摘　要：为了研究多煤层发育地区各含气系统排采次序及压力控制下的流体效应，以指导煤层气井排采制度设计，从贵州省织纳煤田选择了1口煤层气参数+试验井，在划分多层叠置含气系统的基础上，分析了各含气系统静止液面压力、储层压力、临界解吸压力特征，设计了各含气系统递进排采次序及排呆压力控制方案；模拟了单含气系统分排、多含气系统合排及多含气系统递进排采各阶段的流体效应。模拟结果表明：①单独排采各含气系统时，产气量低，排呆时间短，成本高；②多含气系统递进排采平均气产能和累计产能高、稳产期时间长，但多含气系统在合层排采时，由于各系统压力不同，系统间存在相互干扰，并非所有含气系统都有产能贡献；③多层叠置独立含煤层气系统可根据各系统内煤储层压力、临界解吸压力和产气压力来设计递进排采次序，先排采临界解吸压力和产气压力高的含气系统，当压力降到另一含气系统的临界解吸压力和产气压力时，再进行两个含气系统合排，依此递进排采所有含煤层气系统。

关键词：中国南方  煤层气  多煤层  递进排采  流体效应  排采压力控制  多层叠置含气系统  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

我国目前煤层气开发活动集中在沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘及东北阜新盆地等少数地区，煤层气开发后备基地严重匮乏^[1]。现开采对象大多为单一煤层(组)，资源量有限，致诞煤层气井开采时间短，一些直井生产不到8a气产量就几乎衰竭了，第一口煤层气多分支水平井——DNP02井，平均产气量近2×10⁴m³／d，也只排采4a就枯竭了。而我国较早的潘庄井组，采用多煤层排采(3、9、l5号煤合层排采)，一些井已排采超过10a，现日产气量仍维持在1000m³左右^[2-5]。我国南方多煤层(或煤层群)地区虽然单煤层厚度不大，但多煤层的发育使得煤层总厚度较大，煤层气资源丰度远远高于全国平均水平^[6-8]。前期对多煤层进行的是合层排采，或仅进行单层排采。由于不同煤层，其储层压力、临界解吸压力不同，合层排采时，不同压力储层会产生相互干扰，分层排采资源、产能有限，对煤层群递进排采缺乏系统研究。

1　多层叠置独立含气系统

秦勇等分析了贵州织纳煤田比德  三塘矿区水公河向斜不同煤层的含气性和视储层压力(由煤田抽水实验水头高度换算)在层位上的分布规律，发现上二叠统龙潭组煤层群在垂向上存在3个独立的含气系统，即1～7号煤层、8～21号煤层、22～35号煤层流体压力系统，首次提出了“多层叠置独立含煤层气系统”的学术观点^[9]。杨兆彪进一步研究了比德一三塘矿区单井、连井沉积剖面和岩相占地理，认为层序组合是发育“多层叠置独立含气系统”的关键因素^[10-11]。

多层叠置独立含煤层气系统在三角洲—潮坪—漏湖相含煤地层巾较为普遍，其本质在于层序地层格架构成了煤层群间独立成藏的物性基础，尤其是准层序界而附近阻水阻气低渗透岩层的空间发育起主要控制作用。处于三角洲—潮坪涡湖沉积体系的“煤层群”之间发育了细粒碎屑岩致密岩层，具有高度隔水阻气作用，使垂向上不同岩层(组合)之间水力相互封闭，不同“煤层群”之间气—水交换作用极其微弱，垂向上形成了多个独立含煤层气系统^[11-13]。

处于织纳煤田比德三塘矿区的煤层气l井，其各可采煤层(2、6、7、16、20、23、27号煤层)实测含气量与含气梯度随层位降低均呈波动式变化(表1，图l)。

依据上述多层叠置独立含煤层气系统理论，将2～7号煤层、l6～20号煤层、23～27号煤层分别划分为3套相对独立的含煤层气系统，含气系统的独立分段大致与龙潭组上、中、下3段对应，表明煤层气系统受控于含煤地层层序地层格架。同一套含煤层气系统中，含气量和含气量梯度也存在较大差异，且下部煤层含气量低于上部煤层含气量，表明各煤层含气量受控于同一层序内的沉积环境^[10-11]。

2　单排与合排流体效应

根据地质参数、储层参数、试井参数，采用常规的煤储层数值模拟方法^[14-15]，利用COMET3数值模拟软件对煤层气l井排采流体效应进行了预测。

2．1　单系统排采流体效应

单独排采①号系统，产气量介于306～905m³／d，平均为431m³／d(图2)，15a排采的累计产气量为2.13×10⁶m³(表2)；单独排采②号系统，产气量介于502～2952m³／d，平均为lll7m³／d，15a排采的累计产气量为5.53×10⁶m³；单独排采③号系统，产气量介于413～l486m³／d，平均为721m³／d。15a排采的累计产气量为3.57×10⁶m³。

2．2　多系统合层排采流体效应

①号系统和②号系统合排，最高产气量约为2000m³／d，平均产气量为950m³／d左右，1000m³／d产量可持续2800d左右(图3)，15a累计产量为4.68×10⁶m³；②号系统和③号系统合排，最高产气量也在2000m³／d左右，平均产气量为1100m³／d左右，1500m³／d日产量持续2000d左右，15a累计产量为5.39×10⁶m³；①、②、③这3个系统合排，最高产气量达到4300m³／d，平均产气量为2100m³／d左右，2000m³／d产量可持续3300d左右，l5a累计产量为10.45×10⁶m³。实际排采时由于各系统压力不同，系统间相互干扰，并非所有含气系统都有产能贡献。

3　多系统递进排采压力控制及流体效应

由于各含气系统压力不同，合层排采会产生层间干扰。煤层气l井钻井、固井结束后，由静止液而高度计算得出①、②、③号含气系统的液而压力分别为2.55、3.86、4.22MPa(图4)，分别比各系统的储层压力高0.6、0.91、1.18MPa，若井孔处理不干净的话，对煤储层有一定程度的污染。基于实测含气量、兰格缪尔参数计算①、②、③号含气系统的临界解吸压力分别为1.43、2.36、1.68MPa，产气压力分别为l.72、2.83、2.02MPa(基于山西沁水盆地南部煤层气井排采实践，产气压力约为临界解吸压力的1.2倍^[16-19]。依据煤层气l井各系统内煤储层压力、临界解吸压力和产气压力，对3个含气系统设计了递进开发次序。

第一阶段，对储层压力高的②号系统进行优先压裂排采，单独排采②号系统，排采1132d(约3年零5个月，图5)后，储层压力降低至2.02MPa(③号系统产气压力)；第二阶段，②号与③号系统联合排采，排水降压650d(约2a)，储层压力降低至l.72MPa(①号系统储层的产气压力)，①号系统煤层气开始解吸；第三阶段，同时排采②+③+①这3个系统，继续排水降压3168d(约9年零7个月)，至此，3个系统已累计排采15a，储层压力降至约0.7MPa。

按上述递进排采方案，煤层气1井l5a的产能预测结果表明产气量介于l058～3666m³／d，平均为2267m³／d，15a排采的累计产气量为11.36×10⁶m³(表2)。第一阶段，排采约30 d出现了最大日产气量3424m³；排采l50d之后曲线到达了稳定期，在排采650d时出现稳定期的最大日产气量，为2623m³，之后(图5)，日产气量持续下降，但仍然较高，在②号系统单独排采结束时日产气量约为2218m³。第二阶段，曲线变化与第一阶段相似，由于③号系统的加入，日产气量整体高于第一阶段，此阶段③号系统产气量出现稳定期。第三阶段，①号系统开始降压解吸，出现约1500d的稳定期，之后日产气量缓慢减低至约600m³，此阶段中②号、③号系统日产气量不断下降，总体日产量逐渐降低(图5)。

4　结论

1)多煤层发育地区各层序组之间发育低渗透岩层，往往存在多层叠置独立含煤层气系统。各含气系统单独排采产气量低，排采时间短，成本高；而多含气系统递进排采平均气产能和累计气产能高、稳产期时间长。但多含气系统在合层排采时，由于各系统压力不同，系统间存在相互干扰，并非所有含气系统都有产能贡献。

2)多层叠置独立含煤层气系统可根据各系统内煤储层压力、临界解吸压力和产气压力设计递进排采次序，先排采临界解吸压力和产气压力高的含气系统，当压力降到另一含气系统的临界解吸压力和产气压力时，进行两含气系统合排。依此递进排采所有含煤层气系统。

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本文作者：傅雪海  葛燕燕  梁文庆  李升

作者单位：新疆大学地质与矿业工程学院

  中国矿业大学资源与地球科学学院

  煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室·中国矿业大学