煤层气藏井网部署.doc

1 煤层气藏
煤层气主要吸附在煤的内表面，只有将煤割理与裂隙中的水排出，使压力降低到解吸压力以下，甲烷才能解吸出来；另外由于煤层为低渗透和低饱和储层，因此大多数未经改造措施的单井日产量都较低。
2 煤层气藏开采井型
2.1 常规垂直井
利用直井开采时，在开采初期，离井较近区域压力很快下降，气饱和度上升较快，而离井较远区域则由于压降较小使基质中的气体没有得到充分解吸，气饱和度上升较慢；随着采出程度的深入，压降漏斗逐渐扩大，但这时近井区的压降变化趋于缓慢，又由于离采出端较近，加之扩散作用的影响，使得该区域气饱和度有所下降，而地层中远离直井的区域压降较大，气饱和度逐渐由零开始上升，最终整个区域含气饱和度波浪式上升。
这种开采方式中，地层压力总是以压降漏斗的方式分布，地层得不到有效降压，基质中的气体就不能充分解吸，煤层的开采潜力也就不能充分调动，导致开采效率低下。
2.2 多分支水平井
多分支井具有水平井的常规优势，它是从一个主井眼中钻成两个或多个分支井眼，从而钻遇多个不同空间位置的产层，增大天然裂缝钻穿几率和有效面积，提高单井产量。

图1 井的结构配置

2.3 羽状水平井
羽状分支水平井是指在一个主水平井眼两侧再侧钻出多个分支井眼作为泄气通道，分支井筒能够穿越更多的煤层割理裂缝系统，最大限度地沟通裂缝通道，增加泄气面积和气流的渗透率，使更多的甲烷气进入主流道，提高单井产气量。
羽状水平井的特点：
1、井的总长度相同，不同方式的主支、分支排列会得到不同的开采效果，一般说来，在同样区域范围内，呈对称、发散状均匀分布的多个主支比单一主支开采的效果要好。
2、当主支和分支排列方式相同时，考虑分支间距的影响，若从哪种井网井距方案能获得最高平均日产量或总产量来衡量，可得到与直井井网开采方式相类似的结果:存在最佳的分支间距。
3、对纵向非均质韵律性地层，羽状水平井垂向上的位置会影响开采的效果。对正韵律地层井的垂向位置在整个煤层的下部效果更好，对反韵律地层井的垂向位置在上部效果更好。
羽状水平井开采煤层气技术，包括一个直井打两口交叉井，主生产井是钻的直井，在地下它连接一个水平井，在水平井上开侧窗钻分支井(见图2)。分支井在生产前将其堵塞，生产时煤层气从分支井排采出来进入直井段到达地面。

图2 煤层气定向羽状水平井示意图
煤层气羽状分支水平井也不是在任何地质条件下都能够起到比较好的效果。它一般在煤层比较厚而且煤层分布连续的储层中能起到比较好的效果特别是在低渗透储层中。但是在排水孔隙特别发育的煤层中或煤层零星分布在砂岩或石灰岩的储层中的开发效果并不太好。例如在德尔塔县采用羽状分支水平钻井开发煤层气就没有达到预期的效果导致失败的原因就是该地区的煤层混杂了砂岩。另外尽管当前钻定向羽状水平井是一项极具潜力的天然裂缝煤层气藏的完井技术，但是在钻井时最佳水平井眼方向的确定却往往比较困难，因为由实践证明它在最大渗透性方向垂直的水平井眼的开发最有效。最大渗透率方向通常与天然裂缝方向一致或与劈理方向一致。所以在最大渗透率方向容易确定的情况下，可采用钻水平井有效地开发煤层气。但若最大渗透率方向不好确定，如在圣胡安盆地的一些地区，最大渗透率方向与劈理方向关系不大，这种情况下水平井就不—定比相当长度的水力压裂裂缝更有效。如在该盆地的几口水平井，其结果并不比进行压裂增产处理的井好。
3 煤层气藏井网部署原则
煤层气井网的部署与常规天然气井网有许多共性，但由于两者赋存机制的差异，又有不少差别。煤层气井网的部署以提高煤层气动用储量、采收率、采气速度、稳产年限和经济效益为目标。
煤层气开发的井网部署考虑三个方面的因素：地质因素、经济效益和开发要素。
3.1 地质因素
针对不同煤层地质条件，有不同的井网部署特点，主要考虑的煤储层因素是裂缝发育特征和方向、渗透率、煤层气含量、煤层气资源封堵等。构造走向和裂缝发育方位决定井网方位；资源丰度和渗透率条件决定不同的井网密度，应寻找煤层气含量高的地区来进行井网部署。
3.2 开发因素
1、分布实施、均衡开采
在平面上，井网部署应有计划地按阶段分步实施，滚动开发，实现气藏的均衡开采，与常规天然气开发中尽量避免井间干扰效应产生的原则不同，煤层气开发井网则要求尽快实现井间压力干扰效应，才能充分动用储量，提高采收率。
2、开发层系有效组合
各层系应做到整体规划，立体开发。层系划分和井网部署上既要考虑每套层系各自开发的要求，又要综合考虑层系接替和一井多层开采的方式。
3、合理采气速度
煤层气开发设计一般要求在15年左右采出可采储量的50~60%，初期采气速度应达到3~4%以上，井网密度必须满足这一要求。
3.3 经济因素
要求单井控制储量不能低于单井经济极限控制储量。井网密度应小于经济极限井网密度，在最优井网密度与经济极限井网密度之间选择合理值。
4 煤层气藏井网
煤层气生产井井网的布置因煤层的不均质性、地质条件、水文条件复杂等因素而存在一定难度。井网布置取决于诸多因素，包括煤层渗透率、煤层压力、煤层破裂压力、煤层闭合压力、煤层压力梯度、水动力条件等。
井网部署的合理性关系到单井产量的大小，而且直接影响煤层气开发项目的成败。
4.1 矩形井网
要求沿主渗透和垂直于主渗透两个方向垂直布井，且相邻的四口井呈一矩形。矩形井网规整性好，布置方便，多适用于煤层渗透性在不同方向差别不大的地区；矩形井网布井的主要缺陷表现在相邻4口井的中心位置，压力降低的速度慢、幅度小，导致排水采气的效率低，可能造成部分区域的煤层气资源无法采出。正方形井网属于矩形井网的一种特殊形式。
4.2 菱形井网
要求沿主渗透方向和垂直于主渗透两个方向垂直布井，在四口井中心的位置，加密一口煤层气开发井，使相邻的四口井呈一菱形，主要是针对矩形井网的一种补充或者完善形式。该布井形式的最大优点是在煤层气开发排水降压时，在井与井之间的压力降低比较均匀，可以达到开发区域同时降压的目的。
4.3 井网方位
确定井网方位要根据压裂裂缝方位和主导天然裂隙方位，将矩形井网的长边方向与天然裂隙主导方向平行或与人工压裂裂缝方向平行。煤层中的天然裂隙是影响煤层渗透性的重要因素。
4.4 不同井型的布井图示

图3
图3(a)为常规直井井网的五点井网图，一般中间为注气生产井，四周有4口生产井。5口井同时进行压力衰竭式排水采气生产，一般到生产的某个阶段，中间的井转注CO2气体，4口生产井继续生产。借鉴五点井网法，多分支水平井按图3(b)，(c)布置，中间为四分支水平井，四周分别布置两口两分支水平井，水平井口跟端采用洞穴完井来排水采气；煤层中割理(面割理和端割理)一般相互垂直，井网模式(a)不能保证多分支井较好的沟通割理，所以，一般煤层气生产开发过程中多采用生产井网(图3(b))。初始阶段先进行压力衰竭式排水采气生产， 生产到某个阶段，中间的四分支水平井转注CO2气体，两边的生产井仍继续采气生产。
在煤层气藏地质参数不变的情况下，可利用分支井产量模型研究分支数和分支段长对产能的影响关系，分支数和分支段长是影响产能的敏感性人为因素，也是可以通过工程设计优化加以改变的工程参数，从而尽可能发挥定向羽状水平井的产能潜力。

图4 煤层气定向羽状水平井布井方式

5 我国煤层气井网
我国煤层气开发以直井为主，采用的井网系统可参考第9篇文章内容。还有井网的部署取决于煤层属性，我国煤层有自己的特点，所以并不能完全参考国外的部署方法。可以参考国内外井网之间的对比。
现在使用的煤层气生产井井网布置方法大多是从美国引进的，许多方法和理论基础以美国的经验和原则为依据。布置方法一般采用小井网布置方法，有菱形、矩形、网格状等几种形式。
煤层渗透率低，脱水能力下降，要求井距小。在国内，选择网格状布置形式居多，网格间距有300×250m、350×250m、300×200m等方法。