昔陽井田煤層氣井產(chǎn)氣量控制因素及增產(chǎn)措施

王艷峰

(山西藍焰煤層氣集團有限責任公司，山西 晉城 048204)

·技術(shù)經(jīng)驗·

昔陽井田煤層氣井產(chǎn)氣量控制因素及增產(chǎn)措施

王艷峰

(山西藍焰煤層氣集團有限責任公司，山西 晉城 048204)

昔陽區(qū)塊位于沁水盆地東部邊緣中北部，太行山隆起的西翼，其基本構(gòu)造形態(tài)為向西傾斜的單斜構(gòu)造。煤系地層與上下圍巖的厚度大體穩(wěn)定。該區(qū)塊作為陽泉藍焰煤層氣公司的主力生產(chǎn)區(qū)塊，可采量相對較大，但區(qū)內(nèi)構(gòu)造比較復(fù)雜，開采難度大，抽采效率低，因此，有必要加強該區(qū)塊煤層氣排采規(guī)律的研究。通過對排采強度、煤粉及壓裂砂的吐出、一級增壓設(shè)備的影響、抽油機設(shè)備故障及氣候條件變化等主要因素動態(tài)數(shù)據(jù)的分析，提出提高排采效率及煤層氣井產(chǎn)氣量，并優(yōu)化本區(qū)塊排采工作制度。

煤層氣；昔陽井田；排采控制因素；排采工作制度

煤層氣排采工程是所有人工干預(yù)和誘導(dǎo)工程中持續(xù)時間最長、煤層氣賦存環(huán)境變化最多樣的環(huán)節(jié)。我國儲層屬性的多樣性、地質(zhì)條件的復(fù)雜性決定了排采過程中煤層氣直井壓力傳遞的主控因素及變化規(guī)律，煤層氣產(chǎn)出時煤儲層所受的有效應(yīng)力、基質(zhì)變形、滲透率等關(guān)鍵參數(shù)變化的主控因素及變化規(guī)律不同，排采時需要針對不同情況制定相對合理的排采工作制度?；谙鄳B(tài)劃分的排采階段及排采工作制度無法適應(yīng)多樣的煤儲層屬性及地質(zhì)特征。

1 區(qū)塊基本的地質(zhì)特征

某區(qū)塊位于沁水盆地東部邊緣的中北部，太行隆起之西翼，其基本構(gòu)造形態(tài)為向西傾斜的單斜構(gòu)造。主要的煤儲層有山西組3#煤，太原組的8#、9#和15#煤儲層。其中太原組的8#、9#和15#煤儲層為本區(qū)塊煤層氣開發(fā)的主要目的煤層。區(qū)內(nèi)構(gòu)造比較復(fù)雜，主要分布了杏莊、白陽泉村、任家垴、李家溝、石亭、司家溝、杏莊東7條背斜和杏莊、石亭、居仁、秦山、龍眼5條向斜，區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育較少，只是在XY-375井附近局部地區(qū)發(fā)育了幾條斷距大于10 m以上的斷層。據(jù)區(qū)內(nèi)的8#、9#煤儲層甲烷含量等值線圖表明：生產(chǎn)北部地區(qū)的甲烷含氣量普遍較高，含氣量為13～17 m3/t，理論上北部地區(qū)氣井的產(chǎn)氣量應(yīng)該較高，但是由于北部地區(qū)發(fā)育大量陷落柱，陷落柱密度較高，就嚴重地破壞了煤儲層頂?shù)装宓姆忾]性與連續(xù)性，使得煤儲層甲烷含量容易大量逸散，致使煤儲層壓力大幅度降低，不利于煤儲層甲烷大幅度解吸，降低了煤層氣氣井的產(chǎn)氣量。

2 區(qū)塊內(nèi)產(chǎn)氣影響因素

1) 氣候條件影響。

該區(qū)塊供氣量從每年的3—4月才開始小幅度回調(diào)上升，從每年的10月份日均供氣量就開始逐步下降，滲透率變化、吸附解析、產(chǎn)出后氣體的運移速率應(yīng)當是氣溫對煤層氣的產(chǎn)出量的主要表現(xiàn)，這就是其主要原因。煤層氣中有害無益的組分有煤層氣中機械雜質(zhì)及水汽，它們的存在降低了煤層氣的熱值，減小了輸氣管道對其它有效組分的輸送。當輸氣管道環(huán)境溫度變化時，可能會形成液態(tài)水、冰或甲烷水合物，引起水汽從煤層氣中析出，這些物質(zhì)的存在會減小輸氣管線的通過能力，增加輸氣壓降，嚴重時還會影響平穩(wěn)供氣，堵塞閥門和管線。

2) 增壓系統(tǒng)影響。

增壓系統(tǒng)作為對昔陽井田煤層氣井產(chǎn)氣量最重要的影響因素而存在的。從2013年3月開始，陸續(xù)對北區(qū)10個集輸站安裝了一級增壓系統(tǒng)，各集輸站產(chǎn)氣量在投運前期大幅度提升。而從2014年開始，該10個集輸站產(chǎn)氣量逐漸下降，而剩余8個未安裝一級增壓系統(tǒng)的集輸站衰減程度很小，總體上產(chǎn)氣量開始陸續(xù)衰減，因此一級增壓系統(tǒng)運行狀況對煤層氣井產(chǎn)氣量可以產(chǎn)生很大影響。一級、二級增壓設(shè)備的停機故障，以及下游用氣的不穩(wěn)定性造成一級、二級增壓設(shè)備的停機操作，以及增壓系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)頻率經(jīng)常進行調(diào)整，這些原因會對煤層氣井的產(chǎn)氣造成很大的影響。具體主要表現(xiàn)為：

a) 增壓設(shè)備的頻繁操作及停開機操作，會對煤儲層滲透率、儲層壓力等參數(shù)的正常變化狀態(tài)產(chǎn)生一定的影響作用，會間接地影響煤層氣單井的長期穩(wěn)定變化狀態(tài)。

b) 增壓設(shè)備的頻繁操作及停開機操作，容易造成煤粉及壓裂砂的突出，使煤層氣在運移過程中的速度不穩(wěn)定，出現(xiàn)卡泵等停機故障。

c) 2016 年北區(qū)區(qū)塊內(nèi)的增壓機停機43次對各集輸站的供氣量產(chǎn)生直接影響。

d) 對導(dǎo)致井底流壓增大產(chǎn)生直接的影響作用，因為增壓設(shè)備停機期間井場壓力上升，重新開機后通過提高系統(tǒng)運轉(zhuǎn)頻率，造成煤層基質(zhì)的有效應(yīng)力增大，大幅度地降低井底流壓，壓裂通道中微小孔道閉合，煤巖受到壓縮，使本來滲透率就不高的煤巖儲層的滲透率發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的降低，引起壓敏效應(yīng)。

3) 雨季雷雨天氣造成間斷停機，排采不連續(xù)。

夏季雷雨天氣容易造成井場抽油機設(shè)備停止運行以及高壓電路停電，對煤層氣井產(chǎn)氣量產(chǎn)生了嚴重的影響，也對煤層氣井的正常運行產(chǎn)生了影響作用：

a) 停機會使地層壓力回升，造成排采終止，而煤層儲層裂隙中的甲烷會被重新吸附，促使甲烷多產(chǎn)生了一個附加的流動阻力，在煤巖基質(zhì)中比正常生產(chǎn)狀態(tài)下，造成部分甲烷滯留在煤巖孔隙等滲流通道中，產(chǎn)生氣鎖效應(yīng)，直接導(dǎo)致甲烷氣體的解吸和運輸受到抑制。

b) 煤層儲層滲透率、孔隙度等物性參數(shù)的穩(wěn)定變化，其自我調(diào)節(jié)處于長期穩(wěn)定變化狀態(tài)，長期穩(wěn)定的變化理論上可以形成一種“排采慣性”。停機的時間越長，煤層儲層孔隙度、滲透率等物性參數(shù)的穩(wěn)定變化便受到抑制，對煤層氣井的排采慣性影響也就越大。而當停機之后再次進行連續(xù)排采時，促使?jié)B透率受到壓敏效應(yīng)的作用造成了不可逆轉(zhuǎn)的變化，被抑制的物性參數(shù)得不到及時恢復(fù)，使后期產(chǎn)量降低。

c) 會直接導(dǎo)致井底流壓的增大。因為停機期間動液面上升，而重新開機后通過增大泵排量大幅度降低井底流壓，會促使煤巖受到壓縮，造成煤層基質(zhì)的有效應(yīng)力增大，壓裂通道中微小孔道閉合，使本來滲透率就不高的煤巖儲層的滲透率發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的降低。

4) 水文地質(zhì)條件影響。

太原組15#煤上有K2、K3 和 K4 灰?guī)r3層，含灰?guī)r段平均厚33 m. K3灰?guī)r層位也穩(wěn)定，厚0.3～8.1 m，含泥質(zhì)及大量生物碎屑；K2灰?guī)r質(zhì)較純，層位穩(wěn)定，厚0.95～6.6 m，常被泥質(zhì)巖分隔成3～4 層。埋藏較深的富水性級弱，可視為非含水層。較淺的含水層補給條件好，滲透性較強。生產(chǎn)北區(qū)產(chǎn)氣井表現(xiàn)出明顯的區(qū)域性，整體日產(chǎn)水量較低，大部分氣井日產(chǎn)水量水小甚至是無水，在生產(chǎn)北區(qū)西北、北部、中部地區(qū)氣井日產(chǎn)水量均很低，特別是在 409#集輸站附近的氣井，產(chǎn)水量較高。總而言之，影響煤層氣產(chǎn)量的一個重要因素是水文地質(zhì)條件，生產(chǎn)北區(qū)產(chǎn)水量均較小甚至無水，是那些日產(chǎn)氣量較高的地區(qū)，對氣井的長期穩(wěn)定的排采具有直接的影響。當氣井液面降低至15#煤頂板附近或者是 K3 層附近的時候，液面儀器所測氣井的液面數(shù)據(jù)與實際情況不相符，準確性較差，液面儀器所測大部分氣井的液面沉沒度較小，液面數(shù)據(jù)相對較為準確，但是部分氣井的液面數(shù)據(jù)與實際相差甚遠，也不太準確，可能與壓裂的層位也有一定的關(guān)系。

3 昔陽井田煤層氣井增產(chǎn)措施

1) 當前面臨難題。

a) 北區(qū)煤層氣井排采制度混亂及不統(tǒng)一，因為其煤層氣井前期排采制度的缺失，造成氣井產(chǎn)量階梯式下降，單井液面很低，甚至很多氣井不產(chǎn)氣，使工區(qū)現(xiàn)在沒有有效的增產(chǎn)措施，對氣井的后期排采效果產(chǎn)生了嚴重的影響。

b) 北區(qū)煤層氣井產(chǎn)水量很少，底壓力計顯示液面位于15#煤層以上10 m內(nèi)，而液面儀實測液面在9#～11#附近，因此存在很大的誤差。

2) 2016年度北區(qū)在增產(chǎn)方面做的主要工作。

進行間歇性調(diào)整停運實驗，針對無水停機井及水少氣小單井，對各項排采數(shù)據(jù)的變化情況進行觀察，其中9口井產(chǎn)氣量通過3個月的排采出現(xiàn)下降，其他的單井產(chǎn)氣量維持不變；XY-364維持高產(chǎn)(3 000 m3以上)達兩年，現(xiàn)下降為 2 400 m3，而2016年高產(chǎn)井 XY-375、386、364 單井氣量下降嚴重，通過排采強度及液面的控制使產(chǎn)氣量達不到 3 000 m3以上；在2016年1—3月，對163#集輸站各單井采取控壓措施，該集輸站日均產(chǎn)氣量增產(chǎn)效果較差，同其他集輸站一樣緩慢下降；2016 年修井50口，產(chǎn)氣量無明顯的提升。

3) 增產(chǎn)措施。

為了保證高產(chǎn)井的正常運行，需要加強對高產(chǎn)井的監(jiān)測工作；對各級增壓系統(tǒng)運行情況進行及時掌握和了解，做好與管道增壓工區(qū)及調(diào)度室協(xié)調(diào)工作；做好各集輸站的煤層氣的放空工作，當增壓機停機或者下游用氣不穩(wěn)定時，可以防止對煤層氣井的進一步損壞；可以在高產(chǎn)區(qū)域進行二次(重復(fù))壓裂改造，防止前期壓裂效果差的情況；冬季氣溫較低，冰、液態(tài)水、甲烷水合物等這些從煤層氣中解析出的水汽凝結(jié)成的物質(zhì)，會減小輸氣管線的通過能力，增加輸氣壓降，對產(chǎn)量產(chǎn)生嚴重的影響，可以采取一些積極的方法減少這些物質(zhì)的形成； 409、362、237、189 站附近封閉性較好，地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，因此可以進行加密井試驗，為增產(chǎn)提供措施準備。

4 結(jié) 語

昔陽井田煤層氣井的主要情況：生產(chǎn)北區(qū)產(chǎn)氣井表現(xiàn)出明顯的區(qū)域性，整體日產(chǎn)水量較低，在生產(chǎn)北區(qū)西北、北部、中部地區(qū)，大部分氣井日產(chǎn)水量水小甚至是無水，向氣井日產(chǎn)水量均很低，而409#集輸站附近的氣井，產(chǎn)水量較高。背斜核部的氣井產(chǎn)氣量低于兩翼的氣井產(chǎn)氣量，向斜核部的煤層氣井產(chǎn)氣量要明顯高于向斜兩翼的氣井等。針對其影響因素需要提出積極的增產(chǎn)措施，保證高產(chǎn)井的正常運行。

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ControllingFactorsandStimulationMeasuresforGasProductionRateofCoalbedMethaneWellinXiyangMineField

WANGYanfeng

Xiyang gas zone is located in the eastern margin of the Qinshui Basin and western side of the Taihang Mountains. With the character of westward inclined monoclinic structure, the thickness of coal strata and the surrounding rock is generally stable. The structure in the area is rather complicated, and the exploitation is difficult, the pumping efficiency is low. Being the major gas zone with relatively large amount recoverable reserve in Blue Flame Coalbed Methane Company, Yangquan, it has become a must to strengthen the research work on CBM drainage. The paper analyses the onsite dynamic data, the discharge intensity, the release of pulverized coal and fractured sand, the impact of primary pressurization equipment, the equipment failure of pumping units and climate conditions are also considered. Targeted measures are proposed to improve the efficiency of drainage and gas production in CBM wells, making the drainage system more optimized.

CBM; Control factors of drainage; Drainage working system

2017-08-24

王艷峰(1988—)，男，山西高平人，2011年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，助理工程師，主要從事煤層氣排采技術(shù)管理工作

(E-mail)709919877@qq.com

TD712

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1672-0652(2017)11-0012-03