煤層中水對煤層氣產量的影響

郝麗 段寶玉

(華北油田公司采油工藝研究院，河北 062552)

煤層中水對煤層氣產量的影響

郝麗 段寶玉

(華北油田公司采油工藝研究院，河北 062552)

沁水盆地煤層氣井已進入大規模開發階段，目前主要問題是許多煤層氣井產量低，且低產井所占比例較高。本文通過與實際煤層氣井顯示的表象進行對比，初步揭示了煤層氣井低產的主要原因，并根據不同氣井的產水量給出了相應的具體解決措施，為這些低產井的排水采氣提供了指導性意見和建議。提出了深入研究煤層氣儲層中水的區域分布對煤層氣開發的重要性。

煤層氣 低產 原因

Abstract:The CBM wells in Qinshui basin have entered the stage of large scale development．Currently，the major problem is low yield for most CBM wells，which constitute a great proportion of the existing wells in the basin．Based on water production of different CBM wells，the paper proposes concrete measures for corresponding cases，which provide guiding opinions and suggestions for dewatering and drainage of low yield wells．The paper points out the importance of further to-the-depth research on regional distribution of water in CBM reservoir

Keywords:CBM;low yield;reasons

目前山西沁水地區的煤層氣開發已經進入大規模開采階段，在鄭莊、樊莊等區塊共計投產排采井545口井，開井399口，從目前排采井的生產數據來看日產氣量低于500m3/d的井共計105口，占總開井數的26%。煤層氣井的低產嚴重影響了開發指標的順利完成，為了清楚了解煤層氣井低產的原因，現場技術人員從壓裂參數，壓裂液返排、壓裂施工、排采方式、排采速度、排采控制等多個環節進行了全面的分析，并在現場進行了試驗，但總的效果并不明顯，僅僅二次壓裂技術在現場應用中見到了一定的效果。為了摸清導致煤層氣井低產的關鍵所在，我們對正常生產的排采井日報進行分析，從排液制度到煤粉含量等多項能夠影響煤層氣井產量的因素逐一進行了分析。通過對生產數據的深入分析，我們發現一個規律，就是在煤層氣井開采過程中，產水量是控制煤層氣井產氣量的一個重要因素。我們就煤層氣排采井產水量與產氣量的關系對煤層氣井低產原因進行一個初探，分析產水量對煤層氣井產氣量的影響程度。

由于煤層氣是吸附在煤顆粒表面的，因而在開采煤層氣時首先需要排出煤層中的水，降低煤層中的壓力，當壓力降到煤層氣的解析壓力時，煤層氣就會從煤顆粒表面解析出來成為游離氣，因此煤層中水的分布是影響煤層氣產量和解析速度的一個重要因素。水在煤層中存在的形式以及水量的大小、有源與否都直接控制著煤層氣井的產氣量和解析速度，研究水在煤層中的分布狀態對于煤層氣開采及提高煤層氣井產量來說具有重要的意義。

為了摸清煤層氣井在正常生產過程中產氣量與產水量的相互關系，我們對現場正常生產的煤層氣排采井的產水量和產氣量進行了統計分析，結果見表1。

表1 部分煤層氣井產氣量與產水量關系

從表1中可以看出，產水量低的井中，高產井所占比重比較高。在統計的數據中，日產水量在0.1～1.2m3/d的井共計198口井，其中日產氣量在1000m3/d以上的井共計86口，占43%左右;日產水量在1.7～2.5m3/d的井共計65口井，其中日產氣量在1000m3/d以上的排采井共計14口，占22%左右;日產水量在2.6～13.4m3/d的井共計78口井，其中產氣量在1000m3/d以上的井共計11口井，占14%左右。

1 煤層氣的產出機理

其實，目前在煤層氣的產出機理方面已經進行了大量的研究工作，基本已經了解煤層氣的存儲狀態和產出機理。目前普遍得到認可的理論就是解析理論。在儲層條件下，煤層氣分子是吸附在煤層中煤顆粒表面的，以吸附氣的形式存在。當煤層中的壓力降到其解析壓力時，煤層氣分子就會脫離煤顆粒的表面而成為游離氣。這些游離氣通過煤層中的節理、割理、微小裂縫等通道進入井內，通過井筒到達地面。

2 影響煤層氣井產量的主要因素分析

從客觀角度來說，影響煤層氣井產量的主要原因有三個方面:第一是煤層氣的噸煤含量，在其它條件基本一致的情況下，噸煤含量高的區域，產氣量相對高;另外一個原因是煤層本身的滲透性和微裂隙之間的相互連通性，連通性好的儲層通常能獲得較高的產量;第三個影響煤層氣井產量的原因就是儲層中的水含量。除此之外，煤層氣井的壓裂效果和排采方式也是影響煤層氣產量的原因之一，但本文認為并不是主要因素。在這里，關于其它因素對于煤層氣噸煤含量的影響已經有許多文章進行了詳細的剖析，就不再贅述，本文只敘述儲層中的水對于煤層氣開采的影響。

從理論上來說，煤層氣儲層中水的儲存形態通常有兩種形式，一種是以束縛水的形式存在，另一種是以自由水的形式存在。對于束縛水來說，除了會導致煤層氣噸煤含量的下降，由于其不可流動，故在煤層氣開采過程中不能起到降壓作用;在煤層氣井降壓開采過程中起到關鍵作用的就是煤層氣儲層中的自由水。儲層中的自由水流入井內后會導致儲層內壓力下降，當壓力降到煤層氣解吸壓力后，氣井才能正常產氣。煤層氣儲層中的自由水來源又有若干種，一種是在成藏過程中就存在的自由水，一種是通過煤層中的裂隙滲進煤層中的自由水，一種是無源自由水，一種是有源自由水。如果我們的生產井正好打在了無源自由水區域，由于儲層中的自由水無水源供應，只要排出少量的水，就會迅速在近井地帶形成比較大的壓降漏斗，使近井地帶的儲層迅速達到煤層氣的解吸壓力，達到生產煤層氣的條件。從目前生產井的排水量和產氣量數據可以看出，有一些井雖然排水量比較少，但產氣量比較高，這種類型的井通常就是打在了無源自由水區域;如果生產井正好打在有源自由水區域，在煤層氣井排采過程中，由于有水源供水，導致近井地帶儲層降壓速度緩慢，壓力漏斗擴展緩慢，不能在比較大的范圍內形成解吸壓力區域，導致煤層氣不能解吸。另外，由于有水源供水，儲層中的裂隙始終被水占據，使已經解吸的煤層氣也無法通過裂隙通道到達井內。這種類型的井在排采過程中的主要表現為排水量比較大，產氣量相對較低。如果在儲層中存在有比較大的裂隙，并且具有充足的水源供水，就會導致雖然在不斷地進行大量排水，但在近井地帶無法有效地建立解吸壓降，導致氣井無法產氣。在生產實踐中，大排水量、低產氣量或無產氣量的氣井占有相當的比例。究其原因，就是由于水源供應充足，不能在近井地帶建立有效的解吸壓降漏斗。

3 提高煤層氣井產量的技術手段

在充分摸清楚了導致煤層氣井低產的原因之后，就能找到解決煤層氣井低產的方法，根據上面的理論分析，對于低產煤層氣井，根據出水量與產氣量的具體情況，可以采取以下幾種增產措施。

3.1 水量低，氣量低

對于正常排采過程中出現水量低、氣量低的煤層氣井，多數屬于儲層中束縛水占居主導地位的情況，由于游離水比較少，難以在儲層中建立有效的解吸壓差，也不能迅速的擴大壓降漏斗，從而導致產氣量低下。對于這種類型的氣井，建議采用重復壓裂技術進行二次壓裂，在壓裂過程中采用小流量，大注入量的原則，使儲層中的裂隙在水壓的作用下擴大，增加導流能力，另外，這種措施可以利用外來水作為儲層降壓媒體，在排水過程中使儲層中建立有效的解吸壓差，達到增加產氣量的目的。

3.2 水量適中，產氣量低

在排采過程中，這些井的主要表現為:產水量恒定不變或變化很小，產氣量上升緩慢或基本不變，這種井主要是由于在儲層中具有與水源連通的中小裂隙，這些裂隙中的水在生產壓差的作用下，不斷的進入井內，導致排水所形成的壓差不能有效的向裂隙周圍的煤層中傳遞，由于水是由裂隙中進入井內，故在固定壓差作用下，流量基本不變或變化很小。由于生產壓差不能有效的向周圍傳遞，所以導致氣量不增或增加速度緩慢。對于這種類型的氣井，建議采用有機堵水劑對裂隙進行封堵，降低裂隙出水量，擴大近井地帶的壓力傳遞，提高氣產量。

3.3 水量高，氣量低

這種類型的井通常是打到了水源區，由于供水充足，儲層中裂隙中排出的水被迅速補充，不能有效的建立解吸壓差，故氣井的表現通常是排水量很大，但是氣量很低或者根本無氣。如果是水平井或者羽狀井中有水平井段或某個羽狀井段穿過水源區，也會使生產壓差大部分或者全部消耗在穿過水源區的水平井段，導致在其它產氣井段或羽狀井段不能建立有效的生產壓差而使水平井或者羽狀井達不到預期產氣量。對于這種類型的直井，建議采用無機堵水方法進行大裂隙的堵水措施，降低大裂隙的出水，使小裂隙中的水產出，降低儲層解吸壓力，增加氣產量。如果是在水平井或者羽狀井中出現這種情況，建議首先測試出水井段，然后用機械卡水措施封堵出水井段，擴大其它井段的解吸壓力，提高氣井產量。

［1］降文萍，崔永君，鐘玲文，李建武，張群.煤中水分對煤吸附甲烷影響機理的理論研究［J］.天然氣地球科學，2007，18(4):576－579.

［2］張培河.沁水煤田煤儲層壓力分布特征及影響因素分析［J］.煤田地質與勘探，2002，30(6):31－32.

［3］葉建平，秦勇，林大楊.中國煤層氣資源［M］.徐州:中國礦業大學出版社，1998.

［4］唐書恒.煤儲層滲透性影響因素探討［J］.中國煤田地質.2001，13(1)28－30.

［5］葉建平，等.中國煤儲層滲透率及其主要影響因素［J］.煤炭學報，1999，24(2):118－122.

［6］羅山強.影響煤層井產能因素初步研究 ［J］.斷塊油氣田，1997，4(1):42－46.

［7］李五忠，王一兵，崔思華，等.沁水盆地南部煤層氣田煤層氣成藏條件分析 ［J］.煤田地質與勘探，2003，31(2):23－26.

［8］秦勇，桑樹勛，等.山西南部煤層氣地質［M］.徐州:中國礦業大學出版社，1998:11－35.

The Impact of Water in Coal Seam on CBM Yield

Hao Li，Duan Baoyu
(Oil Production Technology Research Institute of North China Oil Field，Hebei 062552)

國家重點基礎研究發展計劃(“973”)項目“煤層氣開發多分支水平井控制機理”(編號:2009CB219608);國家科技重大專項項目(示范工程)“山西沁水盆地煤層氣水平井開發示范工程”(編號:2008ZX05061)聯合資助。

郝麗，畢業于華北石油學校采油專業，現從事煤層氣、天然氣開采技術方面的研究工作。［LM］

(責任編輯 桑逢云)