徐 猛

（中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，山西 太原 030000）

0 引言

煤層氣作為緩解我國常規(guī)油氣供應(yīng)緊張狀況的一種新型清潔能源，在改善煤礦安全生產(chǎn)、保護環(huán)境、促進國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展等方面都具有重要的社會意義和經(jīng)濟意義。

煤層氣是一種自生自儲于煤層中的非常規(guī)天然氣，大量生產(chǎn)實踐表明，煤層氣富集區(qū)不一定高產(chǎn)，但高產(chǎn)區(qū)一定位于富集區(qū)，煤層氣富集高產(chǎn)是煤層氣地質(zhì)理論評價的兩個不同階段。為此，通過研究煤層氣富集、高產(chǎn)主控因素，盡快建立適合沁西北X區(qū)塊煤層氣富集高產(chǎn)的理論體系，以期有效指導(dǎo)后期勘探開發(fā)工作。

1 區(qū)塊概況

X區(qū)塊位于沁水盆地西北緣，主要構(gòu)造格架為北東東向平行斷裂。南北向褶皺貫穿整個中部和西部，構(gòu)成東緩西陡的復(fù)式向斜煤盆地。北東東向斷裂主要展布于西部，由燕山期西傾的逆斷層和后期東傾的正斷層組合而形成煤田邊緣斷裂帶。

本區(qū)煤層埋深范圍在300～900 m，是煤層氣商業(yè)性開發(fā)最有利的埋深范圍。以中高變質(zhì)程度的焦瘦煤—貧煤、無煙煤為主。煤層平面展布規(guī)律總體上表現(xiàn)為由西北向東南煤層變厚的趨勢，但就不同地區(qū)來說，地區(qū)間煤層厚度差異比較大。煤層埋深主要受地形與構(gòu)造的雙重控制，煤系地層總體為傾向西—南西西的復(fù)式向斜構(gòu)造，地層傾角為5°～15°。

2 煤層氣富集主控因素

2.1 煤系地層對煤層氣儲存富集的影響

煤層頂?shù)装鍘r性與煤層封閉性密切相關(guān)，影響到煤層氣保存條件。煤層氣的不斷生成使得煤層內(nèi)部的壓力逐漸增大，當(dāng)其壓力大于阻力時，就會向外部運移擴散。阻止煤層氣向外部運移擴散的重要阻力就是煤層頂?shù)装宓呐盘鎵毫?。本區(qū)目的煤層頂?shù)装逡阅鄮r、砂質(zhì)泥巖為主，孔隙直徑小且孔隙度低，封蓋條件好，煤層含氣量高。裂縫或斷層發(fā)育的煤層頂?shù)装逋暾允艿狡茐模浜瑲饬窟h低于頂板裂縫或斷層不發(fā)育的煤層。

煤層既是生氣層又是儲氣層，因此煤層厚度控制著煤層氣的生成量和儲氣容量。如圖1所示，對X區(qū)塊部分井的統(tǒng)計結(jié)果顯示，煤層厚度越大，煤層氣含量越高。因為煤層氣的逸散以擴散方式為主，空間兩點間濃度差是其擴散的主要動力，在其他初始條件相似的情況下，煤層厚度越大，煤層氣向頂?shù)装鍞U散的路徑就越長，擴散阻力就越大，達到中值濃度或擴散終止所需要的時間就越長，對煤層氣的保存就越為有利。

研究區(qū)煤層埋深在300～900 m，同一煤層隨埋深增加，煤層含氣量也隨之增加（圖2）。煤層整體呈現(xiàn)出從東部、西部盆地邊緣的向中部傾斜，兩翼埋深較深，中北部埋深較淺形態(tài)。淺部煤層因長期遭受氧化，煤儲層裂隙發(fā)育，煤層氣易解吸擴散，煤層含氣量降低。隨著煤層埋深的增加，煤的變質(zhì)程度增高，原始地應(yīng)力增高，煤層孔隙變小，煤層氣運移難度增大，使得煤層氣得以保存。該區(qū)某井解吸測試資料表明，煤層埋深為764～767 m，煤層氣含量為8.48～12.96 m3／t；在煤層埋深685 m附近時，煤層氣含量則偏低，為5 m3／t左右［1］。

圖1 X區(qū)塊煤層厚度與含氣量關(guān)系圖

圖2 X區(qū)塊煤層埋深與含氣量關(guān)系圖

2.2 構(gòu)造對煤層氣儲存富集的影響

構(gòu)造因素直接或間接控制著從含煤地層形成至煤層氣生成聚集過程中的每個環(huán)節(jié)，是所有地質(zhì)因素中最為重要而直接的控氣因素。該研究區(qū)主體構(gòu)造為三大向斜、兩條斷裂帶、一個背斜。區(qū)塊內(nèi)受向斜的控制，向斜東部煤層傾向西、西部傾向東，形成一復(fù)式向斜含煤盆地，在向斜核部維持較高的地層壓力系統(tǒng)。一般向斜核部斷裂、裂隙不發(fā)育，煤層氣被水動力溶解、沖洗作用弱；上覆地層厚度較大，利于維持地層壓力，使得向斜核部區(qū)域煤層氣含量比較高。同時，在向斜中段，即向斜軸部轉(zhuǎn)向地區(qū)發(fā)育一些隆起帶。受隆起帶的控制，帶內(nèi)和邊部煤層氣井的產(chǎn)氣效果差異明顯，推測隆起帶的形成直接導(dǎo)致煤層氣逸散。在斷裂帶及背斜附近由于張性斷裂為主，易造成煤層氣逸散。

2.3 水文對煤層氣儲存富集的影響

水文地質(zhì)是影響煤層氣賦存的另一個重要因素，煤層氣以吸附狀態(tài)賦存于煤的孔隙中，地層壓力通過煤中水分對煤層氣起封閉作用。經(jīng)研究本區(qū)水動力對煤層氣主要起封閉控氣、封堵控氣作用。另外該區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，煤層頂?shù)装寰嚯x上下灰?guī)r含水層遠，裂隙水與巖溶水水力聯(lián)系微弱，氣井鉆進和壓裂施工不會波及到巖溶含水層。

3 富集區(qū)影響煤層氣高產(chǎn)因素

從煤層氣勘探區(qū)域?qū)で竺簩託飧患瘏^(qū)域，在富集區(qū)域布置開發(fā)井進行煤層氣規(guī)模開發(fā)，可以進一步提高經(jīng)濟效益，減少盲目打低產(chǎn)井的風(fēng)險。X區(qū)塊煤層氣井高產(chǎn)區(qū)雖均分布在煤層氣富集區(qū)內(nèi)，但富集區(qū)煤層氣排采井產(chǎn)氣不一定都高產(chǎn)。進一步分析制約其高產(chǎn)的原因，為后續(xù)周邊勘探區(qū)域轉(zhuǎn)開發(fā)以及指導(dǎo)井位部署顯得尤為重要［2-3］。

3.1 排采制度

由于8號和9號煤層間隔一般有25 m左右，層間干擾小，在排采制度上合排兩煤層時，基本不用考慮是不是同一個壓力系統(tǒng)的問題。目前該區(qū)產(chǎn)氣井中，產(chǎn)氣量大于500 m3／d的井均為合排“8號＋9號”煤層氣井。處于煤層氣富集帶相鄰距離的煤層氣井（如圖3中J23井），由于單排某一煤層，其產(chǎn)氣量效果明顯低于合排“8號＋9號”煤層氣井。

合理的排采制度，如穩(wěn)定降低井筒液面高度、避免強烈的井底壓力擾動，有利于煤層氣的穩(wěn)定、平衡產(chǎn)出［4-5］。排量的大起大落易造成儲層激動，吐砂、吐粉。煤層氣井的連續(xù)穩(wěn)定排采制度有利于煤層氣產(chǎn)出，因此延長煤層氣井的修井周期是排采工藝的核心。該區(qū)采用“抽油機+管式泵”排采工藝，目前排采時間比較短，偏磨的情況較少，但也出現(xiàn)約20口井由于出煤粉造成泵效降低的情況［6-7］。

3.2 排采時間及壓降漏斗

煤層氣的排采是一個“排水—降壓—解吸—擴散—滲流”的過程，當(dāng)煤層氣井井底壓力降低到臨界解吸壓力附近時，煤層氣井才能規(guī)模產(chǎn)氣。該區(qū)內(nèi)部分井（如圖3中J11井、J12井等）由于排采時間短或者獨處一片區(qū)域，無法形成大的降壓漏斗，致使產(chǎn)氣效果不理想。

圖3 X區(qū)塊煤層氣產(chǎn)氣井于富集區(qū)分布圖

3.3 工程因素

圖3中的S2井于2014年11月14日投產(chǎn)，M1號煤層與M2號煤層均連通，投產(chǎn)時井底流壓為3.76 MPa，臨界解吸壓力為2.219 MPa，臨儲比為0.59，資源條件較好，但后期產(chǎn)氣效果不佳，根據(jù)分析可能是儲層受鉆井液污染。另外，部分井由于壓裂效果差也會導(dǎo)致原本處于優(yōu)勢的煤層氣井產(chǎn)氣效果不理想。針對壓裂過程中某一煤層隨著裂縫延伸和裂縫端部受阻使得施工壓力瞬間升高而造成施工困難的井，在以后的壓裂施工中可以調(diào)整壓裂方案，增加前置液量、降低加砂強度（如圖3中J14井）；部分由于首次壓裂效果不理想的井，根據(jù)研究適宜于二次壓裂提高產(chǎn)量的，可實施二次壓裂增產(chǎn)改造措施。

4 結(jié)論

1）綜合分析勘探區(qū)煤系地層（煤層厚度、埋深、頂?shù)装鍘r性及完整性）、構(gòu)造因素、水文地質(zhì)對煤層氣富集的綜合影響，優(yōu)選煤層氣富集區(qū)作為開發(fā)部署井位的重點區(qū)域。

2）在煤層氣富集區(qū)域，為實現(xiàn)煤層氣高產(chǎn)，應(yīng)采取的排采策略包括：① 制定合理的排采制度，做到一井一策的精細(xì)化排采；② 綜合高效提高煤層氣產(chǎn)能，實施合排煤層策略；③ 排采工藝方面改進原有排采工藝、尋求新工藝試驗（包括新型高分子聚乙烯防腐耐磨抽油桿扶正器、防腐耐磨油管、大斜度水平井泵、負(fù)壓抽采工藝、桿式泵、柱塞泵洗井等）；④ 實施連片井組排采，實現(xiàn)規(guī)模集體降壓，擴大降壓漏斗；⑤ 鉆井過程中，尋求改進工藝，盡量減少鉆井液對儲層的污染；⑥ 針對目前壓裂經(jīng)驗分析，進行壓裂總結(jié)，后續(xù)壓裂時可以適當(dāng)調(diào)整壓裂方案，以提高煤層氣產(chǎn)氣效果；⑦ 部分產(chǎn)氣效果不理想的井經(jīng)研究有望通過二次壓裂提產(chǎn)的，可采取二次壓裂改造技術(shù)。

［1］孫粉錦，王勃，李夢溪.沁水盆地南部煤層氣富集高產(chǎn)主控地質(zhì)因素［J］.石油學(xué)報，2014，35（6）：1 070-1 079.

［2］李勇，湯達禎，許浩，等.柳林礦區(qū)煤層含氣量主控因素研究［J］. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42（5）：95-97.

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［4］劉大錳，李俊乾.我國煤層氣分布賦存主控地質(zhì)因素與富集模式［J］. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42（6）：19-24.

［5］周三棟，劉大錳，孫邵華，等.準(zhǔn)噶爾盆地南緣硫磺溝煤層氣富集主控地質(zhì)因素及有利區(qū)優(yōu)選［J］.現(xiàn)代地質(zhì)，2015，29（1）：179-189.

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