淺析影響煤層氣井產(chǎn)量的幾個(gè)因素

閆泊計(jì)

(太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院、晉城煤業(yè)集團(tuán)藍(lán)焰煤層氣公司)

·問題探討·

淺析影響煤層氣井產(chǎn)量的幾個(gè)因素

閆泊計(jì)

(太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院、晉城煤業(yè)集團(tuán)藍(lán)焰煤層氣公司)

分析了影響煤層氣單井產(chǎn)量的幾個(gè)因素，如瓦斯含量、井網(wǎng)布置、儲(chǔ)層保護(hù)、裂隙溝通、科學(xué)排采等。包括：瓦斯含量不同，產(chǎn)氣量不同；煤層氣井網(wǎng)布置需結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造等因素優(yōu)化布置；在鉆井和固井過程中需對煤儲(chǔ)層進(jìn)行保護(hù)；煤層壓裂改造，可有效將井孔與煤層天然裂隙溝通起來，增加產(chǎn)能，增大氣體解吸率；根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，進(jìn)行定壓排采、定產(chǎn)排采。

煤層氣；單井產(chǎn)量；井網(wǎng)布置；儲(chǔ)層保護(hù)；裂隙溝通；科學(xué)排采

晉煤集團(tuán)煤層氣井田規(guī)模目前在1 000口以上，運(yùn)行井?dāng)?shù)400口以上，可銷售氣量接近200萬 m3/d。本文根據(jù)國內(nèi)外煤層氣開發(fā)技術(shù)和晉煤集團(tuán)藍(lán)焰煤層氣公司生產(chǎn)實(shí)踐，就影響煤層氣井產(chǎn)量的幾個(gè)因素進(jìn)行了簡要地分析。

1 瓦斯含量

資料表明，我國的煤層氣資源不僅在總量上占有一定的優(yōu)勢，而且在區(qū)域分布、埋藏深度等方面也有利于規(guī)劃開發(fā)。我國煤層氣資源十分豐富，是世界上繼俄羅斯、加拿大之后的第三大煤層氣儲(chǔ)量國，占世界排名前12位國家資源總量的13%。根據(jù)最新資源評估結(jié)果，我國埋深2 000 m以淺的煤層氣資源量達(dá)31.46萬億 m3，相當(dāng)于450億 t標(biāo)煤，350億 t標(biāo)油，與陸上常規(guī)天然氣資源量相當(dāng)。煤層氣資源在我國境內(nèi)分布廣泛，基本可以劃分為中部、西部和東部三大資源區(qū)。其中，中部地區(qū)約占資源量的64%。西部地區(qū)的沁水盆地和鄂爾多斯盆地資源量最大，超過10萬億 m3，為集中開發(fā)提供了資源條件。

但是，地質(zhì)條件千變?nèi)f化，存在著區(qū)域的不同，井組的不同，單井的不同，它們有其共性的一面，又有其個(gè)性的一面。例如，晉煤集團(tuán)藍(lán)焰煤層氣公司的寺河區(qū)塊和成莊區(qū)塊之間就因?yàn)槠鋰嵜和咚购坎煌a(chǎn)氣量有所不同。所以，在進(jìn)行煤層氣地面開采以前，利用科學(xué)手段對預(yù)開采區(qū)域進(jìn)行正確的瓦斯含量測定是開采的基礎(chǔ)。實(shí)踐證明，煤層氣地面預(yù)抽最好選在噸煤瓦斯含量10 m3以上的區(qū)域。

2 井網(wǎng)布置

煤層氣地面開發(fā)首先要考慮的是優(yōu)化井網(wǎng)布置，而影響煤層氣井網(wǎng)布置的最終因素則是煤層滲透率。影響煤層滲透率的大小則又取決于煤中的裂隙，尤其是主裂隙。煤中的裂隙，國外采礦業(yè)一般稱為割理。割理的間距從幾毫米到幾厘米不等，通常有近乎垂直的兩組。占優(yōu)勢的一組稱為面割理，可以延伸很遠(yuǎn)，甚至達(dá)幾百米。據(jù)研究表明，面割理在褶皺軸呈直角拐彎的地方最為發(fā)育；另一組稱為端割理，只發(fā)育于兩條面割理之間。一般認(rèn)為，面割理方向的滲透性好，端割理方向的滲透性稍差一些。

由于整個(gè)儲(chǔ)層的滲透性存在著這種非均質(zhì)性，所以國際上煤層氣布井方式有著多種樣式，如矩形式、菱形式、“W”式等等。目前，我國煤層氣地面開發(fā)多采用矩形井網(wǎng)布置。以晉煤集團(tuán)的井網(wǎng)布置為例，多是沿煤層隙方向布置(大致預(yù)煤層主要面割理方向相同)，順向井間距在300 m左右，橫向稍短。合理的井網(wǎng)布置直接影響著單井控制面積的大小，影響著其產(chǎn)氣高峰出現(xiàn)的早晚和整個(gè)工程成本的高低，因此，煤層氣井網(wǎng)布置需要結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造等因素優(yōu)化布置。

3 儲(chǔ)層保護(hù)

除個(gè)別天然主裂隙外，煤儲(chǔ)層的滲透性往往很低，而且很脆弱，容易被破壞，因此，維護(hù)或改善其滲透性是十分重要的。鉆井過程中，會(huì)因鉆井液侵入煤層造成其滲透通道的堵塞；固井過程中，也會(huì)因固井水泥漿密度不當(dāng)而對煤層造成傷害。因此，要特別針對鉆井和固井這兩個(gè)過程對煤儲(chǔ)層保護(hù)進(jìn)行說明。

1) 鉆井液侵入對煤層滲透性的傷害。在鉆井過程中，當(dāng)鉆進(jìn)煤層時(shí)，鉆井液侵入煤層是不可避免的，所以只有優(yōu)化鉆井液，才能將鉆井液侵入對煤層滲透性的傷害降到最低。根據(jù)地層條件和井壁穩(wěn)定性特點(diǎn)，不同目的的井將采用不同的鉆井液。煤層氣參數(shù)井(取心和裸眼試井)和生產(chǎn)試驗(yàn)井，原則上選用清水、無黏土鉆井液或優(yōu)質(zhì)鉆井液；煤層氣生產(chǎn)井，原則上選用優(yōu)質(zhì)鉆井液、無黏土鉆井液、清水，在具備設(shè)備條件的情況下也可采用氣體(空氣、氮?dú)狻⒊錃?循環(huán)介質(zhì)或泡沫循環(huán)介質(zhì)。煤層氣井所采用的鉆井液應(yīng)滿足下列要求：

a) 鉆井液應(yīng)與煤儲(chǔ)層具有良好的配伍性。

b) 應(yīng)盡可能地降低固相含量。在進(jìn)入煤系地層前采用普通優(yōu)質(zhì)鉆井液，黏土含量小于6.0%；煤層段根據(jù)井型和錄取參數(shù)的需要，可采用清水、無黏土和少量黏土優(yōu)質(zhì)鉆井液，配備好固控設(shè)備。用清水作鉆井液，密度應(yīng)控制在1.03 g/cm3以下。若水源充足時(shí)，可開放式循環(huán)。

c) 合理地降低失水量。為防止因鉆井液濾液浸入傷害，必須使用降失水劑來控制中壓失水在9 ml以下。

d) 酸堿值要適當(dāng)，一般PH值應(yīng)控制在8～8.5之間。

e) 抑制水化、膨脹：為防止泥頁巖及煤儲(chǔ)層中黏土顆粒水化分散，膨脹剝落，造成煤儲(chǔ)層傷害，可使用鉀基系列優(yōu)質(zhì)鉆井液。

f) 降低鉆井液密度，實(shí)行平衡或近平衡鉆井。

2) 固井水泥漿密度不當(dāng)對煤層滲透性的傷害。為減少固井水泥漿對煤層的傷害，煤層氣固井要求采用低密度優(yōu)質(zhì)水泥漿固井。水泥必須采用G級水泥。水泥漿密度計(jì)算方法為：

ρc=Fd/10 - 100P0/hw

式中:

ρc—最大水泥漿平均密度，g/cm3；

Fd—煤儲(chǔ)層破裂梯度，kPa/m；

P0—固井時(shí)水泥漿流動(dòng)壓力和摩阻壓降之和，MPa；

hw—煤層氣井垂深, m。

煤層氣井固井水泥漿返高計(jì)算可用下列方程式計(jì)算煤儲(chǔ)層能夠承受的最大水泥漿高度：

CH=(Fd/10-ρm)×hd/(ρc-ρm)

式中：

CH—最大環(huán)空水泥漿液柱高度，m；

Fd—煤儲(chǔ)層破裂梯度，kPa/m；

ρm—固井時(shí)井內(nèi)鉆井液密度，g/cm3；

hd—煤層深度，m；

ρc—最大水泥漿平均密度, g/cm3。

4 裂隙溝通

煤層壓裂改造可有效地將井孔與煤層天然裂隙溝通起來，從而在產(chǎn)氣時(shí)，更廣泛地分配井孔附近的壓降，增加產(chǎn)能，增大氣體解吸速率。在煤層氣勘探開發(fā)中，壓裂改造作為一種重要的強(qiáng)化措施，已得到普遍應(yīng)用。在整個(gè)壓裂施工過程中，進(jìn)入煤儲(chǔ)層，最終影響產(chǎn)氣量的是壓裂液和支撐劑。

目前，國內(nèi)外使用過的壓裂方式主要有清水加砂壓裂、活性水加砂壓裂、線性膠或凍膠壓裂高壓水力壓裂、大排量加砂高壓水力壓裂、液氮泡沫壓裂、液氮泡沫加砂壓裂、CO2加砂壓裂等，但晉煤集團(tuán)根據(jù)實(shí)踐主要使用活性水加砂壓裂?；钚运梢詳y帶支撐劑進(jìn)入煤儲(chǔ)層，而且具有不污染煤層的優(yōu)點(diǎn)。支撐劑的作用是支撐壓裂施工所造成的人工裂縫，使其與煤層天然裂隙溝通，形成良好的導(dǎo)流能力。由于煤層埋藏淺，煤層閉合壓力小，因此，國內(nèi)外煤層氣壓裂普遍選用天然石英砂作支撐劑。通常認(rèn)為石英中砂(20～40目)可以起到支撐的作用，并要求其圓度不得低于0.8，球度不得低于0.8，且清潔無機(jī)械雜質(zhì)。

5 科學(xué)排采

煤層氣與其他氣藏相比具有3個(gè)方面的特點(diǎn)：一是煤層氣在煤中的貯集是以吸附狀態(tài)附著于煤的表面；二是在進(jìn)行大量開采以前，必須降低平均儲(chǔ)層壓力；三是儲(chǔ)層中一般都有水，在采氣的同時(shí)，必須進(jìn)行排水?，F(xiàn)在煤層氣排采通用的方法是利用排水降壓法，使井口壓力低于儲(chǔ)層壓力，產(chǎn)生井口負(fù)壓，加速煤層氣在儲(chǔ)層中的解析率，利用壓力差原理，使得氣體自然上升，達(dá)到排采搜集的目的。

根據(jù)晉煤集團(tuán)的排采經(jīng)驗(yàn)得出，在煤層氣排采的早期宜采用定壓排采，當(dāng)煤層氣生產(chǎn)井達(dá)到產(chǎn)氣高峰期時(shí)，為了有效地控制煤層氣產(chǎn)量，可以采用定產(chǎn)排采。定壓排采可以有效地控制井底流動(dòng)壓力與儲(chǔ)層壓力之間的壓差，適度控制井筒附近的流體流動(dòng)速率，保證煤粉等固相顆粒物、水、氣的正常產(chǎn)出?，F(xiàn)場人員可以通過調(diào)整產(chǎn)水量和井口套管壓力來控制井底流動(dòng)壓力和井底與儲(chǔ)層的壓差。排采初期強(qiáng)度不宜過大，排液應(yīng)連續(xù)平穩(wěn)，保持動(dòng)液面平穩(wěn)下降，嚴(yán)禁排量的大起大落而造成生產(chǎn)壓差上下波動(dòng)，使得儲(chǔ)層激動(dòng)，吐砂、吐粉。排采初期泵掛深度也不宜在煤層段，以避免煤層激動(dòng)吐粉吐砂，一般應(yīng)置于煤層頂板以上10～20 m處。

[1] 吳佩芳.煤層氣開發(fā)的理論與實(shí)踐[M].北京：地質(zhì)出版社，2000:70-71.

AnalysisonSeveralFactorsofInfluenceOutputinCoalBedGasWell

YanBo-ji

Analyzes the several factors of affecting individual well productivity of the coal bed gas, such as the gas content, the well pattern layout, the reservoir protection, the crevasse communication, the scientific drainage and gas and so on. Include: the gas content are different, gas production are different; the well pattern layout of the coal bed gas needs to optimize layout by combination geologic structure factor and so on; in the process of the well drilling and well cementing need to protect the coal reservoir; coal bed fracturing transformation, can effectively link up the bore-hole and the coal bed natural crevasse, increases production capacity, increases the gas desorption rate; according to production practice, carries on drainage and gas mining by the constant pressure and the output.

Coal bed gas; Individual well productivity; Well pattern layout; Reservoir protection; Crevasse communication; Scientific drainage and gas mining

閆泊計(jì) 男 1981年出生 2009年太原理工大學(xué)在讀工程碩士 助理工程師 太原 030024

TD84

A

1672-0652(2010)10-0031-03

2010-08-22