柿莊南煤層氣田管理模式及應用實踐

張亞飛 王建中 周來誠 劉 杰

(1.中聯煤層氣有限責任公司晉城分公司，山西 048000；2.中聯煤層氣有限責任公司，北京 100011)

柿莊南煤層氣田管理模式及應用實踐

張亞飛1王建中2周來誠1劉 杰1

(1.中聯煤層氣有限責任公司晉城分公司，山西 048000；2.中聯煤層氣有限責任公司，北京 100011)

本文通過分析煤層氣的產出特點及產出過程排采控制要求，歸納總結了柿莊南氣田的工程管理模式和生產管理模式，認為以集氣閥組為單元的“邊建設邊投產”模式及“單井-閥組-集氣站”集輸模式具有較好的應用效果；氣田的數字化水平無法滿足煤層氣井精細高效管理要求，嚴重制約煤層氣井單井產量。因此，提高柿莊南氣田數字化管理水平顯得尤為重要。同時，在煤層氣田開發初期，優化完善煤層氣井的動力模式、生產工藝和數字化設施，堅持“地上地下一體化優化設計”。

煤層氣田 工程建設 排采控制 管理模式

1 開發生產現狀

柿莊南氣田位于沁水盆地南部，隸屬山西省晉城市，位于晉城市西北80km處，屬于山地丘陵地帶，溝谷切割，基巖出露，國家基本農田和天然林地廣泛分布，河流湍急，地形條件異常復雜，海拔為450～1300m，相對高差大。

該氣田區塊面積388.299km2，其中合作區面積328.299km2，已提交探明儲量534×108m3，完成鉆井1386口，建設集氣站3座，建成產能7.2×108m3，鋪設采氣管線1000余km，集氣管線及外輸管線200多km，新建集氣閥組100座，2010～2016年，已實現累計抽采量3.7×108m3。目前，該氣田中南部已進入正常生產階段，北部正在完善地面工程配套建設。

2 氣田開發特點

2.1 地質儲層特征

柿莊南煤儲層壓力系數0.6左右，基質滲透率0.1mD以下，具有低壓低滲特點；整體構造簡單，斷層發育少，3號煤層埋深適中(平均750m)，煤層較厚(平均5.95m)，含氣量高(平均13.5m3/t)，臨界解吸壓力高(平均1.36MPa)，壓裂后試井滲透率平均1.82mD，通過產能預測結果可以看出該區塊具有較好的煤層氣開發潛力(表1)。

表1 產能預測產量分布表

2.2 煤層氣產出特點

由于煤層氣是以吸附態賦存于煤巖表面，要想使煤層氣產出，首先要克服范德華力變為游離態，而主要手段就是通過排出煤巖周圍的地層水，降低儲層壓力，進而降低煤巖表面的壓力，使煤層氣從煤層表面解吸，并通過微孔隙擴散，進入裂隙滲流通道，從井筒產出。

通過分析柿莊南煤層氣井生產資料及煤層氣產出過程儲層流體地下流動狀態，可以將煤層氣產出過程分為產水、產氣上升、產氣穩定及產氣衰減四個階段，并且各生產階段的受控因素不同(圖1)，目前柿莊南氣田60%的煤層氣井處于產氣上升階段。

圖1 煤層氣井生產階段劃分

在實際開發建設過程中，通過考慮煤層氣產出的階段特點及產出能力，確定合適的開發工藝及合理的生產管理制度，實現煤層氣資源的低成本高效開發。

2.3 煤層氣產出過程控制

引導煤儲層產能釋放的過程需要精細化控制兩個重要條件，一個是控制排采強度，一個是維持排采連續性。

煤儲層特殊的孔隙結構特性決定了其對外界條件的變化非常敏感，排采過程中容易受到損害，當煤儲層有效應力急劇變化時氣相滲透率會大幅降低(90%以上)，且不可逆程度高于50%(圖2)，儲層損害可致煤層氣井的實際產能減少30%以上。因此，必須精細化控制煤層氣排采過程，保證儲層壓力穩定、緩慢、連續下降。

圖2 煤巖應力敏感曲線

W1井采用數字化監控，井下安裝壓力計，遠程監控設備和氣水流量計，且有操作人員24小時不間斷記錄數據并隨時調控，在排水階段動液面線性下降，實現了精細化排采，避免了對儲層造成損害，穩產氣量達9600m3/d(圖3)。

W2井未采用數字化監控，初始產氣階段動液面波動明顯，由于排采監控不及時，造成煤粉頻出，多次出現卡泵停機，排采連續性差，產氣量下降嚴重(圖4)。由于技術、成本及現場工作環境等因素，柿莊南氣田24%的生產井停機頻繁，造成壓裂裂縫閉合嚴重，單井產量低。

3 氣田管理模式

煤層氣排采應遵循連續緩慢穩定的原則，這對煤層氣開發工藝及排采控制方面提出了很高的要求。緩慢降液導致煤層氣井達產高產的時間長，投資回收周期長(柿莊南氣田平均見氣時間123天，達到高產需要3～4年)，連續排采對動力設備、 采氣工藝的可靠性和穩定性提出很高要求，造成投資成本增加。煤層氣的特殊的產出規律決定了其在開發模式、建設周期和生產工藝等方面與常規天然氣田有明顯區別。

圖3 W1井排采曲線

圖4 W2井排采曲線

3.1 工程管理模式

柿莊南氣田的工程建設主要包括新建井場、平整井場、新建集氣站及鋪設采集氣管線和動力電纜。項目包含的子工程很多，且特點不同，參建單位眾多，協調管理難度大。同時，氣田地處太行山西麓，山巒重疊，地形地貌復雜，需進行高填方施工和強夯地基處理，工程土石方量巨大，此外，工程還具有設備運輸難度大、工程投產難度大等特點。

針對柿莊南氣田工程建設中面臨的困難，采取以閥組為生產單元的投產模式，邊建設邊投產，并根據生產實際進行方案優化調整。地面集輸模式為“多點接入、柔性集輸”，采用一級增壓，單井來氣經集氣閥組至集氣站集中增壓。該工程管理模式提高管理效率的同時完成盡早供氣，提前實現經濟效益，大大縮短氣田達產周期及投資回收年限。從2009～2013年，柿莊南氣田完鉆煤層氣井1386口，投產井數從2010年逐年穩步增加，截至2016年，已實現累計外銷氣量1.2×108m3。

在集氣站建設過程中，由于產能調整，導致原設計集氣站規模偏大，無法達到預期效果，因此將原方案進行優化調整，方案調整前后參數對比見表2。

表2 集氣站調整前后方案

3.2 生產管理模式

合理的生產管理模式是根據煤儲層地質特征，找出滿足生產需要時煤層氣井產氣量及煤儲層壓力之間的控制原則，歸根結底是通過對煤層氣井生產過程中動液面及套管壓力控制，實現對產氣量的控制。

柿莊南氣田根據排采井分布區域及現場所處地形、地貌特征，實行劃片分區管理，各區生產管理人員及時分析巡井人員每天采集的生產數據，并根據分析結果和生產需要下達生產制度調整任務書，包括調整沖程、沖次、防沖距、碰泵，更換油嘴，開關生產閥門等，巡井人員按下達的生產制度調整任務書要求進行生產制度調整。

(1)動液面控制

煤層氣井排采初期，動液面的下降速度不能過大，防止井底流壓降低過快，造成煤儲層應力敏感及煤粉產出。

煤層氣井產氣出現套壓后，主要基于兩個思路控制動液面，一是低套壓生產：通過分析現場采集的生產數據，控制動液面的下降速度，將套壓維持在相對較穩定的低值處，實現對產氣量的控制；二是高套壓生產：煤層氣井產氣后仍舊關閉生產閥門持續建立套壓，將套壓保持在1MPa甚至更高的水平，套壓的升高會使動液面較快降至目標深度，然后通過調節油嘴大小逐級開啟生產閥門，實現對產氣量的控制。

(2)套壓控制

套壓的控制和動液面的控制相對應，排采初期，油管出口進分離器，關套管閘門。當煤儲層開始解吸產氣后，打開生產閥門，就是低套壓生產模式；當煤儲層開始解吸產氣后，仍關閉生產閥門，待動液面下降到目標值時再通過調節油嘴大小逐級開啟生產閥門，不同級別油嘴在控制氣產量的同時調節套壓和動液面。目前，柿莊南主要采用高套壓模式進行生產調控，有效防止出砂、煤粉微粒運移造成的煤層堵塞及卡泵。

W3井2016年3月投產見氣后關閉生產閥門憋壓，待套壓和動液面穩定后逐級放壓提產，目前產氣量達到1250m3/d(圖5)。

圖5 W3井排采曲線

通過完善數據采集、排采控制、排采操作規程、井場巡檢、修井作業規程、設備維保規程各類管理制度，加強生產數據分析，優化工作制度，明確了生產管理職責，提高了煤層氣井的產氣能力。

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(責任編輯 桑逢云)

Management Mode and Application of Coalbed Methane Gas Field In Shizhuang South

ZHANG Yafei1, WANG Jianzhong2, ZHOU Laicheng1, LIU Jie1

(1.Jincheng Branch of China United Coalbed Methane Co., Ltd, Shanxi 048000; 2. China United Coalbed Methane Co., Ltd., Beijing 100011)

Based on analyzing the output characteristics and drainage control requirements during output process of coalbed methane, the paper summarizes the management mode of engineering and production in Shizhuang South gas field. Research shows the mode of simultaneous construction and production which sets valve group as units and gathering-transportation of “single well-valve group-gathering stations” have good application effect. The digital level of gas field cannot meet the requirements of fine and high efficiency management of coalbed methane wells, which seriously restricts the production of single well. Therefore, to raise the digital management level of Shizhuang South gas filed is particularly important. At the same time, at the beginning of gas field development, it needs to optimize the dynamic model, production technology and digital facilities of coalbed methane wells, and adhere to “integration of ground and underground during optimization design”, which have important significance of economic and efficient development coalbed methane in the future.

Coalbed methane gas field; engineering construction; drainage control; management mode

張亞飛，男，碩士，工程師，從事煤層氣開發生產工作。