探討煤層氣低產(chǎn)井低產(chǎn)原因及增產(chǎn)改造技術

朱家偉 胡海洋 易旺

(1.貴州省煤田地質局一四二隊; 2.貴州省煤層氣頁巖氣工程技術研究中心 貴州貴陽 550081)

我國具有豐富的煤層氣，但是從探明的情況來看，煤儲層具有低滲、低壓、低孔等特點，單井產(chǎn)量低?？梢?，加強對煤層氣低產(chǎn)井低產(chǎn)原因及增產(chǎn)改造技術的探討，提高單井產(chǎn)量與經(jīng)濟效益意義重大，必須加強對相關內容的分析。

1 煤層氣概述

煤層氣是指與煤伴生、共生的一種氣體資源，其是存在煤層內的一種烴類氣體，其成分以甲烷為主，是一種非常規(guī)天然氣，如果將其直接排放到大氣中，不僅嚴重的浪費了能源，而且會引起溫室效應，會破壞生態(tài)環(huán)境[1]。開采煤層氣主要有井下瓦斯抽放和地面鉆井兩種，后者是最為常用的一種。采煤前，開采和抽放煤層內瓦斯，能夠減少風排瓦斯量，從而降低煤礦瓦斯爆炸率，提高開采安全性，降低事故的發(fā)生率[2]。由此可見，開采煤層氣一舉多得，煤層氣是一種潔凈資源，對其進行開采與應用，具有良好的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益。

2 分析煤層氣低產(chǎn)井低產(chǎn)原因

2.1 地質條件差

區(qū)域內斷層發(fā)育情況下、煤層埋藏深，這都會導致該區(qū)域內儲壓層、煤層含氣量、圍巖、煤體結構等各項內容對煤層補給水情況的影響存在顯著差異。通過對不同區(qū)域內煤層氣低產(chǎn)井低產(chǎn)情況進行分析可以發(fā)現(xiàn)，引起此現(xiàn)象的煤儲層地質條件差的原因主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1.1 含氣量低

含氣量低形成煤層氣低產(chǎn)井的主要原因。例如:某地區(qū)西南區(qū)域，煤層埋深不到580 m，該區(qū)域內煤層含氣量不足7.6 m3/t，煤層氣井穩(wěn)定產(chǎn)量不到580 m3/d，通過對該區(qū)域進行分析可以確定，該區(qū)域內煤層氣不具有經(jīng)濟開發(fā)價值，暫不將作為增長改造的重點內容[3]。

2.1.2 煤層壓力傳遞有限

煤層壓力傳遞有限是形成煤層氣低產(chǎn)井低產(chǎn)的一項主要原因。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，局域地區(qū)內煤層氣井內的產(chǎn)水量較大，圍巖含水層對煤層會進行大量補給，這一情況的存在，將會對煤層結構造成嚴重破壞，導致煤層結構會以糜棱煤和碎粒煤為主，這也就導致開展排采作業(yè)時，煤層內壓力難以快速、穩(wěn)定傳遞到遠處，這也就會在區(qū)域內形成煤層氣低產(chǎn)井，通過對這一類井進行分析可以發(fā)現(xiàn)，其增長難度較大，具體問題分析時，不將其作為增產(chǎn)改造的重點內容[4]。

2.2 鉆層儲層遭受污染

大量研究和實踐結果表明：煤層氣的實際開發(fā)量與井網(wǎng)的具體布置情況，以及最終形成的降壓漏斗的聯(lián)系緊密。針對煤層氣區(qū)塊結構較為簡單區(qū)域，在實際作業(yè)期間，為了保證單井的具體產(chǎn)量能夠保持持續(xù)、穩(wěn)定，在布置煤層氣井網(wǎng)期間，常用的形狀有梅花形、矩形、菱形等[5]。需要注意的是，如果區(qū)域內壓力與儲能不足，該區(qū)域內煤巖滲透率則無法處于相對理想情況，針對這一現(xiàn)象，在具體生產(chǎn)期間采取加壓方式，確保生產(chǎn)作業(yè)順利進行，而這容易導致井筒地被污染，這將會對后續(xù)作業(yè)造成不良影響，降低煤層氣產(chǎn)量[6]。通過對實踐情況進行分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著開采的不斷深入，井徑將會持續(xù)擴大，這將會加重鉆井污染，從而不斷降低煤儲層滲透率，導流將會發(fā)生波動，這會影響煤層氣生產(chǎn)。

2.3 排采煤層氣制度存在問題

排水降壓是煤層氣井產(chǎn)氣的主要方式，在實際生產(chǎn)期間，不同排采制度，以及完井管柱布置方式，這都會影響煤層氣井產(chǎn)氣量。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，由于排采引起煤層氣低產(chǎn)井低產(chǎn)的原因主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）泵掛相對較淺，這也就致使降壓較為有限，從而會形成煤層氣低產(chǎn)井。如果煤層氣井泵位于煤層上部超過5.0 m時，隨著時間推移，動液面將會不斷降低，當其降低到泵掛區(qū)域后，則不能繼續(xù)下降，此時，區(qū)域內具有較高產(chǎn)氣潛力的煤層氣井，受井底壓力降低最小值約束，煤層氣解吸范圍被限制，這也就形成了煤層氣低產(chǎn)井。

（2）煤層氣井底壓力快速降低，將會導致應力過于敏感，形成了煤層氣低產(chǎn)井，降低產(chǎn)量。排采煤層氣井期間，若煤層氣井底壓力快速下降，快速排出煤儲層近井筒區(qū)域內的積水，這會持續(xù)加大煤基質承受應力；同時，煤儲層滲透率還會快速下降，降低煤層氣井產(chǎn)量。

（3）排采速度過快或動液面動蕩過于頻繁都將會導致氣量和水量會頻繁變化，會出現(xiàn)時大時小情況，這將會導致煤粉發(fā)生移動，會引起堵塞現(xiàn)象，從而使煤層氣產(chǎn)量降低。

2.4 壓裂工藝不合理

壓裂是指依據(jù)煤層氣產(chǎn)生的地質條件，提出具有針對性的一種處理策略?？紤]不同煤層結構存在一定差異，在實際問題分析期間，若依據(jù)統(tǒng)一軟煤和硬煤情況進行劃分，難以確保地質情況與壓力參數(shù)相互匹配，這將會對單井產(chǎn)量造成不良影響。在軟煤內，若發(fā)生沒有觸污就進行壓裂現(xiàn)象時，井筒將會發(fā)生更嚴重污染，壓裂期間將會出現(xiàn)壓力發(fā)生陡然降低或上升現(xiàn)象；采取的壓裂工藝與煤層特性之間存在矛盾，雖然并不會引起污染問題，但會導致煤層直接被壓裂，形成多樣化壓裂曲線。硬煤層段內，開展壓裂作業(yè)時，在前置液內并未添加適量降濾劑，這會引起濾失過重，致使煤儲層存在的原始裂隙發(fā)生過度發(fā)育現(xiàn)象，區(qū)域內壓力頻繁變化，時大時??；如果加砂量不足，將會出現(xiàn)單位厚度加砂量不足、油壓不足等問題；若加入前置液不足，則難以促進煤儲層原始裂隙發(fā)育，這將會導致煤儲層區(qū)域內，形成多道裂隙。上述各項問題的存在，會導致生產(chǎn)作業(yè)發(fā)生波動，無法保持穩(wěn)定。

3 煤層氣低產(chǎn)井增產(chǎn)改造的合理措施

3.1 針對地質條件的改進

地質條件是天然因素，是不可控的，針對先天存在的問題，要改善地質條件顯然不合實際，因此，在實際生產(chǎn)期間，可以依據(jù)區(qū)域內地質條件，不斷優(yōu)化生產(chǎn)技術與工藝，從而降低不良地質條件造成的不良影響，使煤層氣低產(chǎn)井低產(chǎn)問題得到解決。目前，常用的改進技術主要有以下幾種。

3.1.1 羽狀水平井、直井嵌套鉆井技術

該項技術指的就是在羽狀水平井控制面積范圍內和周圍鉆直井，通過對直井與羽狀水平井兩者間的相互干擾進行應用，從而達到排水降壓目的，完成采煤層氣作業(yè)。從實際情況來看，該項技術應用在已鉆羽狀水平井低產(chǎn)井改造中優(yōu)勢顯著，并且在日后設計羽狀水平井布井方案中，也有著不錯應用前景，因此，對該項技術進行應用是可行的。

3.1.2 小井眼側鉆技術

該項技術的具體應用就是通過對老井井身進行應用，再次挖掘油氣藏潛能，對原有采輸設備進行應用，適當引入新技術，發(fā)揮采輸設備的潛力。采取小井眼側鉆技術對低產(chǎn)井、老井進行處理，可以提高煤層氣產(chǎn)量，延長其壽命，而且可以縮短工期，提高生產(chǎn)效益。目前，小井眼側鉆技術應用在低產(chǎn)井、老井改造中，隨著人們對該技術應用與研究的不斷深入，逐漸成熟，其具體應用也取得了良好的效果。

3.1.3 短半徑水力噴射鉆井技術

該項技術在實際應用期間，其主要特點就是能夠應用在直徑0.12 m 立井井段中，實現(xiàn)由垂直方向轉向水平方向；同時，能夠沿著不同方位，針對煤層鉆水平孔眼，完成煤層氣開采作業(yè)。短半徑水力噴射鉆井與常規(guī)直徑水力壓力相比，其在實際作業(yè)時，具有穿透深度長、定向效果好等多項優(yōu)勢，這也是該項技術得到了廣泛應用的主要原因。

3.1.4 二次水力壓裂改造技術

該項技術就是對低產(chǎn)井開展解堵性再壓裂的一種增產(chǎn)技術，具體作業(yè)開展時，壓裂液就是活性水，壓裂時，為了提高壓裂效果，應當采取的低砂比壓力、小排量模式，這一方式在許多煤層氣低產(chǎn)井中都得到了廣泛應用，而且從具體應用情況來看，取得了良好的增產(chǎn)效果，部分單井日常煤層氣量提高了最少為3倍，部分煤層氣低產(chǎn)井的產(chǎn)生甚至提高了10 倍，由此可見，采用該項技術是可行的。

3.2 解決鉆井層污染現(xiàn)象

鉆井層一旦遭受污染，會直接影響煤儲層導流能力，通過對污染物的物理性質和化學性質進行分析，采用酸化法，溶解鉆井層內的各種污染物。具體實踐期間，可以選擇CH3COOH、HCl、HF 這3 種酸作為研究對象，采取不同質量分數(shù)搭配，最終選擇出一種最佳組合。利用2.0%、3.0%、4.5%、5.0%、9.0%幾種質量分數(shù)，一共得到了以下幾種不同組合方式。

組合1：3種酸的質量分數(shù)都為3.0%。

組合2：質量分數(shù)為9.0%的HF。

組合3：質量分數(shù)為9.0%的HCl。

組合4：質量分數(shù)為9.0%的CH3COOH。

組合5：質量分數(shù)為4.5%的HF和HCl。

組合6：質量分數(shù)為4.5%的CH3COOH和HCl。

組合7：質量分數(shù)為2.0%的CH3COOH 和HF 質量分數(shù)為5.0%的HCl。

組合8：質量分數(shù)為4.5%的CH3COOH和HF。

組合9：質量分數(shù)為2.0%的HF和HCl質量分數(shù)為5.0%的CH3COOH。

組合10：質量分數(shù)為2.0%的CH3COOH 和HCl，以及質量分數(shù)為5.0%的HF。

通過對上述10種搭配方案的實際應用進行分析，不同搭配方案，其在具體應用期間，呈現(xiàn)出的溶蝕效果也會存在一定差異，在72 h內，組合1、組合8、組合9這3 種組合方式的溶蝕率始終都處于增長狀態(tài)，但是通過對實踐進行分析可以發(fā)現(xiàn)，HF 在具體應用期間，隨著時間推移，將會產(chǎn)生雜質，因此，與CH3COOH相互配合應用，能夠抑制各種雜質的出現(xiàn)，但是這會減緩反應速度。綜合來說，在上述10種組合方式中，組合1應用效果最穩(wěn)定，因此應當依據(jù)組合1為基礎，依據(jù)具體情況，調整質量分數(shù)，不斷調整，從而得到最佳質量分數(shù)。

3.3 處理排采作業(yè)引起的問題

針對煤層氣低產(chǎn)井低產(chǎn)現(xiàn)象，在實際作業(yè)開展時，應當自始至終都堅持“緩慢降壓、穩(wěn)定排采”原則進行，不得盲目追求過快排采率，以免由于速度過快，從而在作業(yè)現(xiàn)場引發(fā)事故，造成巨大經(jīng)濟損失。處理排采作業(yè)引起的問題可以從以下幾個方面入手。

3.3.1 選擇符合需求的設備

在排采作業(yè)期間，為了保證作業(yè)動力始終都充足，實際作業(yè)開展時，要對煤層氣區(qū)塊地質條件進行全面分析，掌握區(qū)域內情況，采取符合區(qū)域內地質情況的設備。例如：對于區(qū)域內煤層少、砂少的煤層氣低產(chǎn)井，可以采用螺桿泵和桿泵；同時，減少對射流泵的應用，確保排水可以保持連續(xù)，避免發(fā)生中斷現(xiàn)象。此外，考慮煤層氣低產(chǎn)井經(jīng)常會存在水量較高現(xiàn)象，為了確保動液面可以持續(xù)下降，并且能夠保持緩慢下降，最好采用電潛泵開展作業(yè)。

3.3.2 不斷改進排采作業(yè)采用的技術

實際排采期間，改進排采作業(yè)采用的技術過程中，要全面結合信息化、數(shù)字化技術，實現(xiàn)對管桿的控制。分析生產(chǎn)需求，依據(jù)具體需求，進行信息軟件程序設計，通過分析油管液柱、管式泵、動液面等各項影響因素，在程序中，完成對上下沖程最大荷載的設定，在這一基礎上，完成對境內三維軌跡的合理繪制，明確管桿運動最佳軌跡和范圍的明確，采取程序化，實現(xiàn)數(shù)字化控制。利用信息技術，完成對臨界解析深度數(shù)值、等溫吸附線各項內容的計算，并采取數(shù)字化方式進行模擬。

3.3.3 采用井網(wǎng)聯(lián)合排采降壓半徑技術

在具體作業(yè)開展期間，考慮排采作業(yè)的具體效率問題，可以采用井網(wǎng)聯(lián)合排采降壓半徑技術，通過對該項技術進行應用，利用軟件，實現(xiàn)對井口模型的繪制，工作人員需對單井地質情況進行全面分析，掌握單井地質條件，通過對煤層供液能力和排采制度相同兩種方式，實現(xiàn)對兩種方式降壓單井具體傳播半徑大小的動態(tài)調整，保證降壓漏斗能夠相互連接，做好上述工作，為后續(xù)聯(lián)合排采作業(yè)的開展提供了便利條件。

3.4 處理壓裂工藝帶來的問題

針對硬煤層段來說，采用的壓裂工藝對于煤層氣產(chǎn)量造成的影響主要體現(xiàn)在工藝參數(shù)設置不合理。通過對硬煤進行分析可以確定，其主要由碎裂煤和原生結構煤構成，針對儲煤層進行二次改造，優(yōu)化工藝參數(shù)，從而為后續(xù)生產(chǎn)作業(yè)提供支持。例如：某煤層氣區(qū)塊內的7 號井，其是一個具有代表性的原生結構煤儲層，對其進行調查，其整體深度約為746 m，通過對數(shù)字化軟件進行應用，能夠實現(xiàn)對砂量、前置液量、施工液量等各項基礎信息的模擬，與詳細資料進行適當配合。煤層平均滲透率、厚度、平均孔隙率，以及儲層的實際壓力大小和最大應力等各項內容，能夠實現(xiàn)對壓力工藝實踐之后壓力效果的合理模擬，通過對計算機軟件進行應用，完成對參數(shù)的改進與優(yōu)化，實現(xiàn)對最佳壓裂工藝參數(shù)的合理模擬，從而為后續(xù)相應工作開展提供數(shù)據(jù)支持。在深度為746 m 原生煤儲層內，將注入總液量、砂量、前置液比例分別控制在545 m3、54 m3、30%，從而使壓裂效果達到最佳狀態(tài)。

對于軟煤層段來說，針對壓裂參數(shù)的改進，可以采取活性水壓裂技術進行，通過這一方式，能夠使儲煤層處于有效裂隙有限狀態(tài)，如果含水層補給量偏低，在開展作業(yè)時，可以通過調整，直接增加導流能力；若煤層受含水層影響，補給量較大，這將會導致活性水壓裂技術作用無法得到合理發(fā)揮，針對這一情況，要盡早預測圍巖和煤層頂板含水情況，預測數(shù)據(jù)應當盡量精準，明確控制縫高度和排水量，而且要對其進行約束，保證生產(chǎn)作業(yè)時，各項操作都能夠遠離含水層，避免因為積水的操作造成不良影響。

4 結語

總而言之，煤層氣低產(chǎn)井低產(chǎn)受許多因素影響，通過對以往大量實踐經(jīng)驗進行總結分析可以發(fā)現(xiàn)，造成這一現(xiàn)象的主要原因有地質條件差、鉆層儲層遭受污染、排采煤層氣制度存在問題、壓裂工藝不合理等，針對具體問題進行分析時，應當制訂相應的改進方案，從而使煤層氣低產(chǎn)井低產(chǎn)問題得到解決，提高煤層氣產(chǎn)量，促進行業(yè)發(fā)展。