沙曲井田煤層氣高效生產(chǎn)工藝技術(shù)優(yōu)化

劉彥鋒

(山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048204)

·試驗(yàn)研究·

沙曲井田煤層氣高效生產(chǎn)工藝技術(shù)優(yōu)化

劉彥鋒

(山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048204)

沙曲井田部分煤層氣井存在產(chǎn)水量大，液面下降困難等問題，通過對(duì)該區(qū)含水層分析可知，8號(hào)煤層直接頂板L1灰?guī)r裂隙發(fā)育，含水量大，可能為氣井產(chǎn)水量補(bǔ)給源。本文采用封隔器封堵、軟金屬套管補(bǔ)貼、修改射孔壓裂方案等工藝技術(shù)，驗(yàn)證了氣井產(chǎn)水量補(bǔ)給源且有效控制了氣井液面下降，提高了煤層氣產(chǎn)量。

煤層氣井；含水層；封隔器封堵；套管補(bǔ)貼；壓裂

排水降壓是目前煤層氣地面排采的主要方法，排水使煤儲(chǔ)層壓力降低至臨界解吸壓力以下，吸附在煤層孔隙中的煤層氣才能夠解吸出來。但在柳林地區(qū)的沙曲井田，煤層氣井產(chǎn)水量差異較大，部分氣井投運(yùn)較長時(shí)間后，液面下降緩慢，井底流壓下降困難，產(chǎn)氣量不高。目前，統(tǒng)計(jì)的沙曲井田37口煤層氣生產(chǎn)井中，單井日產(chǎn)水量小于5 m3/d的僅5口，日產(chǎn)水量大于10 m3/d的為20口，有的井排采2～3個(gè)月液面降幅僅200 m左右。因此，需研究該區(qū)水文地質(zhì)特征，尋找煤層氣井產(chǎn)水量大的原因，對(duì)煤層氣生產(chǎn)工藝技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，以期為煤層氣高效開發(fā)提供理論與實(shí)踐依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

沙曲井田位于呂梁市柳林縣沙曲礦南翼，面積138.35 m2，該區(qū)共發(fā)育煤層17層，主采煤層為山西組的2#、3#、4(3+4)#、5#煤層，太原組的8#、9#、10#煤。井田內(nèi)煤層氣平均含氣量最大為9#煤層17.01 m3/t，其次為8#煤層13.52 m3/t, 最小為2#煤層為10.65 m3/t[1].

根據(jù)煤層氣井排采層位與鉆井類型的不同，柳林地區(qū)的煤層氣井可劃分為5種模式[2]，A模式：?jiǎn)尾?#+4#+5#煤層；B模式：?jiǎn)尾?#+9#+10#煤層；C模式：合采3#+4#+5#與8#+9#+10#煤層；D模式：?jiǎn)尾?#+10#煤層；E模式：水平井采3#+4#煤層。

該區(qū)煤層氣開發(fā)主要目的層為山西組的2#、3#、4#、5#以及太原組的8#、9#、10#煤層。開采模式主要采用A、B、C、D四種模式。

2 煤層氣井高產(chǎn)水影響因素分析

高產(chǎn)水煤層氣儲(chǔ)層產(chǎn)出的水一般來自其外部含水層，而其外部含水層主要指的是煤層頂?shù)装錥3].因此，對(duì)該區(qū)主要含水層的剖析是研究重點(diǎn)。

柳林地區(qū)有6套主要含水層組，其中與煤層氣開采直接相關(guān)的含水層主要為二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層組和石炭系上統(tǒng)太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層組兩套含水層組[4].

沙曲礦地層柱狀圖見圖1. 根據(jù)圖1可知，二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層組由K3砂巖組成,局部相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖或泥巖，含水層砂巖裂隙大部分充填方解石脈或鈣質(zhì)薄膜，開啟性、連通性較差，儲(chǔ)水空間小，富水性較弱。石炭系上統(tǒng)太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層組主要由5層石灰?guī)r(L1～L5)組成，裂隙較發(fā)育，連通性好，接受補(bǔ)給容易，富水性較強(qiáng)。L1灰?guī)r是8#煤層直接頂板，且該灰?guī)r層是一套巖溶裂隙性含水層系。該區(qū)壓裂裂縫監(jiān)測(cè)顯示，壓裂裂縫高度超過了煤層厚度，水力壓裂裂縫直接溝通了煤層和頂部的灰?guī)r含水層[5].

圖1 沙曲礦地層柱狀圖

綜合分析可知，該地區(qū)3#和4#煤層含水量?。?#煤層頂、底板皆為泥質(zhì)巖，供水性差；奧灰水對(duì)下組煤層的滲流補(bǔ)給較小；只有8#煤層直接頂板灰?guī)r是巖溶裂隙性富水層系， 8#煤層與直接頂板灰?guī)r溝通，導(dǎo)致產(chǎn)水量大，液面下降緩慢。

3 高效生產(chǎn)工藝技術(shù)

通過分析，8#煤層頂板灰?guī)r為氣井產(chǎn)水補(bǔ)給源，為提高煤層氣井產(chǎn)氣量，提出以下高效生產(chǎn)工藝技術(shù)：

3.1 封隔器封堵措施

選取液面下降困難的3口煤層氣井進(jìn)行封隔器封堵作業(yè)，將8#+10#煤層完全隔斷，只對(duì)上層2#+3#+4#煤層進(jìn)行排采作業(yè)，即C模式排采變?yōu)锳模式，具體參數(shù)示意圖見圖2.

圖2 SQN-X封隔器封堵示意圖

封隔器封堵作業(yè)后，3口煤層氣井產(chǎn)水量明顯降低，產(chǎn)氣量均有所提高(見表1)，從側(cè)面印證了太原組含水層為產(chǎn)水量補(bǔ)給源。但由于封隔器隔斷了上組煤與下組煤8#和10#煤層的溝通，且2#(平均煤厚0.89 m)、3#(平均煤厚0.87 m)和4#煤層(平均煤厚1.50 m)較薄，瓦斯含量低，隨著排采時(shí)間的增加，導(dǎo)致這些井產(chǎn)氣量逐步下降，甚至不產(chǎn)氣。

表1 分割器封堵作業(yè)前后數(shù)據(jù)表

3.2 軟金屬套管補(bǔ)貼

通過對(duì)該區(qū)含水層分析及氣井封堵試驗(yàn)，基本可以確定這部分井液面補(bǔ)給主要來源于下組煤層。由于上組煤層瓦斯含量較低，排采周期較短，需進(jìn)一步驗(yàn)證8#煤層段是否為主要含水層，并采用軟金屬套管補(bǔ)貼技術(shù)對(duì)8#煤層射孔段進(jìn)行封堵試驗(yàn)，排采下組10#煤中煤層氣，以提高產(chǎn)氣量。

軟金屬套管補(bǔ)貼試驗(yàn)井選擇SQN-X井，該井產(chǎn)水量大，排水池?zé)o法滿足排水要求，且10#煤層較厚，瓦斯含量較高(見表2)，滿足該試驗(yàn)條件。

SQN-X軟金屬套管補(bǔ)貼作業(yè)，完成補(bǔ)貼井段深度755.06～761.53 m，篩管位置764.10 m，位于10#煤層上部，見示意圖3.SQN-X井軟金屬套管補(bǔ)貼前后對(duì)比情況見表3.

表2 SQN-X井煤層數(shù)據(jù)表

圖3 軟金屬套管補(bǔ)貼井身結(jié)構(gòu)示意圖

井號(hào)補(bǔ)貼前(B模式)補(bǔ)貼后(D模式)最大產(chǎn)水量/m3/d日產(chǎn)水量/m3/d日產(chǎn)氣量/m3/d最大產(chǎn)水量/m3/d日產(chǎn)水量/m3/d日產(chǎn)氣量/m3/dSQN-X9.61.307.61.8530

由表2，表3可知，套管補(bǔ)貼后與封隔器封堵相比，產(chǎn)氣量有所提高，從230 m3/d上升至530 m3/d，但二者產(chǎn)水量變化不大，可以判定該井主要供水層為8#煤層段，判定8#煤層在射孔和壓裂過程中與上覆灰?guī)r層溝通。因此，對(duì)其它存在同樣問題的井可以采取套管補(bǔ)貼手段進(jìn)行排采優(yōu)化，提高產(chǎn)氣量。

3.3 壓裂方案的優(yōu)化

上述分析與試驗(yàn)表明，8#煤層與上覆含水層溝通是導(dǎo)致該區(qū)部分井產(chǎn)水量大的原因， 可修改射孔和壓裂方案，即射孔位置從8#煤層全層改為8#煤層頂板下1 m左右開始，控制足夠的距離避免射孔壓裂時(shí)煤層與上覆巖層溝通。壓裂方案修改前后的對(duì)比情況見表4.

表4 壓裂方案修改前后的對(duì)比表

從部分井壓裂方案優(yōu)化前后的產(chǎn)水量和產(chǎn)氣量對(duì)比可以看出，壓裂方案優(yōu)化后各井的產(chǎn)水量減少4 m3左右，產(chǎn)氣量平均增加了470 m3，均取得了不錯(cuò)的效果。

4 結(jié) 論

1) 沙曲井田3#和4#煤層含水量?。?#煤層頂、底板皆為泥質(zhì)巖，供水性差；奧灰水對(duì)下組煤層的滲流補(bǔ)給較??；8#煤層直接頂板灰?guī)r是巖溶裂隙性富水層系，8#煤層與直接頂板灰?guī)r溝通，導(dǎo)致產(chǎn)水量大，液面下降緩慢。

2) 采用封隔器對(duì)下組煤層進(jìn)行封堵作業(yè)后，氣井產(chǎn)水量明顯降低，產(chǎn)氣量均有所提高，印證了太原組含水層為產(chǎn)水量補(bǔ)給源。但由于封隔器隔斷了上組煤與下組8#和10#煤層的溝通，而且上組煤層厚度較薄，瓦斯含量低，排采時(shí)間的增加導(dǎo)致這些井產(chǎn)氣量逐步下降，甚至不產(chǎn)氣。

3) 軟金屬套管補(bǔ)貼后與封隔器封堵相比，產(chǎn)氣量有所提高，但二者產(chǎn)水量變化不大，可以判定該井主要供水層為8#煤層段，8#煤層在射孔和壓裂過程中與上覆灰?guī)r層溝通。對(duì)其它存在同樣問題的井可以采取套管補(bǔ)貼手段進(jìn)行排采優(yōu)化，提高產(chǎn)氣量。

4) 8#煤層與上覆含水層溝通是導(dǎo)致該區(qū)部分井產(chǎn)水量大的原因， 可修改射孔和壓裂方案，即射孔位置從8#煤層頂板下1 m左右開始，控制足夠的距離避免射孔時(shí)煤層與上覆巖層溝通，減少氣井產(chǎn)水量，降低排水降壓難度，提高氣井產(chǎn)量。

[1] 常會(huì)珍.離柳礦區(qū)沙曲井田煤層含氣性及主控因素分析[J].山西焦煤科技，2015(4)：48-51.

[2] 許 浩，湯達(dá)禎，郭本廣，等.柳林地區(qū)煤層氣井排采過程中產(chǎn)水特征及影響因素[J].煤炭學(xué)報(bào),2012,37(9)：1581-1585.

[3] 謝詩章，許 浩，湯達(dá)禎，等.煤層氣儲(chǔ)層產(chǎn)水量的分類和成因分析[J].煤田地質(zhì)與勘探，2016，44(1)：47-50.

[4] 張文忠，周尚忠，孟尚志.山西省柳林區(qū)塊水文地質(zhì)條件及其對(duì)煤層氣富集成藏的影響[A].葉建平.中國煤層氣技術(shù)進(jìn)展—2011年煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京：地質(zhì)出版社，2011.

[5] 任光軍，王 莉，婁劍青.柳林地區(qū)水文地質(zhì)特征及其對(duì)煤層氣生產(chǎn)井的影響[A].中國煤炭學(xué)會(huì)煤層氣專業(yè)委員會(huì).2008年煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C].北京：地質(zhì)出版社，2008.

OptimizationofCoalbedMethaneEfficientProductionProcessTechnologyinShaquCoalField

LIUYanfeng

Problems of higher water content and difficulty in dewatering in coalbed methane wells are obvious in the Shaqu coal field. Analysis on the aquifer are conducted, it can be seen that the No.1 roof fissure zone developed with large water content which may be the water source. In this paper, the method of packer block, soft metal casing, modifed the perforation fracturing program and other technologies are implemented to verify the water source in gas wells, and by so, the water level being controlled down effectively, the coalbed methane production being improved.

Coalbed methane well; Aquifer; Packer plugging; Casing patching; Fracturing

[TD741]

：B

：1672-0652(2017)07-0022-04

2017-06-15

劉彥鋒(1991—)，男，山西忻州人，2012年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)，助理工程師，從事煤層氣開發(fā)地質(zhì)與產(chǎn)能研究工作(E-mail)553216480@qq.com