朱慶忠等:鄭莊區塊高階煤層氣低效產能區耦合盤活技術

2020-12-13 騰訊網

作 者

朱慶忠1,2,魯秀芹2,3,楊延輝2,3,張倩倩2,3,魯曉醒4

作者單位

1. 中國石油華北油田公司；2. 中國石油天然氣集團有限公司煤層氣開採先導試驗基地；3. 華北油田公司勘探開發研究院；4. 華北油田公司工程技術研究院

研究背景

我國高階煤層氣資源量豐富,佔煤層氣資源量的1/3,普遍存在平均單井產量低、開發效益差的問題。沁水盆地是我國最主要的高階煤煤層氣資源區,其中主力開發區樊莊區塊處於穩定產氣階段,但仍存在近1/3的低效區;後續開發的鄭莊區塊,煤儲層地質條件更為複雜,低效區範圍更大,近2/3開發井屬於低產井。因此,盤活低效區成為制約高煤階煤層氣實現效益開發的關鍵問題。

鄭莊區塊位於沁水盆地東南晉城斜坡帶,2012年全面投入開發,目前主要開採煤層為3號煤,3號煤厚度為5.0~7.0m,含氣量為20.8~28.5m3/t,含氣飽和度大於90%, 地層壓力梯度為0.535~0.900 MPa/100m,平均為0.71MPa/100m,破裂壓力梯度為1.49~2.96MPa/100m,平均為2.01MPa/100m,地應力隨著煤層埋藏深度的增大而增高,煤體結構以原生結構煤為主,局部區域發育碎裂、碎粒煤,滲透率為0.01×10-15~0.15×10-15m2,具有低壓、低滲、非均質性強的特徵,開採難度較大;目前低產井比例高,日產氣量小於600m3的井高達708口,佔總井數的68.7%,區塊採氣速度低;單井累積產氣7.8×104~481×104m3,平均為67.7×104 m3,從西南部向東北部單井產量逐漸降低,區塊整體採出程度僅為5%,平面分布不均衡,開發效益低,亟需改善開發效果。

針對這一問題,筆者提出了低效產能帶耦合盤活技術方案,通過幾年實踐驗證取得較好的盤活增產效果,相關技術創新成果也為其他高階煤層氣低產低效區帶盤活提供了借鑑。

摘 要

高階煤層氣井低產低效區的普遍存在,已成為制約我國煤層氣產業發展的主要瓶頸之一。沁水盆地鄭莊區塊有2/3的礦井屬於低效井,區塊整體經濟效益差,以鄭莊區塊為例,剖析造成高階煤煤層氣低效開發問題的影響因素,提出了低效區盤活技術策略和模型。

建立了井網部署方式、儲層改造適應性技術、高效排採管控方式3個方面的優化技術,形成了適用於高階煤儲層煤層氣井增產的技術系列:一是基於開發動態分析和數值模擬的開發井型井網優化技術和水平井耦合降壓盤活直井技術;二是基於煤儲層特徵及煤層氣開發機理分析的高階煤儲層疏導式儲層改造技術;三是基於煤儲層氣-水賦存機理和微裂隙氣-水流動機理的高效排採管控技術。

在此基礎上,提出了鄭莊區塊低效產能帶耦合盤活的工藝技術思路:以資源有效動用為核心,通過調整井網井型,採取疏導式儲層改造技術和高效排採管控模式,實現低效區帶整體協同降壓,新井高效開發,老井穩定增產,達到區塊整體盤活的效果。建立了低效區整體盤活工藝技術模型,並在鄭莊區塊進行了現場試驗。

為期3a的現場試驗取得了顯著的開發效果:44口直井平均單井日產氣量2400m3,是周圍老井峰值產氣量的3.6倍;22口水平井盤活試驗井產量是調整前水平井的4.2倍,耦合降壓使得周圍低產直井平均單井日產氣量提高了435m3,試驗區採氣速度由調整前的1.8%提高為目前的7.6%,提高了區域煤層氣儲量動用程度和採氣速度,使區塊開發經濟效益轉虧為盈。該項技術的研發成功,為國內類似地質條件煤層氣低效區盤活提供了示範和借鑑。

作者簡介

朱慶忠，男，1966年出生，河北景縣人，中共黨員，博士研究生，教授級高級工程師，華北油田公司副總經理，2012年起主持華北油田煤層氣勘探開發工作，享受國務院政府特殊津貼。中國石油學會非常規油氣專業委員會副主任委員、中國石油非常規油氣專業標準化技術委員會煤層氣分標準化技術委員會副主任委員、《石油鑽採工藝》雜誌社社長。獲得國家、省部級獎勵19項，國家授權發明專利1項，實用新型專利3項，在國家核心期刊發表論文29篇。先後獲得「全國勞動模範」、河北省「勞動模範」、河北省有突出貢獻的「十大傑出青年」、河北省「優秀科技工作者」、華北油田有突出貢獻的「十大青年」、「勞動模範標兵」等榮譽。

研究方向

煤層氣勘探與開發

主要成果

致力於煤層氣高效勘探開發一體化關鍵技術研究，國家科技重大專項《山西沁水盆地煤層氣水平井開發示範工程》（2011ZX05061）技術總監，先後多次組織和參加國家重點科技攻關項目和股份公司級課題。用辯證思維方式審視煤層氣產業問題，提出了四大地質控制理論，確定了三種實踐對策，提出了三大技術轉移，精心構建「四個一體化」設計理念，使得煤層氣成為華北油田公司最重要的盈利產業。

文中圖片

Z1-274井測井、壓裂、排採綜合曲線

300m與150m井距投產15a解吸範圍對比

不同孔裂隙尺度下甲烷的吸附量

直井加密盤活老井模式1

L型水平井和多分支水平井盤活老井模式示意

鄭4-11-1直井和鄭4-7-7直井生產曲線

ZS1水平井和ZS1井組見效直井的生產曲線

來源：

朱慶忠,魯秀芹,楊延輝,等. 鄭莊區塊高階煤層氣低效產能區耦合盤活技術[J]. 煤炭學報,2019,44(8):2547-2555.

ZHU Qingzhong,LU Xiuqin,YANG Yanhui,et al. Coupled activation technology for low-efficiency productivity zones of high-rank coalbed methane in Zhengzhuang block,Shanxi,China[J]. Journal of China Coal Society,2019,44(8):2547-2555.

審核：畢永華

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