煤層氣解吸階段劃分方法研究

■于欣

（河南省煤田地質(zhì)局三隊(duì)河南鄭州450017）

煤層氣解吸階段劃分方法研究

■于欣

（河南省煤田地質(zhì)局三隊(duì)河南鄭州450017）

在開采煤層氣的過程中，需要合理劃分煤層氣的不同解吸階段，以便制定相應(yīng)的生產(chǎn)制度。所以，本文通過引入解吸速率這一概念，對(duì)不同壓力下的煤層氣解吸速率進(jìn)行了分析，并將煤層氣解吸過程劃分成了低效解吸、緩慢解吸、快速解吸和敏感解吸這四個(gè)階段，從而為關(guān)注煤層氣解吸階段劃分問題的人們提供參考。

煤層氣解吸階段劃分方法

0 引言

在開發(fā)煤層氣的過程中，需要遵循“排水-降壓-解吸-擴(kuò)散-滲流”的開采流程。其中，煤層氣解吸對(duì)煤層氣開發(fā)起到了至關(guān)重要的影響，所以還應(yīng)該對(duì)煤層氣解吸特征展開分析。而煤層氣解吸具有階段性的特征，因此還需要尋求有效的方法對(duì)煤層氣解吸過程進(jìn)行階段性的劃分，從而更好的為煤層氣的開采提供依據(jù)。

1 煤層氣解吸的階段性分析

在煤層當(dāng)中，煤層氣將以吸附狀態(tài)存在，而煤層氣解吸就是煤層吸附的逆過程。在煤層氣開發(fā)的過程中，降壓-解吸是首要開發(fā)工作。受到多種地質(zhì)因素的影響，煤層氣的解吸過程相對(duì)復(fù)雜。但是，能否對(duì)煤層氣解吸的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行定量分析，將直接影響煤層氣井的產(chǎn)能高低。根據(jù)煤層氣的等溫吸附-解吸曲線可知，煤層氣解吸過程是非線性的。隨著煤層儲(chǔ)層壓力的變化，煤層氣解吸速率和解吸量也將隨之變化。但是，這種動(dòng)態(tài)演變將呈現(xiàn)出一定的階段性特征，不同的階段煤層氣的產(chǎn)能特性也并不相同[1]。因此，可以根據(jù)煤層氣解吸過程特性尋求一種煤層氣解吸的階段劃分方法，從而通過預(yù)測(cè)煤層氣排采的階段性判斷煤層氣井的生產(chǎn)狀況。

2 煤層氣解吸的階段劃分方法研究

2.1 煤層氣解吸的階段分析方法

從表面現(xiàn)象來看，煤層氣解吸的階段性特點(diǎn)主要表現(xiàn)為解吸速率的明顯變化。根據(jù)這一現(xiàn)象，可以根據(jù)吸附-解吸過程的可逆性特點(diǎn)將吸附方程轉(zhuǎn)化成用來描述解吸階段數(shù)值的方法。考慮到煤層氣排采為降壓解壓過程，所以需要將單位降壓條件下的煤層氣解吸量定位為解吸速率，然后利用等效解吸率-壓力曲線曲率衡量等效解吸速率變化。從等效解吸速率曲線的變化情況來看，隨著壓力的降低，等效解吸速率將隨之不斷增加。在降壓初期，煤層氣解吸速率接近零。在降壓的早期階段，在壓力不斷降低的情況下，解吸速率緩慢增大。而隨著壓力的進(jìn)一步降低，解吸速率將隨之大幅度增加。在降壓后期階段，在壓力不斷下降的情況，解吸速率將迅速增大。所以，解吸速率曲線一開始呈現(xiàn)出緩慢上升趨勢(shì)，后來則出現(xiàn)“下凹”型，在最后曲線斜率則急劇增大。利用該方法，可以得到三個(gè)等效解吸速率曲線曲率的變化點(diǎn)[2]，而這三個(gè)點(diǎn)其實(shí)就是煤層氣解吸階段分界點(diǎn)。

2.2 煤層氣解吸的階段劃分

通過分析煤層氣解吸速率變化曲線可知，在早期降壓階段，煤儲(chǔ)層的甲烷解吸量要比后期相同壓降幅度下產(chǎn)生的甲烷解吸量小很多。所以，煤層氣在降壓早期對(duì)降壓和解吸的敏感性較弱。在壓力下降到一定程度后，煤層氣解吸量才值得進(jìn)行采排。所以，煤層氣解吸速率曲線的三個(gè)點(diǎn)應(yīng)該分別對(duì)應(yīng)啟動(dòng)壓力、轉(zhuǎn)折壓力和敏感壓力，使用不同煤樣獲得的對(duì)應(yīng)壓力數(shù)值并不相同。將這三個(gè)點(diǎn)當(dāng)成是分界點(diǎn)，可以將曲線劃分成低效解吸階段、緩慢解吸階段、快速解吸階段和敏感解吸階段。其中，低效解吸階段和緩慢解吸階段的煤層氣產(chǎn)出較小，所以煤層氣井的產(chǎn)能潛力主要由快速解吸階段和敏感解吸階段決定。

2.2.1 低效解吸階段

在低效解吸階段，煤層氣儲(chǔ)層壓力要高于啟動(dòng)壓力，但是該階段煤層氣解吸量對(duì)壓力的敏感性較差，解吸效率也較低。所以，該階段也可以被稱之為零解吸階段，相應(yīng)的等效解吸速率曲率變化值較小，曲線斜率接近于零。在這一階段，煤層氣解吸量站含氣量比例較低，煤層基本不產(chǎn)氣。因此在該階段，應(yīng)該確保井底流壓緩慢下降，并且使產(chǎn)水量保持恒定，以便使煤層氣井的壓力波和范圍增大。針對(duì)壓裂煤層氣井，該階段還要做好井底壓力控制，從而防止煤層受到損傷。

2.2.2 緩慢解吸階段

在緩慢解吸階段，儲(chǔ)層壓力將在轉(zhuǎn)折壓力和啟動(dòng)壓力之間，煤層氣解吸量的敏感度較低，在含氣量中所占比例也較低，基本較難為煤層氣井產(chǎn)能做出較大貢獻(xiàn)。同時(shí)，這一階段的等效解吸速率曲線呈現(xiàn)出類似線性增長(zhǎng)的模式，但是曲線曲率仍然較小。此時(shí)，煤層氣解吸量仍然較低，但是曲線斜率將逐漸增大。在這一階段，還應(yīng)該做好煤層氣解吸范圍的控制[3]。因?yàn)椋S著煤層中氣水兩相流動(dòng)阻力的增大，壓力波的傳播速度將降低，繼而導(dǎo)致煤層氣的后期排采受到降壓區(qū)域減小的限制。

2.2.3 快速解吸階段

在快速解吸階段，儲(chǔ)層壓力將在轉(zhuǎn)折壓力與敏感壓力之間，煤層氣解吸量的敏感度較高。此時(shí)，煤層氣解吸量在含氣量中所占比例較高，能夠?yàn)槊簩託忾_采提供較大貢獻(xiàn)。而該階段其實(shí)是過渡解吸階段，壓力將得到逐步釋放，等效解吸速率曲線斜率也將達(dá)到正極值點(diǎn)，所以曲率會(huì)出現(xiàn)先增高后降低的情況。在這一階段，應(yīng)該著手進(jìn)行煤層氣的排采，并且維持連續(xù)生產(chǎn)狀態(tài)。

2.2.4 敏感解吸階段

在敏感解吸階段，儲(chǔ)層壓力將小于敏感壓力，煤層氣解吸量的敏感度將較高。在含氣量中，煤層氣解吸量所占比例較高，能夠?yàn)槊簩託忾_采做出較大貢獻(xiàn)。此時(shí)，等效解吸速率曲線斜率較大，單位壓降所解吸氣量將達(dá)到最大。在這一階段，煤層氣解吸區(qū)域已經(jīng)擴(kuò)大到了一定范圍。所以，需要密切關(guān)注井底流壓變化，并且做好流壓的控制，從而防止煤層因煤粉產(chǎn)量迅速增大而受到影響。

3 結(jié)論

總而言之，由于地質(zhì)條件和開采工藝技術(shù)水平不同，不同煤層氣的排采階段特征也并不相同，所以還需要采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行煤層氣解吸階段的合理劃分，從而在不同階段采取不同措施做好煤層氣井的排采控制。

[1]孟艷軍,湯達(dá)禎,許浩等.煤層氣解吸階段劃分方法及其意義 [J].石油勘探與開發(fā), 2014,05:612-617.

[2]簡(jiǎn)闊,傅雪海,張玉貴.構(gòu)造煤煤層氣解吸階段分析及最大瞬時(shí)解吸量計(jì)算 [J].煤炭科學(xué)技術(shù),2015,04:57-62.

[3]柳迎紅,房茂軍,廖夏.煤層氣排采階段劃分及排采制度制定 [J].潔凈煤技術(shù),2015,03: 121-124+128.

TD82[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-6-81-1

于欣（），男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)勘探。