差,煤层含气量降低,进而导致开发井产气效果相对较差。如图9所示(连井线如图2所示),气田北部各产气井GM层顶部砂岩厚度为18~35 m不等,顶板砂岩厚度自北向南逐渐减薄直至尖灭,对应高峰产气量也呈现随顶板砂岩厚度减薄而有略微增高的趋势。气田最北部4口井(110,108,74和73井)GM层顶部砂岩厚度28~32 m,高峰产气量低,最高仅为0.66万m3/d;向南过渡的71井煤层顶板砂岩厚度为18 m,开发井高峰产气量为2.23万m3/d;70井顶板无砂体,气井高峰产气量达4.50万m3/d。

图9 M煤层气田北部GM煤层与顶板岩性连井对比剖面
Fig.9 Lithological profile of seam GM and caprock in northern M CBM field

可见,煤层顶板存在砂岩以及砂岩厚度规模不同时,对开发井产气量均有不同程度的影响。气田北部煤层上覆盖层封盖性较弱,虽然高峰产气量较低,但开发井产气量还是相对比较平稳、连续。

3.4 煤层分叉变薄与煤层内部夹矸的影响

煤层厚度大、分布连续且煤质较纯,对煤层水平井开发是有益的;反之,煤层厚度变薄、多夹矸,不但降低了开发地质储量,影响开发效果,同样也不利于提高水平井煤层段钻遇率。通常,平缓、稳定的构造利于煤炭沼泽持续发育,易于煤炭连续沉积,形成厚度大、质纯的煤层,若沉积环境短暂有水体动荡的影响,会造成煤炭沉积间断,出现分叉煤层和夹矸煤层[25-26]。当泥炭沼泽某一局部区域有外来沉积供给时,形成较厚的隔夹层(>0.5 m),横向上便形成1个煤层被分隔成2个或多个相互独立的单煤层,被称之为分叉煤层[25],分叉后的单煤层厚度有所减薄;当泥炭沼泽某一局部区域频繁且短暂遭受水体动荡的影响,所形成的煤层中会含有若干个夹层,则被称为夹矸煤层[26],单个夹矸层的厚度一般<0.5 m,夹矸层掺入煤体中,会使原煤质量大大降低。因此,煤层合并、分叉和夹矸是煤沉积一种普遍现象和表现形式,也是影响煤层厚度平面变化和煤层内部非均质变化的直接原因[27]

Bowen盆地北部古构造沉积环境表明,晚二叠世煤系地层沉积期,盆地北部发育自北向南进积河流-三角洲沉积体系,形成巨厚煤系地层[28]。基于气田内部煤层精细对比分析表明,气田北部、中部GM煤层厚度分布连续,煤层厚度大,气田南部可能处于古构造低位的沉积体系末端,聚煤期沉积环境稳定性较差。M煤层气田中部向南部过渡区域为煤层分叉区(图2),煤层分叉导致单煤层厚度变薄,在一定程度上影响开发井产量,但产气比较平稳、连续,主要为Ⅲ型产气模式;气田南部为煤层分叉夹矸区(图2),煤层不但分叉变薄,而且分叉煤层煤质较差,夹矸严重,煤层品质差直接导致开发井产气量低,产气不稳定、不连续,属于Ⅳ型产气模式。

如图10所示(连井线如图2所示),中部40,158井GM层厚度为5.2 m,高峰产气量均在2.0万m3/d以上;向南部GM煤层分叉变薄,如21井区GM煤层分叉的煤层厚度为3.4 m,高峰产气量1.2万m3/d;47,52井区煤层分叉减薄,而且分叉的煤层夹矸严重,扣除夹矸后煤层有效厚度仅为3.1 m,这2组开发井高峰产气量仅在0.7万m3/d以下。

图10 M煤层气田中、南部GM煤层分叉与夹矸发育剖面
Fig.10 Profile of the split and interburden of seam GM in the middle and south of M CBM field

4 结 论

(1)Bowen区块M煤层气田主要采用双支U型水平井开发,煤层气田内部产能差异大,高峰产气量介于2 000~70 000 m3/d。其中高峰产气量>4万m3/d的开发井占比15%,高峰产气量介于2万~4万m3/d的开发井占比26%,高峰产气量介于1万~2万m3/d的开发井占比23%,高峰产气量低于1万m3/d的开发井占比36%。

(2)M煤层气田按高峰产气量大小和产气曲线形态划分4类产气模式:Ⅰ型产气模式高峰产气量高,稳产平台短,递减阶段早期递减速度快,后期缓慢;Ⅱ型产气模式高峰产气量中等,高峰稳产期相对较长,递减阶段递减速度相对缓慢;Ⅲ型产气模式高峰产气量相对较低,高峰稳产期长,排采后期产气平稳,几乎无明显递减期;Ⅳ型产气模式高峰产气量最低,产气不稳定、不连续,产气差或几乎无自然产能。

(3)煤层埋深、构造、煤层顶板岩性与煤层分叉、夹矸是影响M煤层气田高峰产气量和排采曲线形态的主控因素。控制煤层渗透性变化的煤层埋深、构造是影响开发井产能关键性地质参数,无其他影响因素条件下,煤层埋深<350 m为高渗透、高构造区域,是煤层气解吸、扩散、运聚有利区域,有利于实现煤层气高产,其次为埋深350~500 m斜坡构造区域,埋深>500 m东部斜坡低部位或凹陷区域煤层渗透性差,产量低或达不到自然产能。气田局部低幅微构造区域可诱导微裂缝发育,改善煤层渗透性,有利于煤层气井高产;气田北部煤层顶板封盖性差以及南部煤层分叉变薄、内部夹矸则是影响产气井产能较低的直接原因。

(4)鉴于矿权区块基本覆盖Bowen盆地北部,因此在现有开发技术和政策条件下,Bowen盆地北部浅埋藏、高构造斜坡区域仍是新区优先开发的有利区域,但须优化浅层开发井网、井距,制定合理排采制度,避免产气大起大落,力求实现高产与稳产趋势均衡。平面上,仍须加强Bowen盆地北部主力煤层分叉、合并和煤层顶底板岩性沉积变化规律研究,在煤层埋深、构造有利条件基础上,进一步筛选优质开发区;纵向上,鉴于煤层埋深>500 m区域,煤层气资源量大,须开展煤层压裂改造增产技术攻关,力争突破较深层低渗煤层气资源开发。

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Analysis on the difference of production characteristics and main factors for horizontal well in M coalbed methane field of Northern Bowen Basin

CUI Zehong,WANG Jianjun,LIU Lingli,XIA Zhaohui,ZHANG Ming,YANG Yong,DUAN Lijiang

(Petro China Research Institute of Petroleum Exploration & Development,Beijing 100083,China)

Abstract:The coalbed methane is rich in Permian coal seams of the Northern Bowen basin,but the degree of exploration and development is low.In order to select the favorable development area and to clarify the production characteristics and the main influential factors,based on the static and dynamic production data in M coalbed methane gas field,and according to the peak gas rate and gas rate curve of the development well,four gas production types are established.For typeⅠ,the peak gas rate is higher than 4×104 m3/d and the gas rate curve has a sharp rise-steep drop-slow decline trend.The peak gas is high and the peak gas time is short about three to seven months.The early decline phase has a high annual decline rate about 30%-35%,and the decline rate becomes slower in the later decline phase.For typeⅡ,the peak gas rate is 2×104-4×104 m3/d and the gas rate curve has a sharp rise-slow decline trend.The peak gas is medium and the peak gas time is relatively long about ten to twelve months,and the decline is relatively slow with annual decline rate about 8%-10%.For type Ⅲ,the peak gas rate is lower than 2×104 m3/d and the gas rate curve has a slow rise-steady trend.The gas rate is relatively low but steady,so there is no apparent decline.For type Ⅳ,the peak gas rate is lower than 1×104 m3/d with a discontinuous production.Moreover,the main influential factors for the above different production characteristics are specified.Firstly,under the control of coal seam depth and geological structure,the area with relatively shallow depth (<350 m) and high permeability is the major region for the migration of desorbed and diffused coalbed methane,and it has a high peak gas rate,mainly in the west of the gas field with gas production type Ⅰ.As the increase of coal seam depth,in the depth range of 350 to 500 m,at the lower location of the geological structure,the gas production type Ⅱ distributes in the middle of the gas field.When the depth of coal seam is deeper than 500 m with permeability lower than 1×10-15 m2,the productivity is poor,and it lies in the east of the gas field with gas production type Ⅳ.Secondly,under the control of local low micro-structures,the peak gas rate is high,and the area is only in some region of the eastern gas field with gas production typeⅠandⅡ.Thirdly,with a poor caprock and the split thin or stoned-band coal seam,the area has a relatively lower peak gas rate and it is mainly in the north and south of the gas field with gas production type Ⅲ and Ⅳ.Based on the above analysis,the selected favorable area is located in the slope region with shallow depth and high structure of the northern Bowen basin,and the horizontal well has the priority.Meanwhile,the well pattern and spacing should be optimized with a reasonable production strategy to avoid the big fluctuation of the gas rate and to strive to reach a high and steady production.For the regions with a depth deeper than 500 meters,the gas resource is abundant and the fracturing technology should be carried out aiming for the breakthrough of the development for low permeability coal seams in relatively deep areas.

Key words:Northern Bowen Basin;coalbed methane;horizontal well;difference of production characteristics;peak gas rate;main factor

中图分类号:P618.11

文献标志码:A

文章编号:0253-9993(2021)05-1660-10

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收稿日期:20200220

修回日期:20200423

责任编辑:钱小静

DOI:10.13225/j.cnki.jccs.2020.0227

基金项目:国家科技重大专项基金资助项目(2016ZX05029005)

作者简介:崔泽宏(1976—),男,黑龙江富锦人,高级工程师。Tel:010-83595517,E-mail:cuizehong@petrochina.com.cn

引用格式:崔泽宏,王建俊,刘玲莉,等.Bowen盆地北部M煤层气田水平井生产差异特征与主控因素分析[J].煤炭学报,2021,46(5):1660-1669.

CUI Zehong,WANG Jianjun,LIU Lingli,et al.Analysis on the difference of production characteristics and main factors for horizontal well in M coalbed methane field of Northern Bowen Basin[J].Journal of China Coal Society,2021,46(5):1660-1669.