沁水盆地南部煤層氣地質(zhì)工程一體化關(guān)鍵技術(shù)

張 聰 ，胡秋嘉 ，馮樹仁 ，喬茂坡 ，毛崇昊 ，王 琪 ，李 俊 ，關(guān)濟(jì)朋 ，賈慧敏

（中國石油天然氣股份有限公司 山西煤層氣勘探開發(fā)分公司，山西 長治 046000）

中國煤層氣資源相當(dāng)豐富，位居世界前列[1]，煤層氣的開發(fā)對于煤礦安全具有重要意義，但復(fù)雜多變的開發(fā)條件給中國煤層氣開發(fā)帶來更多的挑戰(zhàn)。越來越多的油氣田勘探開發(fā)實踐表明，“地質(zhì)工程一體化攻關(guān)是實現(xiàn)復(fù)雜油氣藏效益勘探開發(fā)的必由之路”[2]。地質(zhì)工程一體化的主要理念是通過油氣藏表征、地質(zhì)建模、工程評價等綜合研究預(yù)測地質(zhì)參數(shù)，通過工程技術(shù)應(yīng)用提高作業(yè)效率和開發(fā)效益[3]。2011 年，CIPOLLA 等[4]首次提出“從地震至模擬”一體化工作流程，是最早的地質(zhì)工程一體化雛形；2012—2016 年，美國頁巖開發(fā)[5-6]廣泛采用地質(zhì)工程一體化方法開展方案設(shè)計、參數(shù)優(yōu)化；吳奇等[3]系統(tǒng)提出我國南方海相頁巖氣開發(fā)地質(zhì)工程一體化開發(fā)理念，并創(chuàng)立“品質(zhì)三角形”概念；胡文瑞[2]對地質(zhì)工程一體化的概念內(nèi)涵、實現(xiàn)條件等進(jìn)行了詳細(xì)的闡述；溫聲明等[7]基于保德煤層氣田勘探開發(fā)中面臨的地質(zhì)評價、鉆完井等一系列技術(shù)問題的梳理，堅持地質(zhì)工程一體化研究，實現(xiàn)中煤階煤層氣效益開發(fā)；陳更生等[8]通過梳理總結(jié)川南地區(qū)百億方頁巖氣產(chǎn)能建設(shè)成果，形成了適應(yīng)該區(qū)的頁巖氣地質(zhì)工程一體化高產(chǎn)井培育方法；趙福豪等[9]通過總結(jié)國內(nèi)外地質(zhì)工程一體化研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，指出我國地質(zhì)工程一體化攻關(guān)方向包括思想、運行機制、人才培養(yǎng)及開發(fā)技術(shù)突破等方面。此外，國內(nèi)各主要油氣生產(chǎn)單位針對頁巖氣、致密油氣、稠油油藏等廣泛開展地質(zhì)工程一體化應(yīng)用實踐，并取得了初步成效[10-15]。

以上關(guān)于地質(zhì)工程一體化技術(shù)攻關(guān)研究與應(yīng)用多在頁巖氣開發(fā)中，煤層氣開發(fā)中較少?；诖?，結(jié)合沁水盆地南部鄭莊區(qū)塊煤層氣開發(fā)中地質(zhì)工程一體化研究攻關(guān)與實踐，融合工程與地質(zhì)認(rèn)識創(chuàng)新形成煤儲層“三性”評價方法，并梳理出相關(guān)配套關(guān)鍵技術(shù)，以期達(dá)到指導(dǎo)未來煤層氣產(chǎn)建項目快速、高效推進(jìn)的目的，也為同類型煤層氣田效益開發(fā)起到借鑒意義。

1 研究背景

研究區(qū)位于沁水盆地南端，整體為向西北傾斜的馬蹄形構(gòu)造，中部的寺頭斷層將研究區(qū)分為東部樊莊區(qū)塊、西部鄭莊區(qū)塊。區(qū)內(nèi)斷層以高角度正斷層為主，逆斷層零星分布；寺頭斷層是區(qū)內(nèi)最大的斷層，現(xiàn)今表現(xiàn)為高角度正斷層，斷層方向自東向西方向由SN 向NE 向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，由此引發(fā)鄭莊區(qū)塊整體呈現(xiàn)擠壓應(yīng)力狀態(tài)[16]。區(qū)內(nèi)地層傾角5°～15°，主要開發(fā)煤層為上石炭統(tǒng)太原組（15 號煤）及下二疊統(tǒng)山西組（3 號煤），山西組沉積屬于陸表海淺水三角洲沉積體系，主要沉積微相為分流河道、分流間灣和沼澤；太原組沉積環(huán)境變化相對較大，可分為三角洲相、障壁海岸相及碳酸鹽臺地相。

2006—2011 年間，中國石油華北油田山西煤層氣分公司（以下簡稱華北煤層氣分公司）在樊莊區(qū)塊應(yīng)用直井水力壓裂技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)能到位率70%，建成了我國第1 個高煤階煤層氣示范基地，實現(xiàn)了我國高煤階煤層氣效益開發(fā)。2010—2012 年間，將樊莊區(qū)塊成熟工藝技術(shù)應(yīng)用于鄰近的鄭莊區(qū)塊，投產(chǎn)后直井平均產(chǎn)量低于500 m3/d，產(chǎn)能到位率不足30%，開發(fā)效果差。擺在技術(shù)人員面前3 大突出問題：①鄭莊區(qū)塊煤層氣資源豐富，3 號煤層含氣量普遍大于20 m3/t，但受到擠壓應(yīng)力作用影響，微幅褶皺發(fā)育，煤層條件復(fù)雜，照搬樊莊直井常規(guī)壓裂技術(shù)不能滿足于勘探開發(fā)需求；②儲層條件與工程技術(shù)匹配度差，工程技術(shù)亟須進(jìn)行針對性研究與創(chuàng)新；③面對復(fù)雜山地環(huán)境、低成本運行壓力條件下，如何實現(xiàn)效益開發(fā)。

2016 年開始，研究區(qū)開始探索地質(zhì)工程一體化攻關(guān)，歷經(jīng)評價選區(qū)、先導(dǎo)試驗、示范建設(shè)、規(guī)模推廣4 個階段，通過不斷探索與試驗，形成了適應(yīng)于高煤階煤層氣地質(zhì)工程一體化攻關(guān)方法，創(chuàng)新形成煤層氣L 型水平井高效開發(fā)技術(shù)系列，解決了煤層氣井眼易垮塌、單井產(chǎn)量低的問題；新建產(chǎn)建項目套管壓裂水平井共40 口，單井日產(chǎn)氣量5 000～15 000 m3，單井平均日產(chǎn)量超過8 000 m3，日產(chǎn)量大于10 000 m3單井共17 口，占比43%，產(chǎn)能到位率超過90%；實現(xiàn)了煤層氣效益開發(fā)，支撐華北煤層氣分公司產(chǎn)量快速上升，探索出1 條煤層氣持續(xù)上產(chǎn)的路徑。

2 地質(zhì)工程一體化工作思路

通過多年不斷探索實踐，逐漸形成了適應(yīng)于沁水盆地南部不同地質(zhì)條件、不同儲層特征、不同工程條件的地質(zhì)工程一體化工作流程，煤層氣地質(zhì)工程一體化技術(shù)流程圖如圖1。

圖1 煤層氣地質(zhì)工程一體化技術(shù)流程圖Fig.1 Technical flow chart of CBM geological engineering integration

以提高單井產(chǎn)氣量為目標(biāo)，在分析整理前期勘探成果的基礎(chǔ)上開展地質(zhì)條件分析、精細(xì)地震解釋、儲層精細(xì)評價工作，形成地質(zhì)工程一體化數(shù)據(jù)庫，建立同時具有地質(zhì)和工程屬性的一體化三維模型。根據(jù)三維模型結(jié)果，對井位部署、鉆完井、壓裂、排采等方案進(jìn)行一體化設(shè)計，并組織一體化實施。根據(jù)鉆井、壓裂、排采一體化實施情況進(jìn)行效果評價，及時將數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行迭代修正三維模型。隨著勘探開發(fā)的不斷深入，數(shù)據(jù)積累越來越多，認(rèn)識程度不斷提高，對模型進(jìn)行多輪優(yōu)化和修正，最終形成該區(qū)煤層氣全生命周期地質(zhì)工程一體技術(shù)。

一體化設(shè)計中，鉆井設(shè)計包括鉆井液選擇、井眼軌跡設(shè)計、導(dǎo)向工具選擇及完井方式選擇等；壓裂設(shè)計包括射孔位置選擇、壓裂改造方式、施工段數(shù)、段間距、施工液量、加砂量、砂比等關(guān)鍵參數(shù)；排采設(shè)計包括排采設(shè)備選擇、排采管控模型選擇及工作制度優(yōu)化。

一體化實施中，針對鉆井實施，以軌跡精確控制為目標(biāo)，利用精細(xì)的三維導(dǎo)向模型和可視化地質(zhì)導(dǎo)向流程，提前預(yù)判和調(diào)整，確保優(yōu)質(zhì)煤層鉆遇率高，井眼軌跡平滑；針對壓裂實施，結(jié)合縫網(wǎng)預(yù)測模型和壓裂施工數(shù)據(jù)，實時調(diào)整壓裂工藝參數(shù)，確保壓裂實施效果；根據(jù)地質(zhì)條件、鉆井實際及壓裂施工參數(shù)進(jìn)行最大產(chǎn)液量預(yù)測，選擇適合的排采設(shè)備，結(jié)合煤層特殊的雙孔隙結(jié)構(gòu)和非常規(guī)排水降壓的產(chǎn)出機理及單井儲層壓力、解吸壓力等參數(shù)確定適合本井組的排采管控思路。

根據(jù)鉆井的實鉆軌跡資料，不斷迭代修正三維構(gòu)造和層面模型；根據(jù)現(xiàn)場地應(yīng)力測試、壓裂施工數(shù)據(jù)、三維地質(zhì)模型修正地應(yīng)力模型；根據(jù)壓裂施工曲線和微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)、地應(yīng)力模型修正縫網(wǎng)模型；根據(jù)氣井生產(chǎn)數(shù)據(jù)、縫網(wǎng)模型，不斷迭代優(yōu)化氣井排采管控模型。

煤層氣地質(zhì)工程一體化工作方法將地質(zhì)研究、工程設(shè)計和現(xiàn)場組織實施納入一體化協(xié)作體系，及時迭代優(yōu)化數(shù)據(jù)庫中信息，結(jié)合實鉆資料、壓裂施工參數(shù)更新地質(zhì)模型。

3 地質(zhì)工程一體化關(guān)鍵技術(shù)

基于鄭莊區(qū)塊煤層埋深500～1 200 m 的大跨度、煤儲層強非均質(zhì)性、高地應(yīng)力、陡峭山地為主的復(fù)雜地質(zhì)、工程背景[17]，通過地質(zhì)工程一體化關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)探索，形成4 項關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 “三性”煤儲層評價方法

針對鄭莊區(qū)塊煤儲層強非均質(zhì)性、微幅褶皺發(fā)育等特點造成“甜點”不落實的問題，建立煤儲層“三性”評價方法，結(jié)合三維地質(zhì)建模技術(shù)，可以準(zhǔn)確指示地質(zhì)-工程“雙甜點”。

可驅(qū)動性是甲烷氣體從基質(zhì)孔隙擴(kuò)散到內(nèi)生裂隙的動能，含氣飽和度越高，氣體越容易擴(kuò)散?？闪鲃有灾饕笣B流能力，多受到煤巖組分和構(gòu)造條件的影響，其中煤巖組分決定了內(nèi)生孔裂隙的發(fā)育程度，鏡質(zhì)組含量越高，內(nèi)生裂縫密度越發(fā)育；構(gòu)造控制外生裂隙的發(fā)育程度，煤巖的脆性變形階段內(nèi)生裂隙持續(xù)擴(kuò)展，裂縫適度發(fā)育，有利于煤層氣產(chǎn)出?？筛脑煨灾该簬r水力壓裂改造過程中控制縫高的情況下，主裂縫的有效延伸和擴(kuò)展的性能[18]，其主要受控于煤體結(jié)構(gòu)和地應(yīng)力；微地震測試數(shù)據(jù)表明，煤巖脆性變形階段煤層壓裂造縫效果最好；地應(yīng)力隨著埋深增加而增加，裂縫閉合壓力隨之增大，壓后裂縫更容易閉合，不能形成有效裂縫。根據(jù)研究區(qū)煤層氣儲層特點及開發(fā)效果，得到“三性”煤儲層評價參數(shù)，研究區(qū)“三性”煤儲層評價參數(shù)見表1。

表1 研究區(qū)“三性”煤儲層評價參數(shù)表Table 1 Evaluation parameters of “three properties”coal reservoir in study area

利用三維地震處理新技術(shù)相干體、方差體、螞蟻體、曲率體等方法，漸進(jìn)式提取屬性、高精度成像，有效刻畫斷裂系統(tǒng)并識別微小斷層。將單井構(gòu)造信息與地震解釋層面相結(jié)合，建立精細(xì)構(gòu)造模型，建模軟件通常可采用Geoeast、石文、Petrel、Landmark 等；在巖心、測井、鉆井及地震屬性資料的基礎(chǔ)上，采用地質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計（包括煤體結(jié)構(gòu)、含氣飽和度、閉合應(yīng)力等），繪制了反映儲層可驅(qū)動性、可流動性及可改造性的“三性”儲層多屬性疊合的地質(zhì)-工程“雙甜點”分布圖，與實際開發(fā)效果相比，儲層“甜點”預(yù)測符合率達(dá)到80 %。多參數(shù)疊合甜點分布如圖2。

圖2 多參數(shù)疊合甜點分布Fig.2 Distribution of multi-parameter superimposed desserts

3.2 可控水平井鉆完井技術(shù)

沁水盆地南部煤巖具有抗拉強度低、泊松比高、彈性模量偏低的特點，導(dǎo)致裸眼多分支水平井易發(fā)生堵塞井眼；再加上早期常規(guī)鉆井液易污染煤層、導(dǎo)向技術(shù)精度較低，煤層鉆遇率較低，頻繁出層等問題，造成水平井井況復(fù)雜、產(chǎn)量差異大、產(chǎn)能到位率低、投入產(chǎn)出比低，開發(fā)效果并不理想。

針對裸眼多分支水平井投資大、適應(yīng)性差的問題，研究區(qū)通過優(yōu)化國內(nèi)L 型水平井，取消洞穴井、創(chuàng)新二開井身結(jié)構(gòu)、篩管/套管完井，形成適合煤層氣開發(fā)、后期可維護(hù)的簡單可控L 型水平井，并配套防垮塌、低傷害鉆井液及水平井半程固井等相關(guān)技術(shù)，有效解決了煤層垮塌及后期維護(hù)改造問題。

由于取消了洞穴井，對于著陸點預(yù)測和水平段導(dǎo)向難度加大，對井眼的光滑度也提出要求，還需滿足篩管或套管完井后排采設(shè)備下入。要實現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件下對優(yōu)質(zhì)煤層的精準(zhǔn)鉆遇及滿足完井要求，首先需要開展鉆前建模，對煤儲層縱向上和橫向展布進(jìn)行預(yù)測，再根據(jù)模型精確設(shè)計井眼軌跡，最后采用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)，優(yōu)選導(dǎo)向工具實施精準(zhǔn)軌跡控制。為此，研究區(qū)引進(jìn)近鉆頭地質(zhì)導(dǎo)向系統(tǒng)，形成可視化地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)流程，可視化地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)如圖3。

圖3 可視化地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)Fig.3 Visualized geosteering technology

鉆前明確目的層，結(jié)合地質(zhì)-測井-地震等相關(guān)資料進(jìn)行地層精細(xì)對比分析，建立導(dǎo)向地質(zhì)模型；鉆中通過橫向上精細(xì)刻畫煤儲層，明確鉆遇位置，與現(xiàn)場作業(yè)聯(lián)動，輔助施工，以達(dá)到井眼軌跡平滑、提高鉆遇率的目的；鉆后近鉆頭水平井解釋評價，依據(jù)井眼軌跡分析，解釋水平井鉆遇進(jìn)出層或與煤夾矸相對位置；部分井利用存儲式測井資料，可以實現(xiàn)水平段優(yōu)質(zhì)鉆遇率及煤巖結(jié)構(gòu)變化的準(zhǔn)確評價。通過可視化地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的應(yīng)用，水平井鉆遇復(fù)雜井比例由60%下降至20%，煤層鉆遇率由75%提高到了95%，建井成本下降60%，實現(xiàn)了高效鉆完井。

此外，由于研究區(qū)地表和地貌較復(fù)雜對平臺選址的限制，需要在鉆前準(zhǔn)備時就要對井下鉆具組合的作業(yè)能力、復(fù)雜三維井眼軌跡的可行性以及兼顧鉆井工程安全和效率，以使每個平臺和每口單井對資源最大化動用[3]。

3.3 分段壓裂技術(shù)

煤巖的低彈性模量、高泊松比特征導(dǎo)致水力壓裂在煤儲層中主裂縫的形成和有效延伸受到制約，特別是深部煤層（埋深大于800 m）的高應(yīng)力和強塑性特征影響更加突出[19]。而構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)煤質(zhì)更軟，微裂縫發(fā)育，不利于主裂縫延伸[20]，影響單井改造范圍。

經(jīng)過多年來的實踐，形成了水平段“差異化分段”、段內(nèi)“控液增砂、多段塞打磨、小粒徑支撐”、施工參數(shù)“大排量、低前置液、快速返排”的水力壓裂改造技術(shù)路線。水平井差異化分段按照最大程度改造優(yōu)質(zhì)煤層段的原則，對地質(zhì)+工程“甜點段”（原生結(jié)構(gòu)煤、隨鉆伽馬值低于50 API）進(jìn)行加密布孔造縫，提高加砂強度，實現(xiàn)完全改造。壓裂泵注采用低排量起泵，逐步提至較高排量加砂（7～8 m3/min），低前置液（一般20%～30 %）、多段塞打磨，支撐劑多采用830/380 μm+380/212 μm 小粒徑組合。此外，為了使儲量最大程度動用，井組水平井采用交錯式壓裂，形成縫網(wǎng)改造，提高區(qū)域整體改造范圍，從而提高整體開發(fā)效果。

地質(zhì)工程一體化壓裂技術(shù)流程如圖4。

圖4 地質(zhì)工程一體化壓裂技術(shù)流程圖Fig.4 Flow chart of geological engineering integrated fracturing technology

根據(jù)水平井軌跡鉆遇構(gòu)造、天然裂縫系統(tǒng)、應(yīng)力狀態(tài)、鉆完井情況、鉆遇優(yōu)質(zhì)儲層等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，進(jìn)行壓裂裂縫設(shè)計。裂縫設(shè)計時通常以井區(qū)內(nèi)以往裂縫監(jiān)測資料、水平段鉆遇地層性質(zhì)及鄰井情況進(jìn)行；基于裂縫設(shè)計目的開展壓裂模擬，確定施工參數(shù)，模擬時需要考慮鉆遇煤巖力學(xué)性質(zhì)及裂縫發(fā)育情況下的裂縫擴(kuò)展規(guī)律。在壓裂施工作業(yè)過程中，實時監(jiān)測微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)、泵注壓力、流量變化等判斷水力裂縫破裂及延展情況，為壓裂施工作業(yè)現(xiàn)場決策提供依據(jù)。完成壓裂施工作業(yè)后，除了常規(guī)壓裂總結(jié)，還需要充分利用微地震監(jiān)測數(shù)據(jù)、壓裂施工數(shù)據(jù)及施工過程中各種事件，進(jìn)行壓裂后綜合對比分析，研究水力裂縫空間展布和影響壓裂效果主控因素分析，為后續(xù)壓裂井壓裂提供建議，也為壓后水平井效果評價提供依據(jù)。

例如，ZSP1 井位于鄭莊區(qū)塊南部，處于構(gòu)造高部位，3 號煤層埋深720 m，同井組的直井日產(chǎn)氣量普遍小于500 m3；該井采用套管完井，水平進(jìn)尺700 m，上傾角度3°，煤體結(jié)構(gòu)以碎裂為主。ZSP1 井測井解釋如圖5。

圖5 ZSP1 井測井解釋Fig.5 Logging interpretation of ZSP1 well

優(yōu)選伽馬值小于50API 層段設(shè)計10 個壓裂點，主要分布在原生-碎裂結(jié)構(gòu)為主的優(yōu)質(zhì)煤層水平段，段間距在40～70 m，單段加砂量60 m3，單段液量750～850 m3，支 撐 劑 選 擇380/212 μm+830/380 μm 組合粒徑石英砂，采用連續(xù)油管壓裂。施工過程無砂堵或地層難壓開等事件發(fā)生，壓裂施工相對平穩(wěn)。投產(chǎn)后日產(chǎn)氣量達(dá)到7 000 m3，實施效果較好，較同單元直井產(chǎn)量提升10 倍。

3.4 疏導(dǎo)式排采技術(shù)

由于煤層特殊的雙孔隙結(jié)構(gòu)和排水降壓的非常規(guī)產(chǎn)出機理，如果煤層氣井排采制度不合理，就很容易引起井底壓力劇烈波動，造成煤粉大量產(chǎn)出和沉積，致使煤粉堵塞滲流通道和排采設(shè)備，甚至引起儲層傷害，從而影響產(chǎn)氣效果。

研究表明[21-22]，煤層中氣水產(chǎn)出依次通過基質(zhì)孔隙、微觀裂隙、宏觀裂隙和人工裂縫四級裂縫系統(tǒng),最終到達(dá)井筒產(chǎn)出。該過程中受到毛細(xì)管力、有效應(yīng)力、啟動壓力和氣水相滲等4 種要素耦合控制,由于壓裂增壓后地層毛細(xì)阻力明顯增大、排水降壓后有效應(yīng)力會導(dǎo)致裂縫閉合、啟動壓力使氣體產(chǎn)出滯后、氣水相滲影響流態(tài)的穩(wěn)定。復(fù)雜的裂縫系統(tǒng)以及多種要素耦合控制的影響，當(dāng)氣井處在不同的排采階段時,影響排采效率的主控影響因素各不相同。

煤層氣井起抽時井底流壓大于地層壓力，這是由于壓裂注入地層液體增壓導(dǎo)致，此時裂縫宏觀裂縫中充滿水、微觀裂縫可動水增加，地層流體為單相水流階段，有效應(yīng)力傷害、氣體啟動壓力和相對滲透率對儲層影響較小，該階段排采重點主要考慮降低毛細(xì)管阻力，最大限度排出地層水。隨著排采的進(jìn)行，井底流壓逐漸下降，壓裂增壓作用逐漸減?。恢钡骄琢鲏盒∮谠嫉貙訅毫?，煤儲層壓力逐漸降壓，壓差逐漸增加，微觀裂縫中可動水逐漸向更大一級裂縫運移，毛細(xì)管作用逐漸減弱，但煤層所受到的上覆地層的有效應(yīng)力逐漸增加，會導(dǎo)致裂縫逐漸閉合，滲透性明顯下降，影響煤層疏水降壓效果，該階段主要考慮盡可能降低應(yīng)力傷害。當(dāng)井底流壓小于煤儲層臨界解吸壓力，但大于氣井見氣壓力時,吸附在基質(zhì)孔隙表面的甲烷分子開始解吸,氣-水兩相流出現(xiàn)在宏觀裂隙和壓裂裂縫中；隨著煤儲層壓力的進(jìn)一步下降，含氣飽和度將快速增加,裂縫中流態(tài)由“水帶氣”泡流轉(zhuǎn)變?yōu)椤皻馔扑倍稳鳎@將會對水的產(chǎn)出受到較大影響，該階段主要考慮降低氣對水產(chǎn)出的影響。當(dāng)井底流壓小于見氣壓力后，氣井產(chǎn)水來源主要天然裂縫及微裂縫中的可動水；地層中甲烷氣體會大量產(chǎn)出，氣相滲透率明顯上升，水相滲透率明顯下降，煤層降壓主要通過氣體的大量解吸，該階段需要加快放氣速度，降低裂縫中含氣飽和度對地層水的產(chǎn)出影響。

基于以上對于氣水產(chǎn)出機理的認(rèn)識，以降低氣水運移影響因素造成的儲層傷害、減小各排采階段滲透率損失為主要目的,建立了適應(yīng)于高煤階煤層氣井、以井底流壓為控制核心的“變速排采”排采管控模型，并定量化排采指標(biāo)。排水階段采用“快、慢、緩”的排采策略，井底流壓大于原始地層壓力，采用快速降壓；井底流壓小于原始地層壓力、但大于臨界解吸壓力時，降低降壓速度；當(dāng)井底流壓小于臨界解吸壓力、大于見氣壓力時，持續(xù)降低降壓速度。氣井見氣后，在不破壞地層供氣平衡的前提下小幅多頻快速放氣，降低裂縫中高含氣飽和對產(chǎn)水的影響。

ZP3 井排采曲線如圖6。

圖6 ZP3 井排采曲線Fig.6 Drainage production curves of ZP3 well

ZP3 井是鄭莊區(qū)塊南部1 口3 號煤水平井，煤層埋深544 m，水平段長度1 000 m，煤層鉆遇率100%，采用套管完井，壓裂13 段，投產(chǎn)后穩(wěn)產(chǎn)氣量10 000 m3/d。排水期早期采用日降壓0.1 MPa/d，臨近原始地層壓力后改為日降壓0.05 MPa/d；解吸后采用0.01 MPa/d 進(jìn)行降壓，提產(chǎn)速度100 m3/d，提產(chǎn)期為240 d，穩(wěn)產(chǎn)期已超過480 d，具有較好的穩(wěn)產(chǎn)能力。

4 結(jié) 語

1）以往采用樊莊直井“籠統(tǒng)”壓裂的工藝很難實現(xiàn)強非均質(zhì)性、高地應(yīng)力儲量的升級動用。通過開展地質(zhì)工程一體化攻關(guān)，融合地質(zhì)、工程特點，創(chuàng)新形成“三性”煤儲層評價方法，應(yīng)用地震采集、處理和反演技術(shù)預(yù)測儲層甜點展布，并配套煤層氣可控水平井鉆完井、分段壓裂及疏導(dǎo)式排采等關(guān)鍵技術(shù)，鄭莊區(qū)塊單井日產(chǎn)氣量較早期水平井產(chǎn)量翻倍，產(chǎn)能到位率明顯提升，開發(fā)效益明顯提升。

2）隨著研究區(qū)的水平井逐步向深部煤層（大于800 m）推進(jìn)，分段壓裂關(guān)鍵參數(shù)（如改造段長、段間距、用液強度、加砂強度等）還需要進(jìn)一步優(yōu)化，地質(zhì)工程一體化方法流程需要持續(xù)優(yōu)化，優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)，更加高效的實現(xiàn)技術(shù)優(yōu)化或創(chuàng)新，最終實現(xiàn)產(chǎn)能產(chǎn)量進(jìn)一步提升。