朱家偉 胡海洋 易旺

(1.貴州省煤田地質(zhì)局一四二隊; 2.貴州省煤層氣頁巖氣工程技術(shù)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?？梢姡訌妼γ簩託獾彤a(chǎn)井低產(chǎn)原因及增產(chǎn)改造技術(shù)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(guān)內(nèi)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(nèi)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(yán)重的浪費了能源，而且會引起溫室效應(yīng)，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(nèi)瓦斯，能夠減少風(fēng)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(yīng)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(zhì)條件差

區(qū)域內(nèi)斷層發(fā)育情況下、煤層埋藏深，這都會導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)儲壓層、煤層含氣量、圍巖、煤體結(jié)構(gòu)等各項內(nèi)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(nèi)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(zhì)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)煤層氣井內(nèi)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(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致煤層結(jié)構(gòu)會以糜棱煤和碎粒煤為主，這也就導(dǎo)致開展排采作業(yè)時，煤層內(nèi)壓力難以快速、穩(wěn)定傳遞到遠處，這也就會在區(qū)域內(nèi)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(nèi)容[4]。

2.2 鉆層儲層遭受污染

大量研究和實踐結(jié)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(jié)構(gòu)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(nèi)壓力與儲能不足，該區(qū)域內(nèi)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(dǎo)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(dǎo)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(dāng)其降低到泵掛區(qū)域后，則不能繼續(xù)下降，此時，區(qū)域內(nèi)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(dǎo)致應(yīng)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(nèi)的積水，這會持續(xù)加大煤基質(zhì)承受應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)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(zhì)條件，提出具有針對性的一種處理策略。考慮不同煤層結(jié)構(gòu)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(zhì)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(nèi)，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(yán)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(dǎo)致煤層直接被壓裂，形成多樣化壓裂曲線。硬煤層段內(nèi)，開展壓裂作業(yè)時，在前置液內(nèi)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(nèi)壓力頻繁變化，時大時?。蝗绻由傲坎蛔?，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(dǎo)致煤儲層區(qū)域內(nèi)，形成多道裂隙。上述各項問題的存在，會導(dǎo)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(zhì)條件的改進

地質(zhì)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(zhì)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(nèi)地質(zhì)條件，不斷優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)與工藝，從而降低不良地質(zhì)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(shù)主要有以下幾種。

3.1.1 羽狀水平井、直井嵌套鉆井技術(shù)

該項技術(shù)指的就是在羽狀水平井控制面積范圍內(nèi)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(yīng)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(shù)應(yīng)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(shè)計羽狀水平井布井方案中，也有著不錯應(yīng)用前景，因此，對該項技術(shù)進行應(yīng)用是可行的。

3.1.2 小井眼側(cè)鉆技術(shù)

該項技術(shù)的具體應(yīng)用就是通過對老井井身進行應(yīng)用，再次挖掘油氣藏潛能，對原有采輸設(shè)備進行應(yīng)用，適當(dāng)引入新技術(shù)，發(fā)揮采輸設(shè)備的潛力。采取小井眼側(cè)鉆技術(shù)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(cè)鉆技術(shù)應(yīng)用在低產(chǎn)井、老井改造中，隨著人們對該技術(shù)應(yīng)用與研究的不斷深入，逐漸成熟，其具體應(yīng)用也取得了良好的效果。

3.1.3 短半徑水力噴射鉆井技術(shù)

該項技術(shù)在實際應(yīng)用期間，其主要特點就是能夠應(yīng)用在直徑0.12 m 立井井段中，實現(xiàn)由垂直方向轉(zhuǎn)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(shù)得到了廣泛應(yīng)用的主要原因。

3.1.4 二次水力壓裂改造技術(shù)

該項技術(shù)就是對低產(chǎn)井開展解堵性再壓裂的一種增產(chǎn)技術(shù)，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(yīng)當(dāng)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(yīng)用，而且從具體應(yīng)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(shù)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(dǎo)流能力，通過對污染物的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)進行分析，采用酸化法，溶解鉆井層內(nèi)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(zhì)量分?jǐn)?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(zhì)量分?jǐn)?shù)，一共得到了以下幾種不同組合方式。

組合1：3種酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都為3.0%。

組合2：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.0%的HF。

組合3：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.0%的HCl。

組合4：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.0%的CH3COOH。

組合5：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5%的HF和HCl。

組合6：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5%的CH3COOH和HCl。

組合7：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%的CH3COOH 和HF 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%的HCl。

組合8：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5%的CH3COOH和HF。

組合9：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%的HF和HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%的CH3COOH。

組合10：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%的CH3COOH 和HCl，以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0%的HF。

通過對上述10種搭配方案的實際應(yīng)用進行分析，不同搭配方案，其在具體應(yīng)用期間，呈現(xiàn)出的溶蝕效果也會存在一定差異，在72 h內(nèi)，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(yīng)用期間，隨著時間推移，將會產(chǎn)生雜質(zhì)，因此，與CH3COOH相互配合應(yīng)用，能夠抑制各種雜質(zhì)的出現(xiàn)，但是這會減緩反應(yīng)速度。綜合來說，在上述10種組合方式中，組合1應(yīng)用效果最穩(wěn)定，因此應(yīng)當(dāng)依據(jù)組合1為基礎(chǔ)，依據(jù)具體情況，調(diào)整質(zhì)量分?jǐn)?shù)，不斷調(diào)整，從而得到最佳質(zhì)量分?jǐn)?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(yīng)當(dāng)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(shè)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(zhì)條件進行全面分析，掌握區(qū)域內(nèi)情況，采取符合區(qū)域內(nèi)地質(zhì)情況的設(shè)備。例如：對于區(qū)域內(nèi)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(yīng)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(shù)

實際排采期間，改進排采作業(yè)采用的技術(shù)過程中，要全面結(jié)合信息化、數(shù)字化技術(shù)，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(shè)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(shè)定，在這一基礎(chǔ)上，完成對境內(nèi)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(shù)，完成對臨界解析深度數(shù)值、等溫吸附線各項內(nèi)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(shù)

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(shù)，通過對該項技術(shù)進行應(yīng)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(zhì)情況進行全面分析，掌握單井地質(zhì)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(diào)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(shè)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(jié)構(gòu)煤構(gòu)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(nèi)的7 號井，其是一個具有代表性的原生結(jié)構(gòu)煤儲層，對其進行調(diào)查，其整體深度約為746 m，通過對數(shù)字化軟件進行應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對砂量、前置液量、施工液量等各項基礎(chǔ)信息的模擬，與詳細資料進行適當(dāng)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(yīng)力等各項內(nèi)容，能夠?qū)崿F(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(yīng)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(yīng)工作開展提供數(shù)據(jù)支持。在深度為746 m 原生煤儲層內(nèi)，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(shù)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(diào)整，直接增加導(dǎo)流能力；若煤層受含水層影響，補給量較大，這將會導(dǎo)致活性水壓裂技術(shù)作用無法得到合理發(fā)揮，針對這一情況，要盡早預(yù)測圍巖和煤層頂板含水情況，預(yù)測數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)盡量精準(zhǔn)，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(jié)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(jié)分析可以發(fā)現(xiàn)，造成這一現(xiàn)象的主要原因有地質(zhì)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(yīng)當(dāng)制訂相應(yīng)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。