王宇紅

晉城煤業(yè)集團沁水藍焰煤層氣公司，山西晉城 048204

電脈沖儲層處理技術(shù)在煤層氣中的試驗與應用

王宇紅

晉城煤業(yè)集團沁水藍焰煤層氣公司，山西晉城 048204

煤層氣井在生產(chǎn)過程中受排采強度的影響，在煤層裂隙中會發(fā)生氣鎖和水鎖現(xiàn)象，煤粉等固體顆粒堵塞氣體通道，造成產(chǎn)水產(chǎn)氣量的變化。電脈沖儲層處理技術(shù)通過沖擊波壓力作用于煤儲層及裂隙系統(tǒng)中，可以溝通和擴展裂縫，解除裂縫的堵塞，促進煤層氣的解吸從而提高煤層氣井的產(chǎn)量。

煤層氣；電脈沖；排采強度；儲層處理

煤層具有低滲、低壓、低飽和的特點，對煤層壓裂改造目的就是要擴大和溝通煤層中的裂隙和孔隙，增大流體的滲流面積和降低煤層的儲層壓力，從而提高煤層氣的產(chǎn)能。煤層氣井的生產(chǎn)過程對煤儲層的影響是長期的，由于排采制度的制定和執(zhí)行不當，將導致在煤層裂隙中發(fā)生氣鎖和水鎖現(xiàn)象，煤粉等固體顆粒堵塞裂縫，降低了煤儲層的滲透率，從而降低煤層氣的產(chǎn)能甚至被徹底報廢無法生產(chǎn)。

1 電脈沖技術(shù)原理

電脈沖裝置由地面控制電源柜和井下設備組成，地面電源控制柜通過電纜控制井下設備并提供電源，井下高壓直流電源為高聚能儲能電容器充電；待充電到能量控制器的工作值時，能量控制器瞬間將電容器中儲存的電能快速傳遞給能量轉(zhuǎn)換器；能量轉(zhuǎn)換器在水中以液電效應將電能轉(zhuǎn)換成機械能（沖擊波能量）；沖擊波通過套管孔眼后作用于煤儲層裂隙。電脈沖裝置的技術(shù)參數(shù)：放電電壓30kV；裝置儲能4.5kJ；放電電流50kA；沖擊波峰值壓力＞100MPa；工作頻率3次/min～6次/min。

電脈沖技術(shù)具有如下優(yōu)點：電脈沖技術(shù)是純物理技術(shù)，除水外不需要向井內(nèi)注入任何物質(zhì)，因此不會污染、傷害煤層；電脈沖以沖擊壓力作用于煤層，有別于壓裂改造煤層技術(shù)，對煤層“壓實”作用不明顯；電脈沖產(chǎn)生的沖擊波脈寬在0.5μs以內(nèi)可調(diào)，比射孔彈爆炸的脈沖寬度窄，不會損傷套管和水泥環(huán)；依賴高功率機理，節(jié)約能耗；電脈沖技術(shù)可以對一點進行可控的重復頻率作用；作業(yè)中伴生的電磁輻射對煤層氣解吸有作用。

2 電脈沖作用機理

2.1 促進煤層氣解吸

在高能量沖擊波壓力作用下，煤巖表面的微觀凸起被削平表面分子可能重新排列，煤巖的表面積相對減小吸附能力降低。沖擊波過后，在相同的壓力梯度和壓降速度下，臨界解吸壓力下降，單井產(chǎn)量和采收率得以提高。

2.2 對煤層的造縫作用

煤層在沖擊波壓力作用下，斷裂強度和疲勞強度明顯小于靜態(tài)。當作用沖擊力峰值超過巖石的疲勞強度時就會造成新的裂縫。同時煤層在壓裂改造后，仍有部分裂縫不能有效貫通，部分孔喉道狹窄，各項同性的沖擊波能夠貫通裂縫和擴展孔喉道，裂縫的增加和溝通提高了煤層的滲透率，提高煤層氣井的產(chǎn)能。

2.3 解堵作用

沖擊波在不同密度介質(zhì)上產(chǎn)生的速度、加速度有很大的差異，從而在波阻抗相差較大的介質(zhì)界面會產(chǎn)生較強的剪切力，巨大的剪切力可以使附著在煤基質(zhì)上的雜物脫落，堵塞在滲流通道中的煤粉等固體顆粒松動，隨滲流排出從而起到煤層解堵作用。

沖擊波在儲層介質(zhì)不同位置上壓差的方向和大小交替變化，使液體由滯留區(qū)向排液活動區(qū)流動，改變了孔隙中液、固、氣界面的動態(tài)，克服了毛細管的束縛滯留效應。彈性沖擊波在飽和多孔介質(zhì)中傳播時會使多孔介質(zhì)被壓縮和擴張，造成孔道直徑大小變化，引起毛細管力的變化，達到解除煤儲層中的氣鎖和水鎖現(xiàn)象。

3 現(xiàn)場應用

根據(jù)電脈沖技術(shù)的特點，在鄭莊區(qū)塊選取了4口壓裂運行井進行試驗，分別針對不同井況進行應用總結(jié)。作業(yè)過程中要始終保持液面在煤層射孔段以上200m，通過大強度電脈沖施工，改善煤儲層的滲流擴散能力，配合排采制度提高煤層氣的產(chǎn)量。具體試驗情況見表1。

表1 電脈沖試驗井運行參數(shù)對比表

4 結(jié)論

1）電脈沖作業(yè)完成投入運行后，各井的井口壓力、產(chǎn)水產(chǎn)氣量比作業(yè)前都有了一定幅度的上升，電脈沖技術(shù)對消除煤儲層的水鎖、氣鎖現(xiàn)象，解除煤粉堵塞，改善煤儲層滲流擴散能力，提高煤層井的產(chǎn)能能起到一定的功效；

2）在作業(yè)過程中ZH038、ZH003-2井不同程度的出現(xiàn)了井內(nèi)噴水現(xiàn)象，說明電脈沖技術(shù)能夠起到溝通煤儲層滲流通道作用。在針對壓裂后不產(chǎn)氣或者產(chǎn)氣量下降的煤層氣井，電脈沖技術(shù)有較好的適用前景；

3）作業(yè)完成后四口井在產(chǎn)水產(chǎn)氣量上雖都有提高，但是距離預期目標還有很大的差距，說明本次作業(yè)施工方案對煤儲層改造作用是有限的，在以后的試驗中對不同井況煤層氣井要有針對性的設計，優(yōu)化施工方案從而增加電脈沖技術(shù)儲層改造的影響半徑；

4）在以后的試驗中可以研究探索把電脈沖技術(shù)同水力壓裂技術(shù)相結(jié)合起來，增加壓裂裂縫的有效延伸長度，以提高煤層氣井的產(chǎn)能。

[1]孟召平，田永東，李國富.沁水盆地南部煤儲層滲透性與地應力之間關系和控制機理[J].自然科學進展，2009，19(10)：1142-1148.

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[3]賀天才，秦勇.煤層氣勘探與開發(fā)利用技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2007.

P618

A

1674-6708（2011）51-0125-01

王宇紅，工程師，主要從事煤礦與煤層氣地質(zhì)以及煤層氣排采技術(shù)工作