韓軍昌

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100011)

1 引言

煤層氣在煤層中的賦存主要依賴(lài)于吸附作用，煤儲(chǔ)層既是生層又是儲(chǔ)層，具有低滲、低壓的特點(diǎn)，滲透率隨儲(chǔ)層改造及排采過(guò)程而變化，煤層氣在儲(chǔ)層中的運(yùn)移經(jīng)歷解吸、擴(kuò)散、滲流三個(gè)階段。目前國(guó)內(nèi)煤層氣大規(guī)模開(kāi)發(fā)主要受鉆井、壓裂、地面工程及區(qū)域地質(zhì)差異以及排采理念、排采方式等因素的影響。

2 構(gòu)造的影響

壽陽(yáng)煤層氣區(qū)塊位于山西省中部、沁水盆地北端，構(gòu)造上處于太行山隆起西側(cè)，太原東山背斜之東南翼，地勢(shì)西高東低，北高南低，地形以丘陵為主。區(qū)內(nèi)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，地層平緩，傾角一般在10度左右，斷裂以北北東-北東向?yàn)橹鳌?/p>

區(qū)內(nèi)構(gòu)造以逆斷層為主，局部伴生正斷層；斷距較小，小斷層發(fā)育。斷層的影響是把“雙刃劍”。正面分析認(rèn)為其促使煤層產(chǎn)生更多的裂隙，提高甲烷的吸附量；相反的角度分析認(rèn)為斷層對(duì)煤層氣的保存十分不利，特別是張性斷層，其構(gòu)成了煤層氣逸散的通道。在水平井鉆井及壓裂等增產(chǎn)措施中，極易造成裂縫或水平段與斷層溝通，一是造成產(chǎn)液量大幅增加，加大排采難度；二是形成泄壓通道，導(dǎo)致壓力無(wú)法在煤層中進(jìn)行有效傳遞，無(wú)法形成降壓漏斗。壽陽(yáng)區(qū)塊已投入排采的井，如直井壓裂井ZL-SY-10d-1井，因壓裂裂縫與小斷層溝通導(dǎo)致該井在排采期間多次換泵，最高日產(chǎn)水量達(dá)433m3/d，無(wú)法降壓；水平井QYN1-12V井水平段施工過(guò)程遇到斷層，導(dǎo)致該井產(chǎn)水量大幅度增加，產(chǎn)氣后產(chǎn)量下降等現(xiàn)象。

3 資源條件的影響

一定的資源豐度與規(guī)模是進(jìn)行煤層氣排采的有力保障。資源豐度由資源量和含氣面積決定，資源量與煤層的含氣量和煤層厚度有關(guān)。

壽陽(yáng)區(qū)塊太原組15號(hào)煤煤層含氣量較高(5.64～20.54m3/t)，煤層較厚(3.0～10.0m)，煤層氣資源量為800×108m3以上，資源豐度平均為1.7m3/km2,具有很好的資源開(kāi)發(fā)潛力。

4 儲(chǔ)層特征的影響

煤儲(chǔ)層的滲透能力是煤層中流體導(dǎo)流能力的反映，它關(guān)系到甲烷氣在煤層中的賦存狀態(tài)和排采的難易程度。煤層氣存在煤的雙孔隙系統(tǒng)中，基質(zhì)孔隙是煤層氣賦存的空間，裂隙孔隙不僅是儲(chǔ)氣空間，還是運(yùn)移的通道。

解吸能力的大小將直接影響煤層氣的開(kāi)采難易程度及采收率。飽和度越大，煤層氣運(yùn)移能力越大，煤層氣產(chǎn)氣潛力越高。試驗(yàn)研究表明，臨儲(chǔ)比越低越不利于煤層氣的解吸。

壽陽(yáng)區(qū)塊15號(hào)煤層試井測(cè)試滲透率在0.01～0.2×10-3μm2之間，平均為0.045×10-3μm2。滲透率較低，割理及裂隙發(fā)育程度低，滲流能力差，雖經(jīng)儲(chǔ)層改造，但由于煤儲(chǔ)層的特殊性，其滲透率在排采過(guò)程中受有效應(yīng)力、基質(zhì)收縮等多重因素影響，極為敏感。排采過(guò)程中，特別是快速降壓的初期，煤層承壓水過(guò)快的產(chǎn)出，對(duì)滲透率影響更大(圖1)，滲透率減小的更快，影響煤層氣的解吸。15號(hào)煤以無(wú)煙煤為主，屬中高階煤，從圖2可看出沁水盆地高階煤隨著壓力的降低，滲透率一直下降，基質(zhì)收縮對(duì)于煤層滲透率的改善不明顯，在該區(qū)主要表現(xiàn)為有效應(yīng)力對(duì)儲(chǔ)層的作用，基于此對(duì)于該區(qū)煤層氣排采流壓控制應(yīng)當(dāng)緩慢，避免較大的生產(chǎn)壓差導(dǎo)致滲透率的急劇下降。

圖1 不同煤階有效應(yīng)力與滲透率的關(guān)系

圖2 沁水盆地有效應(yīng)力與滲透率變化

制約壽陽(yáng)區(qū)塊煤層氣排采的另外一個(gè)地質(zhì)因素主要是該區(qū)15號(hào)煤儲(chǔ)層壓力低，解析壓力更低，地解壓差大，臨儲(chǔ)比低(表1)煤層氣排采降壓的空間很小。盡管該區(qū)煤層氣含氣量較高，飽和度偏低低，但主要因素為壓降的空間小，煤層承壓水不能及時(shí)排出，導(dǎo)致產(chǎn)氣量低。

表1 壽陽(yáng)區(qū)塊部分井臨儲(chǔ)比對(duì)比表

5 工程效果的影響

煤層增產(chǎn)措施效果的優(yōu)劣直接關(guān)系到煤層氣的排采效果，壽陽(yáng)區(qū)塊主要采取的是直井壓裂及水平井兩種措施。良好的壓裂效果能有效改善煤層流動(dòng)通道，提高煤層導(dǎo)流能力，有利于煤層的排水降壓。不利的壓裂效果，往往是壓裂裂縫與區(qū)域不明含水層溝通，導(dǎo)致排采過(guò)程中產(chǎn)水量增加，阻斷煤層氣滲流通道，影響產(chǎn)氣。水平井水平段與裂縫相同，良好的水平段能大幅度的增加泄壓面積及溝通流動(dòng)通道，但一旦與不明含水層溝通，則影響壓力在煤層中的有效擴(kuò)散，影響產(chǎn)氣。

圖3 ZL-SY-10d-1排采曲線(xiàn)

煤層氣井單井的排采要獲得理想的產(chǎn)氣量，就必須使井筒及儲(chǔ)層所形成的壓降漏斗盡可能加深加寬，使得壓力波及的范圍更廣，才能使更多的煤層氣解吸出來(lái)。

該井排采初期壓降漏斗首先在煤層中形成，隨著排采的進(jìn)行，井底壓力傳遞半徑不斷增加，井底壓力梯度減小，煤層中的壓力傳遞很緩慢，甚至停止，僅在頂板巖層中傳遞；繼續(xù)排采在煤層直接的壓力降為零，僅當(dāng)頂板巖層的壓力與煤層的壓力差小于煤層解吸壓力時(shí)，煤層將繼續(xù)解吸(圖4)。

圖4 存在灰?guī)r含水層時(shí)壓力傳遞

當(dāng)溝通巖層與煤層溝通時(shí)，隨著壓力降低，壓降漏斗主要在溝通的巖層中擴(kuò)展，在煤層中壓力波及的范圍只是近井地帶，所以微弱的氣顯示也僅是近井地帶壓力所波及的煤層區(qū)域解吸的煤層氣，繼續(xù)降壓排采，溝通巖層中的水滲入煤層，抑制煤層氣的解吸，影響煤層氣的產(chǎn)能。

6 排采工藝的影響

合理的排采工藝是煤層氣突破的保障。煤層氣的生產(chǎn)大體可分為五個(gè)階段：排水降液階段、臨界產(chǎn)氣階段、降壓提產(chǎn)階段、穩(wěn)產(chǎn)階段及氣量下降階段。合理的排水降壓，延長(zhǎng)降壓時(shí)間，減緩滲透率下降的幅度，有利于擴(kuò)大降壓漏斗的擴(kuò)散。如果排采速度過(guò)快，液面下降加快，會(huì)發(fā)生速敏效應(yīng)、滲透率快速降低、煤粉的大量產(chǎn)出影響排采設(shè)備等狀況，影響單井產(chǎn)量。

壽陽(yáng)區(qū)塊已投產(chǎn)的井中，若干口均遇到排采初期排采速度較快，井底流壓下降幅度過(guò)大，初期降壓較快，見(jiàn)氣時(shí)間較短，但當(dāng)因過(guò)快引起排采中斷后氣量下降明顯，甚至出現(xiàn)停止產(chǎn)氣的情況。

SYYL-114X井于2013年1月3日投入排采，開(kāi)抽流壓3.5MPa，2013年4月8日見(jiàn)氣，見(jiàn)氣流壓0.5MPa，見(jiàn)氣前平均降幅達(dá)5m/d，解析后很快氣量就達(dá)到最高值90m3，之后開(kāi)始緩慢下降，2013年7月21日停機(jī)恢復(fù)后，氣量未得到恢復(fù)。

SYNY-118井于2016年5月19日投入排采，開(kāi)抽流壓4.11MPa，2016年10月3日見(jiàn)氣，見(jiàn)氣流壓1.34MPa，見(jiàn)氣前平均降幅達(dá)3m/d，且解吸前中斷兩次，解吸后很快氣量就達(dá)到最高值120m3/d，之后穩(wěn)定在110～130m3/d，2017年4月10日停機(jī)恢復(fù)后，氣量降至0且未得到恢復(fù)。

圖5 SYYL-114X井排采曲線(xiàn)

圖6 SYNY-118井排采曲線(xiàn)

而地質(zhì)、工程條件相近的情況下，排采控制相對(duì)穩(wěn)定的井，排采效果相對(duì)較好。

SYYL-102井于2012年8月15日投入排采，開(kāi)抽流壓2.05MPa，2013年10月17日見(jiàn)氣前，緩慢控制流壓降幅，對(duì)滲透率影響相對(duì)較小，使壓力傳遞延伸到遠(yuǎn)端，擴(kuò)大了煤層解析范圍，見(jiàn)氣流壓0.2MPa，見(jiàn)氣前平均降幅為1.5m/d，見(jiàn)氣后氣量緩慢增加，最高達(dá)到212m3/d，截止目前一直穩(wěn)產(chǎn)氣量在180m3/d約200d。

SYNY-128井于2015年4月9日投入排采，開(kāi)抽流壓2.66MPa，2016年4月9日見(jiàn)氣前，緩慢控制流壓降幅，對(duì)滲透率影響相對(duì)較小，使壓力傳遞延伸到遠(yuǎn)端，擴(kuò)大了煤層解析范圍，見(jiàn)氣流壓1.47MPa，見(jiàn)氣前平均降幅為0.3m/d，見(jiàn)氣后氣量緩慢增加，最高達(dá)到550m3/d，截止目前一直穩(wěn)產(chǎn)氣量在350m3/d約500d。

圖7 SYYL-102井排采曲線(xiàn)

圖8 SYNY-128井排采曲線(xiàn)

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 葉建平,吳建光,房超,等.沁南潘河煤層氣田區(qū)域地質(zhì)特征與煤儲(chǔ)層特征及其對(duì)產(chǎn)能的影響[J].天然氣工業(yè),2011,31(5):16-20.

[2] 饒孟余,鐘建華,楊陸武,等.無(wú)煙煤煤層氣成藏與產(chǎn)氣機(jī)理研究-以沁水盆地?zé)o煙煤為例[J].石油學(xué)報(bào),2004,25(4):23-28.

[3] 劉升貴,胡愛(ài)梅,宋波,等.煤層氣井排采煤粉濃度預(yù)警及防控措施[J].煤炭學(xué)報(bào),2012,37(1):86-90.

[4] 倪小明,王延斌,接銘訓(xùn),等.不同構(gòu)造部位地應(yīng)力對(duì)壓裂裂縫形態(tài)的控制[J].煤炭學(xué)報(bào),2008,33(5):505-508.

[5] 閆寶珍,王延斌,豐慶泰,等.基于地質(zhì)主控因素的沁水盆地煤層氣富集劃分[J].煤炭學(xué)報(bào),2008,33(10):1102-1106.

[6] 劉升貴,郝耐,王建強(qiáng).煤層氣水平井壓降漏斗擴(kuò)展規(guī)律研究[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2012,31(1):8-11.

[7] 陳振宏,王一兵,楊焦生,等.影響煤層氣井產(chǎn)量的關(guān)鍵因素分析—以沁水盆地南部樊莊區(qū)塊為例[J].石油學(xué)報(bào),2009,30(3):409-412.

[8] 楊秀春,李明宅.煤層氣排采動(dòng)態(tài)參數(shù)及其相互關(guān)系 [J]. 煤田地質(zhì)與勘探, 2008, 36 (2): 19-23.

[9] 陶樹(shù),湯達(dá)禎,許浩,等.沁南煤層氣井產(chǎn)能影響因素分析及開(kāi)發(fā)建議[J].煤炭學(xué)報(bào),2011,36(2):194-198.