煤層氣井產能預測及提高產能方法

韓 勇

(山西潞安金源煤層氣開發有限責任公司，山西 長治 046200)

引 言

在能源日漸緊缺的背景下，煤層氣井開采還要獲得更高的產能，以便更好地滿足不斷增加的能源需求。而加強產能預測，可以更好地進行排采工作的安排，合理進行煤層氣開發，繼而使氣井產能得到提高。因此，還應加強對煤層氣井產能預測及提高產能方法的分析，以便更好地推動煤層氣井開采工作的開展。

1 煤層氣井產能預測分析

在煤層氣井排采期間，想要獲得較大的煤層氣井排采效率和采收率，還要結合產能大小變化對排采工作制度進行合理調整。現階段，在煤層氣井產能預測上，可以采用的方法有較多，如數理統計方法、物質平衡法、數值模擬方法和簡化解析模型方法等等。采用數理統計法，需要利用數學理論對產氣量數據展開分析，無法對各種因素給產能帶來的影響展開分析。采用物質平衡法和數值模擬法，需要獲取巖石流體、地質等數據，方法的實用性不強。采用簡化解析模型方法，分析結果受簡化條件的限制，只能在一定范圍內適用[1]。因此，還要尋求有效的煤層氣井產能預測方法，從而為煤層排采工作的開展提供科學指導。

2 煤層氣井產能預測及提高方法研究

2.1 產能預測模型

在對煤層氣井產能進行預測時，應考慮氣井產能將受到生產中井底壓力、套壓等排采參數影響，并選擇對產能貢獻最大的因素，實現最優產能預測模型的構建，從而掌握煤層氣產能變化規律。而采用多元逐步回歸方式，能夠建立回歸方程，并帶入產能影響因素。通過對各因素進行檢驗，可以使方程在引入新變量前只包含給產能帶來顯著影響的變量。在實際分析時，以某煤層氣田部分區塊為例。該區塊煤層氣井的產氣過程包含三個階段，分別為排水降壓、穩定產氣和產量遞減階段。在排水降壓階段，由于區塊煤層孔隙度和滲透率較低，壓力波傳播速度較慢，在煤層氣解析后日產氣量會出現短期降低情況，呈現由無到有，由高到低的變化趨勢[2]。采用多元逐步回歸及通徑分析方法，可以完成氣井產能模型的建立，對參數影響規律進行分析。通過對該區塊內10口典型氣井排采參數及質量進行分析，結合不同產能和處在不同排采階段的氣井動態排采參數，可以從中完成與產氣量相關程度較大的套壓、井底流壓和累積產氣量這三個主要因變量的選擇，基于多元逐步回歸原理進行軟件編制，完成氣井產能預測模型的建立，如第115頁式(1)所示。式中，xty、xjdly、xicp分別用于表示套壓、井底流壓和累積產氣量，y為氣井產能。通過對模型進行F和P檢驗可以發現，F檢驗數為134.331，P檢驗數為0.001，說明自變量與因變量間差異顯著，模型具有統計學意義。

y=5 645.909-4 303.992xty-770.796xjdly+
0.000 025xicp

(1)

2.2 日產氣量構成分析

采用多元回歸分析方法，可以使變量間的多重共線性得到消除，從而使各因素與產能間的真實關系得到反映。但在對偏歸回系數展開分析時，各因素單位不同，還要通過通徑分析對各因素對產能的直接和間接影響展開分析。如式(2)所示，為直接通徑系數與間接通徑系數的關系，ρj→y為直接通徑系數，ρi→j→y為間接通徑系數，rij為相關矩陣，為每兩個變量與因變量間的簡單相關系數。

ρi→j→y=rijρj→y

(2)

針對得到的回歸產能模型展開通徑分析，可以得到日產氣量構成因素通徑分析表，如表1所示。通過分析可以發現，在直接影響因素中，套壓給產氣量的影響較為顯著，直接通徑系數達到了-0.558。相比較而言，累積產氣的直接作用最小，僅為-0.042。從總體上來看，三個因素對產氣量都會產生負效應。在間接影響因素中，井底流壓將通過套壓給予產氣量較大影響，通徑系數達-0.441。除此之外，累積產氣量給予產氣量的間接影響較大，并且為正效應，其他因素間接通徑系數則較小，產生的間接作用可以忽略。從參數對產氣量的綜合影響來看，套壓、井底流壓和累積產氣量與產氣量相關系數分別為-0.636、-0.547和0.142。因此從總體來看，對產氣量影響最大的因素為套壓，該因素與其余兩個因素存在負相關關系。

表1 日產氣量構成因素通徑分析表

2.3 產能預測結果分析

在區塊煤層氣井產能預測上，采用可行性較強的GM(1，1)模型與多元回歸預測模型展開比較，以10口典型井實際動態數據為檢驗數據，可以得到各時間點上產氣量相對誤差平均值。表2為2種方法產能相對誤差平均值統計分析表。從表中的數據可知，采用多元回歸模型進行產能預測，相對誤差平均值不超出12%。采用GM(1，1)模型進行預測，相對誤差平均值最大能夠達到50%。由此可見，采用多元回歸模型實現產能預測的相對誤差更小，預測精度更高。

表2 2種方法產能預測相對誤差平均值統計分析表 %

如表3所示，為采用2種方法的產能預測結果統計分析表。相比較而言，采用多元回歸模型進行產能預測，可以得到排水降壓階段、穩定產氣階段和產量遞減階段的產能平均值分別為12.21%、5.77%、5.56%，可以更好地對前兩個產氣階段的產能進行預測。

表3 2種方法產能預測統計分析表 %

2.4 影響產能因素分析

分析影響產能的因素可以發現，在煤層氣井不同排采階段，套壓將對產氣量產生不同的影響。在排水降壓階段，套壓的增大將導致產氣量先增大后降低。在穩產階段，產氣量在達到峰值前，套管與產氣量成正相關關系，達到峰值后為負相關關系。在穩定產氣和遞減階段，套壓將發揮井筒儲集效應，使產氣量在短時間內改變。綜合來看，氣井產能受套壓影響較小。從累積產氣量影響來看，在排水降壓階段，該參數與產氣量先成正相關關系，之后轉變為負相關關系。而在穩定產氣和遞減階段，煤層中的水基本被排空，累積產氣量基本保持穩定，因此與氣井產能間的關系不大。相比較而言，井底壓力對氣井產能產生的影響更大。在套壓和累積產氣量的雙重作用下，井底壓力將發生變化。而在任何排采階段，井底壓力的增加都會導致產氣量降低[3]。因為在井底壓力增加的情況下，生產壓差將隨之減小，煤層氣在從煤層向井筒滲流的過程中會受到阻礙。在排水降壓和穩定產氣階段，井底流壓都與產氣量呈負相關關系，因此將對氣井產能產生較大的影響。

2.5 產能提高方法

針對煤層氣井產能預測結果，想要提高氣井產能，可以采用注氣增產技術。主要通過向煤儲層中進行高壓氣體的注入，以使生產壓差隨之增大，使煤層氣順利從煤層向井筒滲流。通常情況下，需要注入CO2、N2等高壓氣體，促使煤層氣由吸附態轉化為游離態，從而使煤層氣解吸擴散速率提升，達到提高氣井產能的目標。從開采機理上來看，在儲層中注入高壓氣體的情況下，煤儲層能量得以增大。在相同的井底流壓下，煤儲層壓力梯度將得到提高，繼而使解吸出的煤層氣快速運移至井底，使井口產氣量增加。與此同時，注入對煤分子吸附力較強的氣體，也可以使煤對甲烷的吸附進行競爭，促使甲烷分子由煤基質表面發生解吸，從而通過提高煤層氣濃度加快擴散滲流速度，使氣井產氣量得到增加。此外，注入高壓氣體，可以使煤儲層在小分子氣體作用下產生新的裂隙。伴隨著儲層孔-裂隙系統的發育，煤層氣的產出通道將得到增大，從而使煤層滲透率得到提高。在實際注氣的過程中，結合煤層實際情況，可以分別采用先注氣后采氣和邊注氣邊采氣的方式。采用第一種方式，需要以合適井距進行注入井的鉆探，然后將CO2等高壓氣體注入，使其與煤層中的煤層氣進行吸附置換，使煤層中的CH4得到解吸，通過孔、裂隙運移至井底。采用連續性注氣方法，需要在氣井生產期間進行高壓氣體注入，使氣體在較大孔、裂隙系統中參與產出氣體滲流[4]。采用該種方法，高壓氣體無法及時進入煤基質單元與CH4發生吸附置換，但是能夠使儲層能量得到維持，使CH4的分壓得到減小，繼而使煤層氣滲流速度得到提高。

3 結語

通過研究可以發現，在煤層氣井排采期間，還要實現產能的合理預測。采用多元回歸模型進行預測，可以得到更加精確的產能預測結果，明確產能將受到井底流壓的影響，在流壓增大的情況下，出現日產氣量降低的問題。針對這一情況，還要采取注氣增產技術加大生產壓差，從而使日產氣量維持穩定，最終達到提高產能的目的。