摘　要：為了研究多煤層發育地區各含氣系統排采次序及壓力控制下的流體效應，以指導煤層氣井排采制度設計，從貴州省織納煤田選擇了1口煤層氣參數+試驗井，在劃分多層疊置含氣系統的基礎上，分析了各含氣系統靜止液面壓力、儲層壓力、臨界解吸壓力特征，設計了各含氣系統遞進排采次序及排呆壓力控制方案；模擬了單含氣系統分排、多含氣系統合排及多含氣系統遞進排采各階段的流體效應。模擬結果表明：①單獨排采各含氣系統時，產氣量低，排呆時間短，成本高；②多含氣系統遞進排采平均氣產能和累計產能高、穩產期時間長，但多含氣系統在合層排采時，由于各系統壓力不同，系統間存在相互干擾，并非所有含氣系統都有產能貢獻；③多層疊置獨立含煤層氣系統可根據各系統內煤儲層壓力、臨界解吸壓力和產氣壓力來設計遞進排采次序，先排采臨界解吸壓力和產氣壓力高的含氣系統，當壓力降到另一含氣系統的臨界解吸壓力和產氣壓力時，再進行兩個含氣系統合排，依此遞進排采所有含煤層氣系統。

關鍵詞：中國南方  煤層氣  多煤層  遞進排采  流體效應  排采壓力控制  多層疊置含氣系統  合排

Pressure control and fluid effect of progressive drainage of multiple superposed CBM systems

Abstract：In order to understand the drainage order and pressure-controlled fluid effect of each CBM(coalhed methane)system in the areas with multiple coalbeds，this paper studied a parametric test well in the Zhina coalfield in Guizhou province of China．On the basis of the division of multiple superimposed CBM systems，we analyzed static liquid surface pressure，reservoir pressure and critical desorption pressure,deslgned progressive drainage sequence and pressure control scheme for each CBM system，and modeled fluid effects in each drainage stage for separate drainage of each CBM system，commingled drainage and progressive drainage of muhiple CBM systems．The foilowings simLllation results were obtained．For the separate drainage of each CBM system，gas production is low，drainage period is short and cost is high．In contrast，for the progressive drainage of multiple CBM systems，both the average and accumulative gas production capacity are large and stable production period is long．However，not all the CBM systems contribute to production due to the interference among CBM svstems wilh different pressures,The progressive drainage sequence can be designed according to combed pressure，critical desorption Pressure and production pressure．The CBM system with the highest critical desorption pressure and production pressure will be put into drainage first．Whcn its pressures are lowered to be equal to the Values of another system，the two systems will be put into commingled production．The proccss will continue till all systems are put into production．

Key words：South China，CBM，multiple coalbed system，progressive drainage，fluid effect，drainage pressu re control，supcrimposed CBM system，commingled production

我國目前煤層氣開發活動集中在沁水盆地、鄂爾多斯盆地東緣及東北阜新盆地等少數地區，煤層氣開發后備基地嚴重匱乏^[1]。現開采對象大多為單一煤層(組)，資源量有限，致誕煤層氣井開采時間短，一些直井生產不到8a氣產量就幾乎衰竭了，第一口煤層氣多分支水平井——DNP02井，平均產氣量近2×10⁴m³／d，也只排采4a就枯竭了。而我國較早的潘莊井組，采用多煤層排采(3、9、l5號煤合層排采)，一些井已排采超過10a，現日產氣量仍維持在1000m³左右^[2-5]。我國南方多煤層(或煤層群)地區雖然單煤層厚度不大，但多煤層的發育使得煤層總厚度較大，煤層氣資源豐度遠遠高于全國平均水平^[6-8]。前期對多煤層進行的是合層排采，或僅進行單層排采。由于不同煤層，其儲層壓力、臨界解吸壓力不同，合層排采時，不同壓力儲層會產生相互干擾，分層排采資源、產能有限，對煤層群遞進排采缺乏系統研究。

1　多層疊置獨立含氣系統

秦勇等分析了貴州織納煤田比德  三塘礦區水公河向斜不同煤層的含氣性和視儲層壓力(由煤田抽水實驗水頭高度換算)在層位上的分布規律，發現上二疊統龍潭組煤層群在垂向上存在3個獨立的含氣系統，即1～7號煤層、8～21號煤層、22～35號煤層流體壓力系統，首次提出了“多層疊置獨立含煤層氣系統”的學術觀點^[9]。楊兆彪進一步研究了比德一三塘礦區單井、連井沉積剖面和巖相占地理，認為層序組合是發育“多層疊置獨立含氣系統”的關鍵因素^[10-11]。

多層疊置獨立含煤層氣系統在三角洲—潮坪—漏湖相含煤地層巾較為普遍，其本質在于層序地層格架構成了煤層群間獨立成藏的物性基礎，尤其是準層序界而附近阻水阻氣低滲透巖層的空間發育起主要控制作用。處于三角洲—潮坪渦湖沉積體系的“煤層群”之間發育了細粒碎屑巖致密巖層，具有高度隔水阻氣作用，使垂向上不同巖層(組合)之間水力相互封閉，不同“煤層群”之間氣—水交換作用極其微弱，垂向上形成了多個獨立含煤層氣系統^[11-13]。

處于織納煤田比德三塘礦區的煤層氣l井，其各可采煤層(2、6、7、16、20、23、27號煤層)實測含氣量與含氣梯度隨層位降低均呈波動式變化(表1，圖l)。

依據上述多層疊置獨立含煤層氣系統理論，將2～7號煤層、l6～20號煤層、23～27號煤層分別劃分為3套相對獨立的含煤層氣系統，含氣系統的獨立分段大致與龍潭組上、中、下3段對應，表明煤層氣系統受控于含煤地層層序地層格架。同一套含煤層氣系統中，含氣量和含氣量梯度也存在較大差異，且下部煤層含氣量低于上部煤層含氣量，表明各煤層含氣量受控于同一層序內的沉積環境^[10-11]。

2　單排與合排流體效應

根據地質參數、儲層參數、試井參數，采用常規的煤儲層數值模擬方法^[14-15]，利用COMET3數值模擬軟件對煤層氣l井排采流體效應進行了預測。

2．1　單系統排采流體效應

單獨排采①號系統，產氣量介于306～905m³／d，平均為431m³／d(圖2)，15a排采的累計產氣量為2.13×10⁶m³(表2)；單獨排采②號系統，產氣量介于502～2952m³／d，平均為lll7m³／d，15a排采的累計產氣量為5.53×10⁶m³；單獨排采③號系統，產氣量介于413～l486m³／d，平均為721m³／d。15a排采的累計產氣量為3.57×10⁶m³。

2．2　多系統合層排采流體效應

①號系統和②號系統合排，最高產氣量約為2000m³／d，平均產氣量為950m³／d左右，1000m³／d產量可持續2800d左右(圖3)，15a累計產量為4.68×10⁶m³；②號系統和③號系統合排，最高產氣量也在2000m³／d左右，平均產氣量為1100m³／d左右，1500m³／d日產量持續2000d左右，15a累計產量為5.39×10⁶m³；①、②、③這3個系統合排，最高產氣量達到4300m³／d，平均產氣量為2100m³／d左右，2000m³／d產量可持續3300d左右，l5a累計產量為10.45×10⁶m³。實際排采時由于各系統壓力不同，系統間相互干擾，并非所有含氣系統都有產能貢獻。

3　多系統遞進排采壓力控制及流體效應

由于各含氣系統壓力不同，合層排采會產生層間干擾。煤層氣l井鉆井、固井結束后，由靜止液而高度計算得出①、②、③號含氣系統的液而壓力分別為2.55、3.86、4.22MPa(圖4)，分別比各系統的儲層壓力高0.6、0.91、1.18MPa，若井孔處理不干凈的話，對煤儲層有一定程度的污染?；趯崪y含氣量、蘭格繆爾參數計算①、②、③號含氣系統的臨界解吸壓力分別為1.43、2.36、1.68MPa，產氣壓力分別為l.72、2.83、2.02MPa(基于山西沁水盆地南部煤層氣井排采實踐，產氣壓力約為臨界解吸壓力的1.2倍^[16-19]。依據煤層氣l井各系統內煤儲層壓力、臨界解吸壓力和產氣壓力，對3個含氣系統設計了遞進開發次序。

第一階段，對儲層壓力高的②號系統進行優先壓裂排采，單獨排采②號系統，排采1132d(約3年零5個月，圖5)后，儲層壓力降低至2.02MPa(③號系統產氣壓力)；第二階段，②號與③號系統聯合排采，排水降壓650d(約2a)，儲層壓力降低至l.72MPa(①號系統儲層的產氣壓力)，①號系統煤層氣開始解吸；第三階段，同時排采②+③+①這3個系統，繼續排水降壓3168d(約9年零7個月)，至此，3個系統已累計排采15a，儲層壓力降至約0.7MPa。

按上述遞進排采方案，煤層氣1井l5a的產能預測結果表明產氣量介于l058～3666m³／d，平均為2267m³／d，15a排采的累計產氣量為11.36×10⁶m³(表2)。第一階段，排采約30 d出現了最大日產氣量3424m³；排采l50d之后曲線到達了穩定期，在排采650d時出現穩定期的最大日產氣量，為2623m³，之后(圖5)，日產氣量持續下降，但仍然較高，在②號系統單獨排采結束時日產氣量約為2218m³。第二階段，曲線變化與第一階段相似，由于③號系統的加入，日產氣量整體高于第一階段，此階段③號系統產氣量出現穩定期。第三階段，①號系統開始降壓解吸，出現約1500d的穩定期，之后日產氣量緩慢減低至約600m³，此階段中②號、③號系統日產氣量不斷下降，總體日產量逐漸降低(圖5)。

4　結論

1)多煤層發育地區各層序組之間發育低滲透巖層，往往存在多層疊置獨立含煤層氣系統。各含氣系統單獨排采產氣量低，排采時間短，成本高；而多含氣系統遞進排采平均氣產能和累計氣產能高、穩產期時間長。但多含氣系統在合層排采時，由于各系統壓力不同，系統間存在相互干擾，并非所有含氣系統都有產能貢獻。

2)多層疊置獨立含煤層氣系統可根據各系統內煤儲層壓力、臨界解吸壓力和產氣壓力設計遞進排采次序，先排采臨界解吸壓力和產氣壓力高的含氣系統，當壓力降到另一含氣系統的臨界解吸壓力和產氣壓力時，進行兩含氣系統合排。依此遞進排采所有含煤層氣系統。

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本文作者：傅雪海  葛燕燕  梁文慶  李升

作者單位：新疆大學地質與礦業工程學院

  中國礦業大學資源與地球科學學院

  煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室·中國礦業大學