煤層氣排采過(guò)程中井間干擾形成機(jī)制研究-已發(fā)表_百度文庫(kù)

1、煤層氣排采過(guò)程中井間干擾形成機(jī)制研究摘要：煤層氣單井排采時(shí)，由于壓降漏斗的擴(kuò)展范圍有限，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)能低下。因此實(shí)際生產(chǎn)中都是以井網(wǎng)方式開(kāi)采煤層氣，通過(guò)井間干擾提高產(chǎn)能。本文通過(guò)總結(jié)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)井間干擾理論的研究成果，根據(jù)儲(chǔ)層壓力傳播規(guī)律及壓降漏斗形成機(jī)理，分析了不同邊界條件下壓降漏斗擴(kuò)展情況，對(duì)比了煤層氣井單井和井群壓降曲線(xiàn)，簡(jiǎn)要闡明了井間干擾形成機(jī)制，揭示了井間干擾對(duì)煤層氣產(chǎn)量的影響。關(guān)鍵詞：煤層氣井群；井間干擾；壓降漏斗；壓力傳播規(guī)律。引言煤層氣，是指賦存于煤層中以甲烷為主要成分，以吸附在煤基質(zhì)顆粒表明為主并部分游離于沒(méi)空隙中或溶解于煤層水中的烴類(lèi)氣體1,2。限于我國(guó)煤層氣儲(chǔ)層“三低一高”的

2、特性3，所采用的單井開(kāi)采方式僅在很少地區(qū)達(dá)到了商業(yè)化的生產(chǎn)階段。相比之下，具有一定規(guī)模的煤層氣井井群，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的井間距，使之產(chǎn)生井與井之間的干擾形成大面積壓降，進(jìn)而取得較好的甲烷解吸效果，才能大幅度的提高煤層氣井的日產(chǎn)氣量和總產(chǎn)氣量4,5。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)研究單井的儲(chǔ)層壓力傳播規(guī)律及壓降漏斗形成機(jī)理，對(duì)比單井和井群壓降曲線(xiàn)的異同，闡明井間干擾的形成機(jī)制，并揭示井間干擾對(duì)煤層氣產(chǎn)量的影響。1.煤層氣產(chǎn)出機(jī)理煤層氣主要成分雖然與天然氣相同，但它們?cè)诘刭|(zhì)成因、成藏以及開(kāi)采方面大不相同，其儲(chǔ)層特征決定了二者開(kāi)發(fā)方式必定不同。天然氣以游離態(tài)存在，在高儲(chǔ)層壓力作用驅(qū)動(dòng)下流向井筒，開(kāi)發(fā)方式簡(jiǎn)

3、單；而煤層氣主要以吸附態(tài)存在于煤基質(zhì)顆粒表面，其開(kāi)采必須通過(guò)排水降壓實(shí)現(xiàn)。煤層氣產(chǎn)出要經(jīng)歷如下過(guò)程：排水降壓-解吸-擴(kuò)散-滲流-流向井筒6-9。 原始狀態(tài)下，煤儲(chǔ)層中氣液流體處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，通過(guò)井筒的持續(xù)排水，井筒附近儲(chǔ)層壓力降低，打破了原來(lái)的平衡狀態(tài)，當(dāng)降到臨界解吸壓力時(shí)，煤層甲烷從煤內(nèi)表面解吸，解吸氣大量轉(zhuǎn)化為游離氣，在濃度差下驅(qū)動(dòng)下，煤層氣通過(guò)基質(zhì)和微孔擴(kuò)散，進(jìn)入裂隙中開(kāi)始滲流，和煤層水一起流向井筒10（圖1）。圖1 煤層氣運(yùn)移過(guò)程示意圖2.不同邊界條件下儲(chǔ)層壓力傳播規(guī)律井筒與煤儲(chǔ)層之間產(chǎn)生的壓差是造成煤儲(chǔ)層的壓力傳播的根本原因。2.1 開(kāi)放性邊界儲(chǔ)層壓力傳播規(guī)律這類(lèi)邊界煤儲(chǔ)層的頂板或

4、底板為透水層，存在直接或間接給水含水層，或煤儲(chǔ)層邊界為張性斷層，煤儲(chǔ)層能得到充分的外部地下水的供給，邊界處壓力可近似認(rèn)為不變。 1 定流量生產(chǎn)時(shí)，煤儲(chǔ)層壓力傳播規(guī)律 如圖2所示，該類(lèi)情況下，隨著排采時(shí)間的延續(xù)，原始儲(chǔ)層壓力AA'AB 線(xiàn)沿井筒方向，由井口到井底逐漸加深，其下降彎曲程度也逐漸加大( 如A1A'；A2A；。此時(shí)由壓降漏斗內(nèi)產(chǎn)生的壓力勢(shì)能作為動(dòng)力，驅(qū)使煤層氣由儲(chǔ)層向井口流動(dòng)產(chǎn)出。而距離井口較遠(yuǎn)的地段，則因壓降過(guò)小無(wú)法帶動(dòng)流體的流動(dòng)。故在A'、A各點(diǎn)處壓降曲線(xiàn)的切線(xiàn)是水平的。當(dāng)壓降漏斗剛傳到邊界時(shí)，即壓降漏斗邊界點(diǎn)B點(diǎn)時(shí)，曲線(xiàn)A3B 在該點(diǎn)的切線(xiàn)仍然是水平的，表

5、示此時(shí)井內(nèi)所產(chǎn)出的水仍然是靠B點(diǎn)以?xún)?nèi)儲(chǔ)層內(nèi)的壓力勢(shì)能。當(dāng)t tB后，邊界以外有地下水補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，隨著外來(lái)地下水的不斷補(bǔ)充，壓降曲線(xiàn)下降速率漸緩，當(dāng)邊界外補(bǔ)充的地下水逐漸趨于井的排水量時(shí)，則煤儲(chǔ)層內(nèi)的壓降曲線(xiàn)變化越來(lái)越小，經(jīng)過(guò)無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間后，壓降曲線(xiàn)最終在ANB 處穩(wěn)定下來(lái)。因此，根據(jù)其壓力傳播與邊界之間距離和壓力傳遞時(shí)間，可以分為兩個(gè)階段，即第一階段（壓力傳播到邊界之前）和第二階段（壓力傳播到邊界之后）。圖2 開(kāi)放性邊界定流量生產(chǎn)時(shí)儲(chǔ)層壓力傳播特征112 定壓排采時(shí)，煤儲(chǔ)層壓力傳播規(guī)律 在第一階段中，此類(lèi)條件下的壓力傳播與定流量生產(chǎn)時(shí)的一樣，僅在壓降漏斗以?xún)?nèi)，在壓差產(chǎn)生的壓力勢(shì)能作用下流動(dòng)，漏斗以

6、外的區(qū)域則無(wú)流動(dòng)或較少流動(dòng)存在。其特點(diǎn)是滲流阻力會(huì)隨著壓降漏斗的不斷擴(kuò)大也不斷加大（圖3），使得流向井筒的地下水逐漸減少，由于井底壓力保持恒定的限制，相應(yīng)地井的產(chǎn)水量逐漸下降。壓降的第二階段，邊界外的地下水開(kāi)始向地層內(nèi)不斷補(bǔ)充，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間后，從邊界外部流入的水量等于井內(nèi)排出的水量，此后滲流過(guò)程趨于穩(wěn)定，壓力分布曲線(xiàn)趨于穩(wěn)定。圖3 開(kāi)放性邊界定降深排采儲(chǔ)層壓力傳播規(guī)律112.2 封閉性邊界儲(chǔ)層壓力傳播規(guī)律此類(lèi)邊界煤儲(chǔ)層頂板和底板都為隔水層，且邊界為隔水邊界，例如逆斷層、推覆斷層等，煤儲(chǔ)層得不到地下水的補(bǔ)給。1 定流量生產(chǎn)時(shí)，煤儲(chǔ)層壓力傳播規(guī)律 壓力傳播的第一階段與開(kāi)放性邊界定產(chǎn)量生產(chǎn)的第一階

7、段幾乎是一樣的。區(qū)別在于壓力傳播的第二階段，由于封閉的邊界無(wú)地下水供給源，故壓力傳播到邊界點(diǎn)B點(diǎn)后，該點(diǎn)的壓力就會(huì)不斷下降（圖4），致使該點(diǎn)的壓降幅度逐漸接近于井壁及底層內(nèi)各點(diǎn)的壓降幅度。當(dāng)井的產(chǎn)量不變，滲透阻力不變時(shí)，則煤儲(chǔ)層內(nèi)的壓力勢(shì)能也相對(duì)穩(wěn)定下來(lái)，壓降幅度也趨于穩(wěn)定。當(dāng)儲(chǔ)層壓力達(dá)到枯竭壓力時(shí)，煤層氣排采就趨于停止。2 定壓排采時(shí)，煤儲(chǔ)層壓力傳播規(guī)律 該類(lèi)情況與定流量排采時(shí)一致，直到第二階段，邊界B處的壓力逐漸下降，不同于定流量排采的是，由于井底壓力保持不變的限制，隨著壓降漏斗范圍的不斷擴(kuò)大，滲流阻力也不斷增大，同時(shí)井的產(chǎn)水量也不斷下降直到趨于0 為止，如圖5所示。圖4 封閉性邊界定流量

8、生產(chǎn)時(shí)儲(chǔ)層壓力傳播規(guī)律11圖5 封閉性邊界定壓排采時(shí)儲(chǔ)層壓力傳播規(guī)律113.壓降漏斗形成機(jī)理3.1 單井排采局限性田永東12通過(guò)對(duì)煤層氣單井產(chǎn)氣機(jī)理研究，總結(jié)分析得出，單個(gè)煤層氣排采時(shí)，所形成的的壓降漏斗的影響范圍有限，且向四周方向延伸的速度減緩，最終趨于穩(wěn)定。其壓降漏斗曲線(xiàn)如圖6所示，近井筒附近的曲線(xiàn)斜率較大，而隨著延伸端斜率迅速減小。反應(yīng)出井筒附近的煤儲(chǔ)層中壓降的幅度較大，井筒四周的壓降較小。圖6 壓力降落漏斗與等溫吸附曲線(xiàn)對(duì)照?qǐng)D對(duì)照等溫吸附曲線(xiàn)可知，排采初期煤層的壓降所引起的甲烷解吸量遠(yuǎn)小于后期相同壓降所引起的甲烷解吸量。因此，單井排采的局限性總結(jié)為兩點(diǎn)：一是只在井筒附近才形成較大的壓降

9、；二是壓降漏斗半徑有限，距離普遍較小。3.2 井間干擾形成機(jī)制分析當(dāng)共同排采兩口相距較近的煤層氣井時(shí)。隨著抽水的進(jìn)行，各個(gè)煤層氣井的降落漏斗不斷延伸，最終將交匯在一起，形成煤層氣井井間干擾。此時(shí)，由于降落漏斗的邊緣沒(méi)有更多的補(bǔ)給區(qū)域，降落漏斗將不再向遠(yuǎn)處延伸，而是向深處擴(kuò)展，使該處的煤層壓力快速下降，甲烷大量釋放，產(chǎn)氣量大大增加。煤層氣井群是指一定范圍內(nèi)的兩口或兩口以上抽水生產(chǎn)的煤層氣井。井間干擾的實(shí)質(zhì)就是，當(dāng)井群中的井間距小于各井壓降漏斗的影響半徑是，彼此之間的氣水流量及壓力降深都要發(fā)生相互的干擾，即煤層氣井井間干擾13-15。井群的壓降曲線(xiàn)與單井壓降曲線(xiàn)對(duì)比，如圖8所示。由于壓降和流量之間

10、的相互干擾，對(duì)煤層氣井的排采具有較好的促進(jìn)作用16：1 日產(chǎn)氣量：井間的壓降漏斗相互疊加，使得其壓降幅度也成倍增加，因此井群相對(duì)于單井來(lái)說(shuō)，單位時(shí)間內(nèi)的壓降幅度大，煤層氣的解吸量大，即表現(xiàn)為單位時(shí)間內(nèi)煤層氣的產(chǎn)氣量多；2 總產(chǎn)氣量：當(dāng)井間的壓降漏斗相接時(shí)，相當(dāng)于分別遇到了隔水邊界，隨著抽水的進(jìn)行，水平方向上的壓降漏斗不再發(fā)生變化，而是繼續(xù)在垂直方向上加深（圖7），提高了井間的壓降幅度，甲烷氣體大量解吸出來(lái)，使得煤層氣井的總產(chǎn)氣量得到提高。圖7 單井和多井排采的壓降曲線(xiàn)對(duì)比4.結(jié)論1 煤層氣主要以吸附形態(tài)賦存于煤層中，其產(chǎn)出流程為排水-降壓-解吸-擴(kuò)散-滲流。通過(guò)排水降壓使得井筒與儲(chǔ)層形成壓力差

11、，從而驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)層流體運(yùn)移，當(dāng)儲(chǔ)層壓力降到臨界解吸壓力時(shí)，煤層氣就會(huì)解吸出來(lái)，隨著排采的進(jìn)行，會(huì)以井筒為中心形成一個(gè)壓降漏斗，沿四周方向壓力逐漸降低；2 對(duì)于開(kāi)放性?xún)?chǔ)層邊界，隨著排采的進(jìn)行，壓降漏斗向四周擴(kuò)散，直至傳播到邊界時(shí)，其壓力近似不變，壓降漏斗形狀變化越來(lái)越小，當(dāng)邊界外補(bǔ)充的水量與井筒水量相同時(shí)，壓降漏斗趨于穩(wěn)定；對(duì)于封閉性邊界，壓降漏斗傳播到邊界時(shí)，會(huì)在縱向上發(fā)展，邊界處壓力不斷降低，當(dāng)降到枯竭壓力時(shí)，排采也就停止；3 煤層氣井群開(kāi)發(fā)時(shí)，井間的壓降漏斗會(huì)相互疊加，儲(chǔ)層壓力在縱向上快速降低，解吸區(qū)域面積增大，形成井間干擾，產(chǎn)能得以提高。參考文獻(xiàn)1 傅雪海，秦勇，韋重韜. 煤層氣地質(zhì)學(xué)M.

12、徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社, 2007: 10-13.2 倪小明，蘇現(xiàn)波，張小東. 煤層氣開(kāi)發(fā)地質(zhì)學(xué)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2009: 88-90.3 劉貽軍，婁建青. 中國(guó)煤層氣儲(chǔ)層特征及開(kāi)發(fā)技術(shù)探討J. 天然氣工業(yè), 2004, 24(1: 68-71. 4 劉會(huì)虎. 沁南地區(qū)煤層氣排采井間干擾的地球化學(xué)約束機(jī)理D. , 2011: 3-6. 17.2投標(biāo)人應(yīng)按第14.1條的規(guī)定將修改后的投標(biāo)文件密封送達(dá)發(fā)包方，同時(shí)應(yīng)在封套上標(biāo)明“修改投標(biāo)文件”字樣。17.3投標(biāo)人應(yīng)在投標(biāo)截止時(shí)間前以書(shū)面或傳真形式通知發(fā)包方其作出的撤回投標(biāo)要求。如投標(biāo)人采取傳真形式撤回投標(biāo)，投標(biāo)人必須隨后補(bǔ)充 法人代

13、表或法人授權(quán)委托人簽署的要求撤回投標(biāo)的正式文件。撤回投標(biāo)的時(shí)間以送達(dá)J. 煤田地質(zhì)與勘探, 2009, 37(4: 26-29.17.4投標(biāo)人不得在投標(biāo)截止時(shí)間后撤回已遞交的投標(biāo)文件。五、評(píng)標(biāo)18、 投標(biāo)文件審查6 王興隆，趙益忠，吳桐. 沁南高階煤煤層氣井排采機(jī)理與生產(chǎn)特征J. 投標(biāo)文件的內(nèi)容是否完整、文件簽署是否齊全、內(nèi)容是否符合招標(biāo)文件要求、價(jià)格構(gòu)成是否存在計(jì)算錯(cuò)誤。18.2審查中發(fā)現(xiàn)的價(jià)格計(jì)算錯(cuò)誤按下述原則進(jìn)行修正：（1）如果單價(jià)乘數(shù)量不等于總價(jià)，應(yīng)以單價(jià)為準(zhǔn)修正總價(jià)，除非發(fā)包方認(rèn)為單價(jià)有明顯的小數(shù)點(diǎn)錯(cuò)誤，則以標(biāo)出的合價(jià)為準(zhǔn)，并修改單價(jià)。7 Mallikarjun Pillalamar

14、ry, Satya Harpalani, Shimin Liu. Gas diffusion behavior of coal and its impact on production from coalbed methane reservoirsJ. International Journal of Coal Geology, 2011, 86: 342-348.）如果以文字表示的投標(biāo)總價(jià)與數(shù)字表示的投標(biāo)總價(jià)有差別，應(yīng)以文字表示的為準(zhǔn)。（3）按上述修正錯(cuò)誤的原則及方法調(diào)整或修正后的投標(biāo)總價(jià)及投標(biāo)單價(jià)，獲投標(biāo)人同意后對(duì)投標(biāo)人起約束作用。如果投標(biāo)人不同意以上修正，則其投標(biāo)8 傅雪海，秦勇，韋重韜

15、，等. QNDN1井煤層氣排采的流體效應(yīng)分析J. 18.3 發(fā)包方有權(quán)拒絕與招標(biāo)文件條款規(guī)定存在重大偏離的任何投標(biāo)文件，重大偏離系指投標(biāo)人的服務(wù)范圍及工作內(nèi)容、專(zhuān)業(yè)技術(shù)力量明顯不能滿(mǎn)足招標(biāo)文件的要求。19、 投標(biāo)文件的澄清19.1發(fā)包方有權(quán)就投標(biāo)文件中存在的含混9 宋革，傅雪海，葛燕燕，等. 壓力控制下高煤階儲(chǔ)層煤層氣井排采的流體效應(yīng)，包括提交相關(guān)的澄清回復(fù)，該回復(fù)應(yīng)有投標(biāo)人的法定代表人或授權(quán)委托人的簽章，并將作為投標(biāo)文件的組成部分。19.2如果投標(biāo)人未在發(fā)包方要求的的時(shí)間內(nèi)給予書(shū)面答復(fù)，發(fā)包方將仍按原投標(biāo)文件的內(nèi)容進(jìn)行評(píng)標(biāo)，或?qū)⑻峤坏耐稑?biāo)文件10 19.3投標(biāo)人對(duì)投標(biāo)文件的澄清不得改變已遞交

16、投標(biāo)文件的投標(biāo)價(jià)格及實(shí)質(zhì)內(nèi)容。20、 評(píng)標(biāo)與廢標(biāo)20.1發(fā)包方根據(jù)本項(xiàng)目的特點(diǎn)和履行要求，對(duì)實(shí)質(zhì)性響應(yīng)招標(biāo)文件要求的有效投標(biāo)文件進(jìn)行綜合評(píng)估和比較。20.2杜嚴(yán)飛，吳財(cái)芳，鄒明俊，等. 煤層氣排采過(guò)程中煤儲(chǔ)層壓力傳播規(guī)律研究J. 煤炭工程, 2011, 7: 87-89.（1） 投標(biāo)價(jià)格的合理性；（2） 咨詢(xún)服務(wù)大綱、服務(wù)保障的合理性；（3） 保證招標(biāo)文件、合同文件編制的時(shí)間要求；（4） 擬負(fù)責(zé)本項(xiàng)目顧問(wèn)服務(wù)的主要項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、技術(shù)負(fù)責(zé)人的專(zhuān)業(yè)水平；（5） 公司信譽(yù)好，與發(fā)包方是否會(huì)形成良好的合作；（6） 公司已完成同類(lèi)項(xiàng)目的顧問(wèn)服務(wù)業(yè)績(jī)。20.3 發(fā)包方會(huì)在評(píng)標(biāo)期間要求投標(biāo)人的擬派項(xiàng)目負(fù)責(zé)人闡述對(duì)本項(xiàng)目的服務(wù)大綱及服務(wù)保