多煤層疊置條件下的煤層氣合層排采

朱家偉

摘 要：針對(duì)六盤水松河礦區(qū)煤層氣基礎(chǔ)地質(zhì)特征和開發(fā)井S-1井合層排采的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析了適合研究區(qū)合層排采的地質(zhì)因素，總結(jié)了合層排采的工藝技術(shù)，探索了影響排采過程的因素。合層排采適合于滲透率、壓力梯度、臨儲(chǔ)比相近的煤層；整個(gè)合排過程可劃分為排水、憋壓、控壓、穩(wěn)產(chǎn)、合排5個(gè)階段。

關(guān)鍵詞：煤層氣 合層排采 排采工藝 影響因素 六盤水

中圖分類號(hào)：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）09（c）-0056-02

煤層氣的開發(fā)利用可以有效降低煤礦生產(chǎn)的危險(xiǎn)系數(shù)，同時(shí)能夠緩解能源和環(huán)境壓力。六盤水煤田煤層層數(shù)多、厚度大、分布穩(wěn)定，具有良好的煤層氣開發(fā)價(jià)值[1]。

本文以S-1井合層排采為例，分析六盤水地區(qū)合層排采的地質(zhì)控制因素。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于黔西地區(qū)，構(gòu)造位置處于土城向斜，井田出露地層由老至新依次為：二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組、龍?zhí)督M，三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組、永寧鎮(zhèn)組，第四系。

通過在六盤水松河井田內(nèi)實(shí)地鉆探發(fā)現(xiàn)，區(qū)域內(nèi)龍?zhí)督M含可采煤層17層，通過含氣系統(tǒng)的劃分將其劃分為5個(gè)煤組[2]：第一煤組：1+3、4、51；第二煤組：62、9、11、12；第三煤組：15、16；第四煤組：17、18；第五煤組：271、272、291、292、293。

2 合層排采分析

對(duì)于多煤層地區(qū)，“多層壓裂、合層排采”工藝技術(shù)既可以降低煤層氣開發(fā)的成本，同時(shí)也是增產(chǎn)的重要措施之一[3]。松河礦區(qū)由于煤層層數(shù)多、地質(zhì)參數(shù)差異性大，所以合層排采過程中需要考慮一些重要參數(shù)。

2.1 含氣量

煤層含氣量作為煤層氣開發(fā)的因素之一，對(duì)煤層氣開發(fā)起著決定性作用。通過對(duì)參數(shù)井各煤層解吸發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)煤層含氣量在6.62～20.99m3/t[4]，從圖1可以看出第二煤組、第四煤組含氣量相對(duì)較高，平均含氣量在15m3/t以上，第一煤組、第三煤組含氣量相對(duì)較低，平均含氣量在10m3/t左右，第五煤組各煤層含氣量相差較大，293煤含氣量達(dá)到20m3/t。從含氣量的組成來(lái)看，解吸氣量占比最大有利于煤層氣解吸。

2.2 滲透率

研究區(qū)主要以塊煤為主，含少量碎塊煤，裂隙較為發(fā)育，通過對(duì)部分煤樣做壓汞測(cè)試分析，各煤層總體以小孔和微孔為主，僅1+3煤孔隙度最大。通過對(duì)參數(shù)井試井分析，整體滲透率較低，屬于低滲儲(chǔ)層，且隨著埋深的增加，滲透率變差。因此，在研究區(qū)對(duì)主要煤層采用了“多段壓裂”的工藝，以增加煤儲(chǔ)層滲透率，從而達(dá)到合層排采的要求。

2.3 儲(chǔ)層壓力梯度

儲(chǔ)層壓力梯度的差異將直接導(dǎo)致不同煤層供液能力不同，研究區(qū)龍?zhí)督M煤系儲(chǔ)層壓力梯度差異較大，在1.064～1.37MPa/hm之間。通過做壓力梯度分析得出，第一煤組和第二煤組壓力梯度相當(dāng)，第三煤組與第五煤組壓力梯度相當(dāng)，適合合層排采。

2.4 臨儲(chǔ)比

煤儲(chǔ)層的臨儲(chǔ)比直接決定著煤層解吸的順序，通過計(jì)算臨界解吸壓力，可直接計(jì)算出煤層解吸時(shí)液面的高度。通過對(duì)參數(shù)井試井及測(cè)試分析，各煤層臨儲(chǔ)比和臨界解吸壓力具有很好的耦合性，呈正相關(guān)關(guān)系。9煤臨界解吸壓力和臨儲(chǔ)比最大，其次是52煤，而24煤與271煤臨儲(chǔ)比最小。因此，在排采作業(yè)過程中，正常解吸順序應(yīng)該是第二、第一、第三、第五煤組。

3 排采工藝

排采作業(yè)是煤層氣開采的重要環(huán)節(jié)之一，主要是利用排水降壓的原理，形成壓力降落漏斗，從而使煤層中吸附的甲烷解吸[5]。目前，煤層氣排采主要采用的是“五段法”，即排水階段、憋壓階段、控壓階段、穩(wěn)產(chǎn)階段、合排階段、衰竭階段[6-7]。

3.1 排水階段

S-1井共壓裂了第一煤組、第二煤組、第三煤組和第五煤組，壓裂結(jié)束后即開抽，開抽即出液，在排水初期，返排液主要以壓裂液為主，隨著液面的降低，儲(chǔ)層壓力下降，達(dá)到臨界解吸壓力，氣體開始解吸，套壓出現(xiàn)。

3.2 憋壓階段

隨著煤層繼續(xù)解吸，采取憋壓排采，此階段要求平穩(wěn)、緩慢、連續(xù)降低液面，達(dá)到第二煤組大量解吸的效果。

3.3 控壓階段

此階段液面降低到一定水平，套壓處于較高狀態(tài)，開始放氣。在放氣過程中必須嚴(yán)格控制產(chǎn)氣及套壓，防止賈敏效應(yīng)產(chǎn)生，從而導(dǎo)致產(chǎn)氣下降。為了擴(kuò)大壓降漏斗，使氣體解吸范圍增加，需要繼續(xù)降低井底流壓。

3.4 穩(wěn)產(chǎn)階段

隨著排采作業(yè)的進(jìn)行，產(chǎn)氣量達(dá)到1100m3/d，接近預(yù)期設(shè)定的目標(biāo)，因此本階段主要目標(biāo)是穩(wěn)定流壓，嚴(yán)格控制套壓和液面高度，盡量延長(zhǎng)產(chǎn)氣周期。

3.5 合排階段

隨著流壓的下降，當(dāng)?shù)诙航M流壓接近于第一煤組臨界解吸壓力時(shí)，可通過降低液面適當(dāng)降低流壓，使第一煤組開始解吸，完成第一煤組和第二煤組合排的目標(biāo)。當(dāng)?shù)谝幻航M和第二煤組進(jìn)入衰竭階段后，可通過控壓、穩(wěn)產(chǎn)、合排3個(gè)階段將第三煤組同第五煤組進(jìn)行合排生產(chǎn)。

4 排采影響因素分析

4.1 間斷排采的影響

煤層氣排采的幾個(gè)階段要求穩(wěn)定、連續(xù)的進(jìn)行，若出現(xiàn)卡泵、修井或者其他停抽原因造成作業(yè)間斷，將導(dǎo)致液面回升，儲(chǔ)層壓力重新增大，氣液“倒灌”，容易產(chǎn)生“氣鎖”及“水鎖”效應(yīng)，從而使得產(chǎn)氣能力大幅下降。

4.2 上部煤層快速裸露的影響

在排采過程中，為了使壓降漏斗不斷擴(kuò)大，需要持續(xù)降低液面，甚至裸露頂部煤層。但另一方面，快速裸露上部煤層導(dǎo)致汽水兩相流態(tài)不穩(wěn)定，滲透率降低。當(dāng)套壓較大時(shí)，環(huán)空中已解吸的氣體被上部煤層重新吸附，導(dǎo)致排采效果甚至低于單層排采，S-1井在加深泵掛作業(yè)之后實(shí)行快速降液面的排采方案，在作業(yè)后10天內(nèi)，流壓下降2MPa，直接裸露291煤以上煤層，后期減弱排采強(qiáng)度，流壓又快速恢復(fù)到2MPa以上，流壓的快速下降與上升導(dǎo)致儲(chǔ)層壓力大幅波動(dòng)。因此認(rèn)為，泵掛加深后快速的裸露第五煤組以上煤層是導(dǎo)致該井后期穩(wěn)產(chǎn)階段產(chǎn)氣量較低的主要原因之一。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）研究區(qū)煤層層數(shù)多，分布較為穩(wěn)定，將其分為5個(gè)煤組，通過對(duì)S-1井合層排采作業(yè)總結(jié)，可將第一煤組和第二煤組進(jìn)行合排，第三煤組和第五煤組進(jìn)行合排。

（2）合層排采時(shí)應(yīng)選擇煤儲(chǔ)層滲透率、壓力梯度及臨儲(chǔ)比等參數(shù)接近的煤層，按照臨儲(chǔ)比值，由大到小的順序進(jìn)行解吸，當(dāng)滲透率相差較大時(shí)，可通過多段壓裂的方式對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造，以達(dá)到相匹配的滲透率。

（3）在上部煤層進(jìn)入穩(wěn)產(chǎn)階段后，待其流壓與下部煤層臨界解吸壓力接近時(shí)方可進(jìn)行合層排采作業(yè)。在合排過程中應(yīng)嚴(yán)格控制套壓和流壓，防止套壓大幅波動(dòng)，造成煤儲(chǔ)層傷害，并且排采過程必須保持穩(wěn)定、連續(xù)的進(jìn)行。在上部煤層需要裸露時(shí)應(yīng)低速、低套、逐級(jí)降低液面，避免氣液“倒灌”，導(dǎo)致產(chǎn)氣下降。

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