影响煤层气多分支水平井产能的主控因素

2025-03-29 03:19:00

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回答（1）：

多分支水平井能够大幅度提高煤层气单井产量，但其影响因素也较多，要分析具体的影响因素还要从分支水平井的产量函数入手。煤层水平方向的渗透率存在着各向异性，对煤层气井的产能有较大影响。煤层气分支井产量模型也属于多目标函数，其与煤层地质条件及分支井眼几何结构密切相关。根据煤层的物理特性，煤层气多分支水平井产能主要受以下与工程有关的因素控制。

1.煤层厚度

煤层厚度对煤层气井的产量影响较大。煤层厚度增加，煤层气产量会有所增加，但薄煤层的气产量提高的幅度更大。

2.分支水平井的井筒长度

根据产能模拟结果，分支水平井产量随井筒长度增加而增加。从图8－15可见，当水平段长度较短时，产量增加幅度较大；当分支水平段长度增长到一定程度，产量增加幅度并没有明显的变化，即并不是分支水平井长度越长越好，具体的合理长度需要优化。

图8－15 供给半径R_eh＝400m时分支井产量与分支段长关系曲线

3.水平分支数

水平井筒长度一定时，增加水平井井筒数，可以提高产量。但从图8－16可见，当水平分支数较少时，产量随分支数增加其产量大幅度增加；当井筒数增加到一定程度，产量的增加幅度逐渐减小。另外，随着分支数的大幅度增加，钻井成本必然大幅度增加。由此可见，并不是井筒数越多越好，井筒数也存在一个经济合理值。

4.煤层的非均质性

煤层的非均质性因素包括煤层渗透率、深度、厚度、含气量及饱和度的区域性差异。煤层的各向异性对煤层气井的产能有一定影响，并且，当井筒数减少时，煤层非均质性的影响会更大。另外，煤层中的泥岩夹层和断层是钻多分支水平井的最大障碍。

图8－16 供给半径R_eh＝400m时分支井产量与分支数关系曲线

5.水平段位置

水平段在煤层中的位置对水平井产能有一定的影响，并且井筒数较少时，水平段位置对产能影响会更大。

6.分支水平井眼的方向

根据水平井渗流机理，各向异性气藏中，水平井筒与最大渗透率方向的夹角越大，水平井产能指数越大，所以水平井眼应垂直于综合渗透率方向（K），见图8－17。综合渗透率是指最大与最小水平渗透率的矢量叠加。如K_H为最大水平渗透率；K_h为最小水平渗透率；K为最大和最小水平渗透率的矢量和；W为分支水平井眼长度；α为综合渗透率与最大渗透率方向的夹角；β为分支水平井眼与最大水平渗透率方向夹角。

图8－17 非均质煤层水平井眼走向图

经过计算分析，采用综合渗透率模拟的产能比采用最大水平渗透率模拟产能高出11.8％，从而证实，采用综合渗透率是合理的。

7.面割理方向对产能的影响

裂缝方向对水平油井产能的影响主要取决于裂缝与水平井方向。对于面割理和端割理不明显的煤层，水平段的走向对水平井的开采效果和产能影响不大，但对于面割理渗透率远高于端割理的煤层来说，沿着高渗方向钻水平井是非常不利的，其结果导致水平井对面割理的钻遇率降低和井眼波及面积小，既不利于水平井产能的发挥，也降低了采收率。相反，沿低渗方向钻水平井，有利于水平井最大限度地贯穿面割理，沟通更多的渗透率较高的面割理（图8－18），这就大大提高了水平井的波及程度和采收率。因此，单一水平井眼应垂直于面割理方向。

图8－18 水平井沿不同渗透率方向钻井的波及面积对比

多分支水平井技术特别适合于开采低渗透储层的煤层气，与采用射孔完井和水力压裂增产的常规直井相比，具有不可替代的优越性。

多分支水平井技术的优点主要有：

1）增加有效供给范围水平钻进400～600m是比较容易的，然而要压裂这么长的裂缝几乎是不可能的，而且，造就一条较长的支撑裂缝要求使用大型的压裂设备。多分支水平井在煤层中呈网状分布，将煤层分割成很多连续的狭长条带（图8－19），从而大大增加煤层气的供给范围。

图8－19 不同类型井煤层气的供给范围比较（据鲜保安等，2005）（a）直井供给范围（r：井眼半径，R：供给半径）；（b）单一水平井供给范围；（c）多分支水平井供给范围

2）提高了导流能力压裂的裂缝无论长度多长，流动的阻力都是相当大的，而水平井内流体的流动阻力相对于割理系统要小得多。分支井眼与煤层割理的相互交错，煤层割理与裂隙更畅通，就提高了裂隙的导流能力。

3）减少了对煤层的损害，常规直井钻井完钻后要固井，完井后还要进行水力压裂改造，每个环节都会对煤层造成不同程度的损害，而且煤层损害很难恢复。采用多分支水平井钻井完井方法，就避免了固井和水力压裂作业，这样只要在钻井时设法降低钻井液对煤层的损害，就能满足工程要求。

4）单井产量高，经济效益好采用多分支水平井开发煤层气，单井成本比直井高，但在一个相对较大的区块开发，可大大减少钻井数量，降低钻井工程、采气工程及地面集输与处理费用，从而降低综合成本。而且产量是常规直井的2～10倍，采出程度比常规直井平均高出近2倍，既提高了经济效益，最为重要的是更充分地开发了煤层气资源。

5）具有广阔的应用前景多分支水平井不仅可用于开发煤层气资源，还能应用于开发稠油或低渗透油藏、地下水资源，另外，还可以用于地下储油、储气工程。

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