化樂井田地面井壓裂地質(zhì)選井選層及地面瓦斯抽采實踐

龍海岑，馬 曙

(1. 貴州烏江能源集團有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550081；2. 中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3. 貴州能源產(chǎn)業(yè)研究院有限公司，貴州 貴陽 550025)

0 引言

國家提出“碳中和、碳達峰”戰(zhàn)略目標，大大加快了新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及清潔能源的開發(fā)利用。煤層氣作為清潔能源的一種，是國家實施降碳減排的戰(zhàn)略資源，其大規(guī)模的開發(fā)利用，能有效調(diào)整能源格局，促進生態(tài)綠色發(fā)展。《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》指出：“加快構(gòu)建清潔低碳安全高效能源體系”、“加快推進頁巖氣、煤層氣、致密油氣等非常規(guī)油氣資源規(guī)模化開發(fā)”。《國務(wù)院關(guān)于支持貴州在新時代西部大開發(fā)上闖新路的意見》中將貴州定位為“全國重要的能源基地”，要求加強天然氣和石油勘查勘探力度，推進頁巖氣、煤層氣等非常規(guī)油氣資源的勘探、開發(fā)和綜合利用。近年來，貴州省提出了“氣化貴州”戰(zhàn)略目標，在2019-2020年陸續(xù)出臺《省人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)貴州省天然氣“縣縣通”行動方案的通知》、《關(guān)于支持貴州烏江能源集團有限責(zé)任有限公司做大做強非常規(guī)天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展實施方案》、《關(guān)于貴州省“十四五”期間非常規(guī)天然氣勘探開發(fā)目標分解通知》等一系列指導(dǎo)意見，旨在加快推進全省煤層氣勘探開發(fā)利用進程，為全省提供充足氣源，保障國家能源安全?！顿F州省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》明確指出，大力發(fā)展基礎(chǔ)能源和清潔高效電力產(chǎn)業(yè)，支持加快頁巖氣、煤層氣等資源的開發(fā)利用。截至目前，貴州省具有各類煤層氣井近300口，排采井約110口，盤江煤電集團、貴州煤田地質(zhì)局、貴州省煤層氣頁巖氣工程技術(shù)研究中心和貴州烏江集團、中石化、中石油、中聯(lián)、亞加和格瑞克等單位參與了勘探開發(fā)。

貴州煤礦井下瓦斯抽采技術(shù)有穿層鉆孔預(yù)抽、順層鉆孔預(yù)抽、卸壓瓦斯抽采等方式，技術(shù)方法和現(xiàn)場運用已相對成熟。地面抽采方式[1-3]主要有地面直井抽采和定向井抽采，其中地面直井分為垂直井和地面采動區(qū)井，定向井又可分為水平井、羽狀水平井、叢式井、“U”型井等，目前還屬于探索實踐階段。各類方式也有不同的用途，影響煤礦瓦斯地面抽采方式的因素主要包括地形條件、地質(zhì)條件及鉆井工藝等。以地面抽采為例，貴州地區(qū)前期開展大量相關(guān)工作不斷地實踐、探索，在地面抽采技術(shù)在選區(qū)選井選層、鉆完井、壓裂、排采工程等方面適應(yīng)性逐步增強[4-8]。例如，(1)在選區(qū)選井選層方面，“多層次逐級優(yōu)選”的甜點區(qū)優(yōu)選評價技術(shù)、高地應(yīng)力煤體結(jié)構(gòu)測井定量表征技術(shù)等地質(zhì)綜合評價技術(shù)，使得煤層氣選區(qū)選井選層針對性和成功率大幅提升；(2)在鉆完井方面，按照不同的漏失類型，研究了針對性的堵漏處理方案，鉆完井時效、建井周期和井身質(zhì)量均有大幅提升；(3)在壓裂工藝技術(shù)方面，采取暫堵轉(zhuǎn)向、多次加砂、限流壓裂、帶壓射孔聯(lián)作等體積壓裂工藝技術(shù)，壓裂裂縫長度增加了30%，影響范圍增加40%，壓裂效果顯著提升；(4)在排采工藝技術(shù)方面，采用排采強度定量確定方法、不停產(chǎn)帶壓洗泵技術(shù)、“九點八段法”等精細化排采技術(shù)，提升了煤層氣井排采的科學(xué)性，單井抽采量穩(wěn)步提升。

從當(dāng)前全國瓦斯地面抽采情況來看，貴州地面抽采還存在單井成本高、抽采量較低等問題。要進一步提升地面瓦斯抽采效果，還需進一步研究探索適應(yīng)貴州山區(qū)地形和復(fù)雜地質(zhì)條件的地面水平井抽采技術(shù)、優(yōu)快鉆完井、壓裂工藝等，以及與煤礦開采相結(jié)合的瓦斯地面抽采達標評判技術(shù)方法等。本文在此背景之下，以貴州六盤水花樂井田(“比德-牛場區(qū)塊”)為例，結(jié)合前期的勘探成果及天然氣能投公司開采數(shù)據(jù)，立足于資源的可采性評價，開展影響煤層氣可采性的主控因素、多煤層疊置儲層精細識別研究，系統(tǒng)分析煤層的分布與穩(wěn)定性、煤層氣的保存條件與含氣性、煤層的滲透性規(guī)律等，開展多層合采產(chǎn)能影響因素的敏感性分析，最終優(yōu)選出瓦斯綜合治理的壓裂位置與層位等關(guān)鍵參數(shù)，為后續(xù)壓裂工作奠定基礎(chǔ)。

1 區(qū)塊瓦斯抽采現(xiàn)狀

貴州煤層氣(煤礦瓦斯)資源十分豐富，根據(jù)《貴州省煤層氣資源潛力預(yù)測與評價》(2012年)，全省煤層氣資源量[9-10]為30561.86億m3，平均資源豐度為1.12億m3/km2。主要集中在六盤水、織納、黔北三個煤田，共28290.21億m3，占全省煤層氣地質(zhì)資源總量的92.57%。其中，以六盤水煤田最高，為13895.26億m3，占全省地質(zhì)總資源量的45.47%，資源豐度2.26億m3/km2。2020年，六盤水地區(qū)煤礦井下瓦斯抽采量達13.57億m3、利用量7.10億m3、利用率52.30%；累計實施地面瓦斯抽采鉆井188口，其中壓裂排采井56口，2020年產(chǎn)量約700萬m3。六盤水位于貴州省西部、云貴高原一、二級臺地斜坡上，與昆明、成都、重慶、貴陽、南寧五個省會城市的距離約為300～500 km。市境東鄰安順市，南連黔西南布依族苗族自治州，西接云南省曲靖市，北毗畢節(jié)市，總面積9965 km2。比德向斜位于六盤水市水城縣境內(nèi)，向斜面積約810 km2(圖1左圖)，按行政區(qū)域進一步劃分為三個小區(qū)塊，其中：比德區(qū)塊位于水城縣比德鎮(zhèn)境內(nèi)，面積約為89 km2；牛場區(qū)塊位于六枝特區(qū)牛場鎮(zhèn)境內(nèi)，面積約為88 km2；新場區(qū)塊于六枝特區(qū)新場鎮(zhèn)境內(nèi)，面積約為155 km2。本區(qū)做過大量煤礦勘查工作，共有地質(zhì)鉆孔約300個，目前煤層氣公司勘探開發(fā)位于比德區(qū)塊及牛場區(qū)塊(圖1右圖)。

圖1 比德向斜煤層氣開發(fā)區(qū)塊圖

1.1 井田區(qū)域情況

化樂井田位于六盤水煤田六枝礦區(qū)黑塘礦區(qū)，地處貴州省六盤水市水城區(qū)比德鄉(xiāng)、化樂鎮(zhèn)及六枝特區(qū)新場鄉(xiāng)、牛場鄉(xiāng)境內(nèi)?；瘶肪飬^(qū)域地形為中高山地形，位于比德次向斜西南翼中段，總體為一單斜構(gòu)造，井田構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等類型，主要開采區(qū)域一般在15°左右，地層傾角向核部逐漸變緩，褶曲不發(fā)育，局部發(fā)育正斷層，呈南西～北東向展布。井田區(qū)域地質(zhì)情況如圖2所示。

化樂煤礦規(guī)劃生產(chǎn)能力300萬t/a，分兩期開拓，已經(jīng)建成投產(chǎn)的礦井有化樂煤礦(一期)，規(guī)模90萬t/a，主要可采煤層11層，屬近距離突出煤層群，各煤層均具有煤與瓦斯突出危險，2021年礦井絕對瓦斯涌出量43.46 m3/min，相對瓦斯涌出量77.23 m3/t，瓦斯嚴重威脅到礦井建設(shè)和安全生產(chǎn)。目前，在化樂井田(比德-牛場區(qū)塊)范圍內(nèi)，已實施瓦斯抽采地面井多座?；瘶访旱V(一期)首采的2號煤層破壞類型Ⅲ～Ⅳ、煤的堅固性系數(shù)為0.20～0.34、瓦斯壓力0.42～1.90 MPa、瓦斯含量6.43～11.57 m3/t。首采區(qū)主要采用穿層、順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，從實際抽采情況來看，抽采效果并不理想，主要原因是煤層松軟、透氣性差，導(dǎo)致瓦斯治理難度大、抽掘采失衡問題。地勘資源顯示，化樂煤礦(二期)范圍內(nèi)可采煤層的瓦斯含量為1.38～46.22 cm3/g·r，平均12.62 cm3/g·r，各煤層均為富甲烷煤層。根據(jù)瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果，二期工程南二盤區(qū)投產(chǎn)初期開采2號煤層時，絕對瓦斯涌出量76.95 m3/min，相對瓦斯涌出量39.96 m3/t。因此，化樂煤礦(二期)范圍同樣面臨瓦斯治理難題。

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》(2022年)和《防治煤與瓦斯突出細則》(2019年)，首采區(qū)煤層瓦斯含量大于12 m3/t的突出區(qū)域進行地面鉆井抽采。因此，無論按照相關(guān)規(guī)定要求，還是從化樂煤礦瓦斯治理實際需要出發(fā)，單憑井下瓦斯抽采方式難以從根本上解決化樂煤礦瓦斯問題，需結(jié)合地面鉆井抽采和礦井開拓部署，探索井上下聯(lián)合抽采模式。

1.2 煤層特點及煤厚變化

本區(qū)煤層具有典型“三高”、“三低”特征?！叭摺保好簩拥碾娮杪手禐橹懈咧?，數(shù)值變化范圍大。雙側(cè)向的數(shù)值在幾十歐姆米到幾千歐姆米，部分煤層在高成熟度和變質(zhì)情況下，煤層電阻率低值。煤層雙側(cè)向存在明顯正差異。煤層的中子孔隙度比較大，一般為40%～60%，與圍巖的孔隙度有明顯區(qū)別。煤層的聲波時差一般大于100 μs/ft，與圍巖的聲波時差差別明顯?！叭汀保好簩拥淖匀毁ゑR值低，一般在20～70 API。煤的體積密度一般小于1.75 g/cm3，其值和圍巖的體積密度(>2.3 g/cm3)具有明顯的區(qū)別，因此可用體積密度測井曲線確定煤層厚度、評價煤質(zhì)及確定煤層中的夾矸。煤層的光電吸收截面指數(shù)值低。此外，煤層的井徑曲線經(jīng)常很大，擴徑明顯。

煤層厚度變化具有一定特點，以主力煤層某5、某32為例，主力層某5煤總體由自北西向南東呈帶狀展布，并逐步減薄，煤層厚度一般為7.0～10.0 m，厚值區(qū)可達10.0～14.5 m；主力層某32煤層總體分布穩(wěn)定，西南部厚度較大，厚度分布在8～12 m，厚值區(qū)可達10.0～12.0 m。

圖3 煤厚度等值線圖

1.3 煤層氣儲量基本情況

根據(jù)煤層氣地質(zhì)綜合評價，比德-牛場區(qū)塊煤層氣有利區(qū)面積65.25 km2，煤層氣資源量242.56億m3，平均資源豐度3.72億m3/km2，如圖4所示，為某煤層有利區(qū)評價圖。其中：I類有利區(qū)面積93.89 km2，煤層氣資源量153.52億m3；II類面積44.95 km2，煤層氣資源量89.04億m3。研究區(qū)主力煤層預(yù)計探明煤層氣地質(zhì)儲量面積31.3 km2，探明地質(zhì)儲量133.24億m3，技術(shù)可采儲量60.57億m3。因此，比德、牛場區(qū)塊整體上顯示較好的勘探潛力。

圖4 某煤層有利區(qū)評價圖

2 地面抽采影響因素分析

實踐表明，煤層氣的資源基礎(chǔ)和采出條件是單井產(chǎn)量的主控因素。通過對比德-牛場區(qū)塊煤層氣地質(zhì)特征再認識及開發(fā)特征分析等分析，總結(jié)分析了影響煤層氣井產(chǎn)量的主要因素。

2.1 主力層認識與產(chǎn)量關(guān)系分析

壓裂改造作為煤層氣單井增產(chǎn)的主要工程技術(shù)措施，六盤水地區(qū)煤層氣井均經(jīng)過儲層壓裂改造后投產(chǎn)排采，但是獲取商業(yè)氣流量的前提是對目標主力供氣煤層進行壓裂改造，所以煤層地質(zhì)評價和壓裂選層是影響單井產(chǎn)氣量高低的重要因素。六盤水地區(qū)煤系地層為古生界二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M煤層，煤層經(jīng)歷過多期構(gòu)造運動，煤體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)造煤極其發(fā)育，縱向上發(fā)育多套煤層，例如大河邊區(qū)塊龍?zhí)督M發(fā)育10-15層煤，比德—牛場區(qū)塊龍?zhí)督M發(fā)育30余層煤。多煤層的疊置給主力煤層的優(yōu)選帶來很大的困難。

比德-牛場區(qū)塊煤層氣井一般采取多煤層合層開采的方式進行生產(chǎn)，煤層氣單井投產(chǎn)的層位不同，項目建設(shè)初期，對煤層主力貢獻層的有效數(shù)據(jù)有限，主力產(chǎn)氣層的分析評價不足，導(dǎo)致壓裂投產(chǎn)不同煤層組合的單井之間產(chǎn)氣量差異較大。通過不同層位的實際生產(chǎn)曲線可以看出改造煤層的選擇對于產(chǎn)氣量具有重要的影響，對于多煤層疊置情況，非主力煤層的選擇投產(chǎn)往往會導(dǎo)致煤層氣單井低產(chǎn)，所以分析研究并優(yōu)選主力煤層是解決此問題的關(guān)鍵措施。另外，對于多煤層疊置地層，由于上下煤層層數(shù)較多，并且深度跨度大，如果同時開采兩套煤層將會導(dǎo)致上下煤層解吸條件的巨大差異，不能高效進行合層開采。因此，需要通過對現(xiàn)有排采井的資料和數(shù)據(jù)進行深入研究，落實煤層氣主力貢獻層，并評估其生產(chǎn)潛能，通過針對性的壓裂改造和排采生產(chǎn)來提高非主力產(chǎn)層低產(chǎn)井的產(chǎn)氣能力。

2.2 煤層物性與產(chǎn)量關(guān)系分析

煤層孔隙度是煤儲層的重要參數(shù)之一，煤層的有效孔隙度主要為割理孔隙度。割理孔隙度直接與煤的絕對滲透率有關(guān)，是滲透率量級的控制因素，也是控制煤層產(chǎn)氣率、采收率以及生產(chǎn)年限的主要參數(shù)。通過統(tǒng)計比德區(qū)塊龍?zhí)督M上段煤層的平均孔隙度、煤層最大峰值孔隙度，編制平均孔隙度、煤層最大峰值孔隙度平面展布圖，與單井累產(chǎn)氣量疊合分析孔隙度與產(chǎn)量的關(guān)系。

結(jié)果顯示，產(chǎn)量與孔隙度有一定相關(guān)性，沿某1井、某2井等發(fā)育南北向低孔隙條帶，在低孔隙帶上的井累產(chǎn)氣量小，高孔隙區(qū)井累產(chǎn)氣量高。在未壓裂的某3井、某4井及某5井位于低孔隙區(qū)，可能為下一步壓裂施工的風(fēng)險井位。此外，通過孔隙度與累計產(chǎn)量交匯分析也可以看出，孔隙度與累產(chǎn)氣量具有一定正相關(guān)特征(圖5)。

圖5 上煤組煤層孔隙度平均值與單井累產(chǎn)氣量交匯圖

2.3 煤層含氣量與產(chǎn)量關(guān)系分析

含氣量是指煤中實際儲存的氣體含量，它與實驗室測得的吸附等溫線確定的含氣量不同。由于煤層的儲集機理和常規(guī)天然氣不同，因此利用測井方法計算含氣量就不像解釋常規(guī)天然氣那樣容易。利用測井方法直接判斷煤層中是否含氣、含氣多少是不可能的。煤層的孔隙度很低(一般小于5%)，孔隙被水充滿，游離氣和溶解氣甚少，主要是吸附氣，所以無法利用測井方法直接判斷煤層中是否含氣及含氣多少。但是，在某一區(qū)域內(nèi)煤層含氣量與測井曲線具有一定的關(guān)系，可以利用測井曲線計算煤巖成分和煤層含氣量。比德-牛場區(qū)塊實驗實測數(shù)據(jù)可作為重要參考，整體上，本區(qū)各煤層含氣量具有明顯差異，上煤組各煤層含氣量一般為11.77～16.55 m3/t，平均14.16 m3/t，下煤組各煤層含氣量一般為10.89～24.75 m3/t，平均17.82 m3/t(圖6)。

圖6 比德-牛場區(qū)塊煤層含氣量直方統(tǒng)計圖

由于實測含氣量數(shù)據(jù)點太少，本次研究主要根據(jù)測井解釋含氣量為作為分析數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計比德區(qū)塊龍?zhí)督M上段煤層的平均含氣量編制平均含氣量平面展布圖，與單井累產(chǎn)氣量疊合分析含氣量與產(chǎn)量的關(guān)系，從疊合圖上可以看出，產(chǎn)量與含氣量具有一定相關(guān)性。此外，通過含氣量與累計產(chǎn)量交匯分析也可以看出，煤層含氣量與累產(chǎn)氣量具有一定正相關(guān)特征(圖7)。

圖7 上煤組煤層含氣量平均值與單井累產(chǎn)氣量交匯圖

2.4 煤層壓裂改造與產(chǎn)量關(guān)系分析

煤層壓裂改造可有效地將井孔與煤層天然裂隙連通起來，從而在排水采氣時，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。因此，在煤層氣勘探開發(fā)中，壓裂改造作為一種重要的強化措施，已得到普遍應(yīng)用，勘探開發(fā)實踐表明，壓裂改造程度影響后期煤層氣排采。

本次研究通過統(tǒng)計各井的壓裂支撐劑用量，分別與單井累計產(chǎn)氣量、單井最大日產(chǎn)氣量、單井當(dāng)前日產(chǎn)氣量進行交匯分析，可以看出，產(chǎn)氣量隨加砂量增大而增大(圖8、圖9、圖10)。因此在后期壓裂施工中，需要最大限度提高支撐劑用量以確保后期排采效果。

圖8 單井撐劑用量與單井最高日產(chǎn)氣量交匯圖

圖9 單井撐劑用量與單井累計產(chǎn)氣量交匯圖

圖10 單井撐劑用量與當(dāng)前單井日產(chǎn)氣量交匯圖

此外，本區(qū)煤層氣井多為合層壓裂，對主力層改造針對性不強也會影響單井產(chǎn)量。為了降低壓裂作業(yè)成本往往采取投球?qū)娱g暫堵兩層合壓工藝，采用尼龍球作為層間暫堵轉(zhuǎn)向材料，但是由于傳統(tǒng)尼龍球坐封受排量和球體密度影響，封堵效率較低，即使投球之后也可能無法達到層間轉(zhuǎn)向的目的，投球之后壓裂液仍然進入低應(yīng)力薄弱煤層，使得另外一層無法達到充分改造的目的。同時，兩種產(chǎn)氣量和井底壓力數(shù)據(jù)證明單獨多個改造主力煤層具有很強的針對性，改造效果更充分。

因此，在后期壓裂施工中，對于上下相鄰的兩層煤巖，為了盡最大程度科學(xué)挖掘其潛力，需要根據(jù)兩層煤的供氣能力、相距的距離、井下單層壓裂的風(fēng)險、單井整體壓裂的經(jīng)濟性來多方論證是否進行合層。如果進行合層壓裂，尼龍球暫堵合層壓裂工藝的有效性不強，需進一步改進壓裂工藝，開展可溶材料層間暫堵合層壓裂工藝，并且優(yōu)化壓裂參數(shù)，在壓裂規(guī)模上需比單獨改造一層的規(guī)模要提升，以對兩層進行有效改造，進一步挖掘兩層的潛力。

3 煤儲層精細探測及選層分析

通過上述分析可知，壓裂目標層位的準確選擇是開展壓裂工作的關(guān)鍵。因此，以煤儲層的精細探測和選擇為例，對目標區(qū)塊地層進行精細探測，并對比優(yōu)化選取最佳儲層。本區(qū)龍?zhí)督M主要由碎屑巖組成，含煤35層，地層平均厚度347.7m，依據(jù)巖性、巖相自下而上劃分為三段。地層劃分與對比是油氣藏地質(zhì)特征研究工作的基礎(chǔ)，是描述儲層形態(tài)及其參數(shù)空間分布特征的前提，地層的合理劃分與對比是油氣藏描述中由單井評價到多井評價的重要程序。只有合理地劃分層組，才能正確地揭示多油層的層間非均質(zhì)性，也只有建立正確的等時對比地層格架，才能在全區(qū)范圍內(nèi)統(tǒng)一層組的劃分、解釋各級層組儲層的空間變化規(guī)律。

根據(jù)目前比德-牛場區(qū)塊開采層位，本次技術(shù)可行性研究主力層鎖定為龍?zhí)督M上段，根據(jù)標志層特征、旋回特征、測井相特征及煤層發(fā)育特征，將龍?zhí)督M上段劃分為6個小層，單層厚度9～28 m(圖11)。

圖11 比德-牛場區(qū)塊龍?zhí)督M上段小層劃分剖面

小層劃分是本次技術(shù)可行性研究的基礎(chǔ)，是深入認識儲層、氣層發(fā)育規(guī)律的基礎(chǔ)工作。在上小層劃分的基礎(chǔ)上，以12條骨架剖面為基礎(chǔ)(圖12)，采用“五對比”法完成比德-牛場區(qū)塊68口井6個小層對比。

為充分了解煤層氣開發(fā)動態(tài)特征，提高氣藏采收率，必須開展煤儲層的分布研究，明確儲量控制及動用狀況。比德-牛場區(qū)塊主力開采煤層為龍?zhí)督M上段煤層，其次為下段煤層，煤層縱向相互疊置，平面交錯展布?；凇皩游豢刂品ā?、“等高程法”、“測井相法”、“產(chǎn)能判別法”等對比方法(圖13)，在小層格架的基礎(chǔ)上，開展了上段重點煤儲層精細對比研究。

從煤層對比剖面13圖上可以看出，比德-牛場區(qū)塊龍?zhí)督M上段(上煤組)煤層橫向變化較大，單層厚度最大的6#也并非穩(wěn)定發(fā)育，多口井尖滅、變薄或分叉，7#煤層多層薄層煤層與砂泥巖互層沉積，因而更穩(wěn)定，可作為煤層對比的標志層。

圖12 比德—牛場區(qū)塊小層對比骨架剖面分布圖

4 壓裂選井選層及產(chǎn)能預(yù)測

4.1 煤層氣儲層評價及煤層篩選

根據(jù)貴州煤層氣公司研究結(jié)果，比德-牛場區(qū)塊龍?zhí)督M煤層評價標準主要考慮資源性(煤厚、含氣量等)、電性(電阻率、視密度等)、地質(zhì)條件(埋深等)及煤體結(jié)構(gòu)4個方面參數(shù)，并設(shè)置相關(guān)權(quán)重。

根據(jù)上述標準，對比德-牛場未壓裂井煤層進行綜合評價，從排名前5(Ⅰ、Ⅱ類儲層)出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計結(jié)果表明(圖14)，比德區(qū)塊Ⅰ、Ⅱ類儲層為2#、3-1#、5-1#、6-1#煤層，牛場區(qū)塊Ⅰ、Ⅱ類儲層煤層為2#、3-2#、5-1#、5-2#、6#煤層，為下一步壓裂的重點目標層。

4.2 選井選層及產(chǎn)能預(yù)測

根據(jù)孔隙度平面分布、含氣量平面分布及煤層平面分布特征，確立了比德區(qū)塊壓裂首選井臺。根據(jù)井臺煤層對比、儲層評價結(jié)果，確立了相關(guān)選壓煤層。以圖15為例，某6井選壓2#、3-1#、5#煤層，某8井、某X8井選壓2#、3-2#、5#煤層，某X6井選壓2#、3-1#、3-2#、5#煤層。

由上述方法確立的部分結(jié)果為：某6井：選壓2#、3-1#、5-1#煤層，儲層評價為Ⅰ類，3-1#煤層垂厚1.4 m，為Ⅰ類煤儲層，5-1#煤層垂厚2 m，儲層評價為Ⅰ類煤儲層。某8井：選壓2#、3-2#、5#煤層，儲層評價為Ⅰ類，3-2#煤層垂厚1.5 m，為Ⅱ類煤儲層，5#煤層垂厚1.4 m，儲層評價為Ⅱ類煤儲層。某X8井：選壓2#、3-2#、5#煤層，儲層垂直厚度分別為1.8 m、1.3 m、1.5 m，儲層評價均為Ⅰ類儲層。某X6井：選壓2#、3-1#、3-2#、5#煤層，儲層評價為Ⅰ類，3-1#、3-2#煤層累積垂厚1.58 m，以為Ⅰ類煤儲層為主，5#煤層垂厚2.7 m，儲層評價為Ⅱ類煤儲層。

根據(jù)選層結(jié)果，每口井壓裂3段3-4套煤層，根據(jù)已排采井生產(chǎn)特征，預(yù)測壓裂后排水期平均為2個月，產(chǎn)氣上升期4個月，穩(wěn)產(chǎn)期5年，快速遞減期1年，年遞減率40%，緩慢遞減期3年，遞減率15%，生命周期10年，按采收率20%計算，單井平均最高產(chǎn)能1094.2 m3/d，單井平均產(chǎn)能870 m3/d。

5 地面瓦斯抽采實踐

5.1 比德區(qū)塊地面瓦斯抽采現(xiàn)狀

化樂煤礦(一期)-比德區(qū)塊現(xiàn)有瓦斯抽采地面井32口，其中生產(chǎn)井17口，平均抽采量6800 m3/d，單井平均400 m3/d。已累計抽采969.6萬m3，單井平均57萬m3(抽采4～5年)。

比德區(qū)塊煤層氣藏開發(fā)階段處于開發(fā)前期，產(chǎn)量處于穩(wěn)定或上升，經(jīng)歷“試采評價期-小規(guī)模建產(chǎn)-穩(wěn)產(chǎn)期”三個階段。前期該區(qū)塊主要以勘探上煤組為主，整體平均單井產(chǎn)氣量在200～700 m3/d左右，其余井整體產(chǎn)氣水平偏低，但目前各井井底流壓普遍在0.6～1.2 MPa，產(chǎn)氣能力尚未完全釋放，整體排采尚處于階梯提產(chǎn)階段，部分井后期還有一定的提產(chǎn)空間。井組整體見氣時間在60～85天之間，返排率較高(平均50%左右)，儲層滲透性較好，壓后裂縫支撐有效期較長。區(qū)域上煤組發(fā)育煤層分布穩(wěn)定且埋深較淺，具備較好的勘探開發(fā)潛力。

圖13 龍?zhí)督M煤層對比剖面圖

圖14 比德區(qū)塊14口井Ⅰ、Ⅱ類儲層出現(xiàn)頻率圖

圖15 某6井-某X6井?dāng)M壓煤層對比剖面圖

該區(qū)塊主要以開采上煤組3#、5#、6#煤為主，由于隱伏小斷層較發(fā)育，導(dǎo)致局部煤巖結(jié)構(gòu)較為破碎。單井主要壓裂兩段，一段采取多層合壓的方式，加砂強度一般不大于8 m3/m，總液量規(guī)模較小，施工壓力整體在12～18 MPa?？傮w儲層改造針對性較差，加砂規(guī)模偏低，壓裂施工曲線及測井解釋結(jié)果顯示煤巖結(jié)構(gòu)較為破碎。綜上，考慮井組整體井底流壓偏高，部分井尚有一定的提產(chǎn)空間，預(yù)計后期平均單井產(chǎn)氣量300～1000 m3/d。

5.2 地面瓦斯抽采效果分析

(1) 單井地面抽采量還具有提升空間。當(dāng)前生產(chǎn)井單井抽采量大于500 m3/d的占比32%；單井累計抽采量大于50萬m3的占比55.3%。各井井底流壓普遍在0.6～1.2 MPa，產(chǎn)氣能力尚未完全釋放，整體抽采尚處于提產(chǎn)階段，未來具有一定提升空間。

(2) 地面抽采對降低煤層瓦斯含量的起到了作用。以某1井臺為例(如圖16所示，中心圓為某1井臺，四周為其他井臺)，地面井間距平均為146 m，井臺控制面積約0.5 km2，主要壓裂抽采28、30、32號煤層，瓦斯含量一般為9.47～14.92 m3/t，通過近5年時間累計抽采432萬m3。經(jīng)估算，控制范圍內(nèi)噸煤瓦斯含量平均下降約為2 m3/t。由于瓦斯抽采不均衡性，鉆孔周邊較近區(qū)域和邊緣區(qū)域瓦斯含量下降程度會有較大區(qū)別。總體來看，經(jīng)過近5年地面抽采，煤層原始瓦斯含量有明顯下降，還需進一步提高單井抽采效果，并通過合理開拓部署來延長地面抽采時間，實現(xiàn)地面抽采效果最大化。

圖16 單個井臺地面瓦斯抽采控制范圍示意圖

(3) 井上下瓦斯抽采規(guī)模對比。2021年，化樂煤礦井下瓦斯抽采量約為1100萬m3，地面瓦斯抽采量達到了900萬m3。井下瓦斯抽采受井下巷道限制，可提升空間不大；地面抽采井還有部分未壓裂抽采，且還有其他可部署區(qū)域，具有較好提升空間。因此，結(jié)合實際情況來看，井下瓦斯抽采是解決化樂煤礦生產(chǎn)中的瓦斯問題，而地面抽采是實現(xiàn)中長期“抽掘采”平衡的重要手段。

6 結(jié)論

(1) 貴州化樂井田具有煤層松軟、透氣性差的特點，導(dǎo)致瓦斯治理難度大、抽掘采失衡。利用地面瓦斯抽采取得了一定效果，未來還有大幅提升空間。這是貴州地區(qū)長遠解決煤礦瓦斯問題的有效途徑和發(fā)展趨勢。

(2) 通過對比德-牛場區(qū)塊開采層位的對比分析，確定比德-牛場區(qū)塊龍?zhí)督M上段(上煤組)7#煤層作為煤層對比的標志層，這為后續(xù)的地層劃分等工作奠定了基礎(chǔ)。

(3) 通過現(xiàn)場對比分析，確立了影響地面瓦斯抽采的主控因素，包括壓裂主力層、煤層物性、含氣量以及壓裂改造技術(shù)等?，F(xiàn)場實踐及試驗對比表明，上述因素直接影響著產(chǎn)氣量的高低。

(4) 比德-牛場區(qū)塊龍?zhí)督M煤層建立了完善的壓裂地質(zhì)選層選井評價體系。其評價評價指標包括資源性(煤厚、含氣量等)、電性(電阻率、視密度等)、地質(zhì)條件(埋深等)及煤體結(jié)構(gòu)4個方面參數(shù)。通過設(shè)置相關(guān)權(quán)重，根據(jù)上述標準，對比德-牛場未壓裂井煤層進行綜合評價，獲得良好的效果。