潘莊區(qū)塊煤層氣排采工作制度對產(chǎn)能影響分析

武璽

摘要：煤層氣井的排采工作日益復(fù)雜，涵蓋了煤儲(chǔ)層脫氣、完井后控制防噴等各個(gè)過程，對排采工作的細(xì)致性和長期性提出了更高的要求。以潘莊區(qū)塊為例，在煤層氣實(shí)際排采工作中，產(chǎn)氣速度、排液速度以及壓力傳遞速度在一定程度上取決于煤層深度、動(dòng)液面高度以及井底壓力之間所具有的關(guān)系。同時(shí)，產(chǎn)氣速度和排液速度會(huì)對其滲透率產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，從而間接地影響到煤層氣的開采量，所以深入分析排采工作制度對煤層氣產(chǎn)能的影響及其關(guān)系具有重要的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：排采；工作制度；煤層氣

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：16723198（2014）02018302

1潘莊區(qū)塊工程概況

晉城寺河潘莊區(qū)塊位于山西省晉城市西北，為山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司的寺河礦的一部分。區(qū)內(nèi)穩(wěn)定發(fā)育的主要煤層有3號煤層、9號煤層和15號煤層，其中3號和15號煤層最穩(wěn)定。3號煤層埋深變化范圍250～600m，15號煤層埋深變化范圍350～700m。通過系統(tǒng)的煤田鉆孔煤層氣含量（瓦斯含量）測定得出煤層氣含量（可燃基）很高，一般在10～30m3/t之間，最高可達(dá)40m3/t。山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司在潘莊區(qū)塊實(shí)現(xiàn)了煤層氣的大范圍商業(yè)開發(fā)。

2煤層氣井排水采氣生產(chǎn)的基本原理

煤層氣在地層煤基質(zhì)中通常是以吸附態(tài)存在的，要想解吸出煤層氣，必須確保其壓力不超過臨界解吸壓力，在當(dāng)前生產(chǎn)和開采過程中一般是借助于排水降壓來完成的。

在實(shí)際排水采氣過程中，會(huì)對煤層應(yīng)力產(chǎn)生較大和長期的影響。在煤層氣中具有大量的甲烷，其一般是以物理吸附態(tài)存在，如果在煤層氣中持續(xù)排水將會(huì)使得壓力不斷降低，一旦其臨界解吸壓力高于裂縫和孔隙壓力，就會(huì)解吸出一部分煤層氣，在濃度差與壓力差的影響下，解吸的那部分氣體不斷滲流、位移和擴(kuò)散到煤氣層的裸眼井眼和裂隙之中，然后借助于井筒被開采出來。

煤巖的主要成分是固定碳，甲烷分子不僅吸附在煤巖石的表面，也吸附在其內(nèi)部，通過煤層之間所具有的裂隙和孔隙持續(xù)降壓，使得甲烷從煤巖中源源不斷地產(chǎn)出，在濃度差與壓力差的影響下，推動(dòng)了甲烷分子從煤巖內(nèi)部不斷向表面轉(zhuǎn)移，從而使得甲烷不斷解吸出來，一直到整個(gè)煤層的甲烷開采完為止。

3排采對儲(chǔ)層滲透率的影響

在煤層氣井生產(chǎn)和開采中，其應(yīng)力的改變是一個(gè)較長期的過程。隨著排水工作的不斷開展，煤層氣井的動(dòng)液面會(huì)隨之降低，借助于壓力傳導(dǎo)原理，煤層中的孔隙、裂隙所具有的壓力也會(huì)有所降低；如果確保圍巖壓力保持恒定，那么孔隙、裂隙與煤巖之間的壓力差會(huì)相應(yīng)增加。在氣井產(chǎn)量控制、壓力控制、速度控制中，壓差具有重要的作用。如果煤層氣井通過水力壓裂進(jìn)行改造，從應(yīng)力分布上講，雖然不會(huì)出現(xiàn)大范圍的重新分布，然而，小范圍的應(yīng)力變化是難以避免的，從而對裂縫導(dǎo)流水平和能力產(chǎn)生較大的影響。

對于儲(chǔ)層滲透性而言，煤層氣井的排采起著非常關(guān)鍵的作用，因?yàn)樵谂挪晒ぷ髦袠O易引起煤體結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)存應(yīng)力出現(xiàn)不同程度的變化，這樣就會(huì)對裂縫閉合造成一定影響，從而導(dǎo)致滲透率出現(xiàn)變化。

4排采速率對煤層氣井產(chǎn)能的影響

為了提高煤層氣井的產(chǎn)氣量，必須不斷優(yōu)化和改進(jìn)排采工藝。煤層氣井的氣、水產(chǎn)量變化可分為三個(gè)階段：排水降壓階段、穩(wěn)定生產(chǎn)階段和氣產(chǎn)量下降階段。通過改進(jìn)排水工藝，一方面能夠降低儲(chǔ)層壓力，另一方面還可以降低水飽和度，從而提高相對滲透率，這樣有助于提高產(chǎn)氣量。

在排采過程中要嚴(yán)格控制排采速率，如果液面下降速度太快或者排采速率過大，就會(huì)造成煤層氣井滲透率不斷降低、裂縫閉合情況頻繁、出現(xiàn)速敏作用以及排采半徑有所減少，從而導(dǎo)致產(chǎn)氣效率降低，嚴(yán)重時(shí)造成整井報(bào)廢。一般，在實(shí)際排水生產(chǎn)過程中，在生產(chǎn)流量的控制上一般采用先小后大的方法，通過對排出流體連續(xù)觀察分析，逐步提高生產(chǎn)排量，最終找到合理的排采速率。

5不連續(xù)排采對煤層氣井產(chǎn)能的影響

若由于修井、卡泵和關(guān)井導(dǎo)致排采中斷的，不能連續(xù)排采直接影響煤層氣井產(chǎn)能產(chǎn)能，究其原因主要是速敏效應(yīng)造成的。一旦停泵，就會(huì)導(dǎo)致液面回升，那么壓力差就會(huì)相應(yīng)降低，從而造成速敏效應(yīng)相應(yīng)減緩。如果重啟抽采，則液面會(huì)有所降低，再次造成速敏效應(yīng)出現(xiàn)，有可能比先前更加強(qiáng)烈，這樣會(huì)對儲(chǔ)層造成嚴(yán)重傷害。

不連續(xù)排采所具有的影響主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）導(dǎo)致壓力波及范圍縮小，此外還可能造成降壓漏斗不能夠順利擴(kuò)展，如果恢復(fù)排采，則需要較長的排水時(shí)間，這樣就導(dǎo)致產(chǎn)氣效率有所降低；（2）水極易將煤層裂隙填充，從而導(dǎo)致氣流阻隔；（3）由于地層壓力回升，在煤層中容易使得甲烷被再次吸附。

6排采工作制度對煤層氣井產(chǎn)能的影響

煤層產(chǎn)期前，首先必須了解氣體解吸需要降低多少壓力，換而言之就是動(dòng)液面變化量。通過表1中臨界產(chǎn)氣壓力、原始儲(chǔ)層壓力，制定適宜的排采強(qiáng)度，并且一定要控制住動(dòng)液面的下降幅度。在潘莊區(qū)塊的排采強(qiáng)度一般控制在2～5沖次，動(dòng)液面下降幅度控制在5～15m/d左右。防止動(dòng)液面下降多塊，造成吐砂、吐粉。

當(dāng)煤層開始產(chǎn)氣之后，因?yàn)榫擦飨嗟淖兓簿褪怯砷_始的單相流轉(zhuǎn)變成兩相流，使得產(chǎn)液量大幅度降低，如果不改變工作制度，就會(huì)使得排采強(qiáng)度相應(yīng)增加。此時(shí)如果要想降低排采強(qiáng)度，必須借助于工作制度的改進(jìn)和優(yōu)化，來完成對氣水產(chǎn)量、井底壓力以及套管壓力的管理和控制。因此氣水產(chǎn)量、動(dòng)液面以及套管壓力經(jīng)常發(fā)生變化，一般以控制井底壓力作為主要的控制方式。通常體現(xiàn)在對壓降速度、產(chǎn)氣高峰時(shí)間以及峰值的控制等。在產(chǎn)氣后，要穩(wěn)定的控制好動(dòng)液面，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步的定壓排采。

通過表2可以分析出，潘莊區(qū)塊煤層氣井產(chǎn)氣后日產(chǎn)水量都很小，而且平均日產(chǎn)氣量都較高，再加之該區(qū)塊地應(yīng)力值小，排采時(shí)對儲(chǔ)層滲透率的影響小，氣井產(chǎn)氣后可通過煤儲(chǔ)層的自調(diào)節(jié)效應(yīng)使煤儲(chǔ)層滲透性逐漸變好，排采工作制度有一定的可調(diào)性和容錯(cuò)性。

7結(jié)束語

綜上所述，我們在晉城寺河潘莊區(qū)塊煤層氣開發(fā)的實(shí)際生產(chǎn)工作中，根據(jù)潘莊區(qū)塊煤層埋藏淺、煤儲(chǔ)層原始滲透性好和地應(yīng)力小的特點(diǎn)，我們的排采工作制度要保持“連續(xù)、緩慢、穩(wěn)定”的六字方針，即煤層氣井一定要保持連續(xù)運(yùn)行、緩慢降低動(dòng)液面、穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)的整體下降，形成大范圍有效井間干擾的工作制度，并以此來提升煤層氣井的產(chǎn)能的有利影響，提高煤層氣井產(chǎn)量。