煤層氣排采工藝技術研究和展望

谷東東

中石油煤層氣有限責任公司韓城分公司

煤層氣排采工藝技術研究和展望

谷東東

中石油煤層氣有限責任公司韓城分公司

隨著全球環境問題日趨嚴重，開發與研究新型能源成為當下科研與應用領域的重要內容。作為一種非常規能源，煤層氣已成為現階段人們所關注的主要能源之一。中國煤層氣總體儲量十分豐富，據相關數據調查顯示，國內陸地埋深在1km以內的煤層氣儲量占淺埋煤層氣總儲量超過了61%。研究煤層氣井產能影響要素有助于提高淺埋煤層氣抽采效率，進一步提升氣井產能。基于此，本文將著重分析探討煤層氣排采工藝技術研究和展望，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

煤層氣；排采工藝；技術；展望

1、煤層氣井生產階段

1.1 排水降壓至產氣前階段

該階段產出煤粉顆粒大，粒徑為5～10mm，煤粉濃度低于1%，多為原生煤粉和鉆井過程或射孔壓力過程產生的煤粉，大顆粒的煤粉可以通過井下管柱安裝防砂篩管過濾掉，減少卡泵現象。然而該階段儲層承壓水的排出使得煤巖圍壓相對增大，裂隙存在閉合現象，即應力敏現象，所以該階段主要以控制降液面速度來調整井底降壓，以穩定降壓為目標。

1.2 氣液兩相流階段

該階段產出煤粉顆粒較細，粒徑為1～3mm，煤粉濃度偏高，高可達8%，多為工程擾動、沖刷井壁或井壁失穩產生的煤粉。該階段產出煤粉細且濃度高，在工藝上通過向油套環空注入排出水稀釋井下煤粉，在排水量上通過計算最小攜粉速度確定排水量的最低界限，以控制排水速率為目標。

1.3 氣井穩產階段

該階段是指產水量＜0.5m3/d，且產氣量平穩不遞減。該階段氣體解吸范圍內的滲流通道內水量甚少，該范圍內的煤粉來源有限、流體攜粉能力也弱。由于氣體大量解吸，煤巖正效應占優，不會影響到滲流通道。該階段主要是控制好套壓，確保滿足集輸要求。

1.4 氣井衰竭階段

該階段是指產氣量遞減，儲層壓力逐步降低到廢棄壓力為止。該階段泄氣面積不再增大，煤基質逐步解吸完畢，煤粉不再產出。因此該階段主要以滿足集輸要求為準。

2、煤層氣排采工藝技術

2.1 單井排采工藝

對于不同類型的儲層，煤層氣單井排采主要分為以下幾種類型：排采過程中形成穩定壓降漏斗、壓降漏斗不斷擴展。當煤儲層存在張性斷層時，隨著壓力的不斷降落，壓降漏斗不斷擴張至斷層時，與地下水連通的張性斷層向儲層中補給地層水，當補給量等于排采量時，壓力不再發生降落，煤層氣不再解析產出；當煤層中頂板或者底板存在水層時，壓力降落后，地層水通過頂、底板補給儲層，當補給量等于排采量時，煤層氣不再解析產出；當煤層中存在逆斷層時，隨著壓力的不斷降落，壓降漏斗不斷擴張至斷層時，無地層水補給，煤層氣不斷解析，直至儲層的壓力與井筒壓力一致，煤層氣不再發生解析。

2.2 井群排采工藝

在煤層氣開采過程中一般采用多口井進行開采，其排采機理以單井排采為基礎，但復雜程度要大的多。與單井相比，井群排采過程中，壓降漏斗存在干擾疊加的現象。就產氣速度而言，多井壓降疊加，煤層氣解析速度加快，產氣速度較單井大的多；在產氣量上，壓降漏斗疊加后，產生隔水的作用，壓力降落程度增加，煤層氣解析程度增加，產氣量加大。

3、煤層氣排采工藝技術展望

3.1 鉆完井技術

隨著精準定向和地質導向技術的發展，針對煤層氣藏的特點，適宜于煤層氣開采的井型朝著多樣化、復雜結構化的方向發展，由直井發展到垂直井、水平井、叢式井，繼續發展到多分支水平井、遠端對接井、徑向井、傾斜井以及多類型組合井。單多分支水平井就有雙井筒多分支水平井、單井筒單分支水平井、雙井筒單分支水平井、單井筒單分支分級壓裂井、雙煤層多分支水平井等多種形式。

3.2 壓裂增產技術

我國煤層氣酸化壓裂技術已經取得了重要進展，煤層氣壓裂增產技術的發展趨勢主要表現在以下6個方面：①由單一壓裂煤層向壓裂煤層底板或煤層頂板方向發展；②由直井單煤層大規模壓裂向水平井分段壓裂方向發展；③單一的初次壓裂向解堵壓裂和重復壓裂方向發展；④壓裂規模不斷增大，甚至朝著“壓裂工廠”方向發展；⑤壓裂液在活性水基礎上，逐步向多元壓裂液方向發展；⑥加砂強度趨于增加，由追求高砂比逐步向中砂比轉變。

3.3 排采技術

排采作為煤層氣產氣的重要環節，是鉆井、壓裂效果成敗的關鍵。煤層氣排采技術呈現出以控壓控粉為目標的智能化管控排采技術、循環回沖煤粉解堵排采技術、防煤粉高效排采泵、排采-集輸一體化的發展趨勢。

3.4 數值模擬技術

目前煤層氣數值模擬研究一般側重于描述儲層內流體的運移規律，而沒有考慮井筒內流動與儲層流動的相互作用，未來研究井筒儲層一體化，將現行數模的內邊界進行修正，由井底射孔段處延伸至井口，使用人為可控的井口油壓和生產制度作為煤層氣井的調整參數，將會更加方便準確地進行產量預測、制定開發方案、優選生產工藝等。需要針對我國煤層氣儲層特征的模擬軟件，煤層氣數值模擬軟件的發展趨勢是以三重孔隙介質、多組分模型為基礎的全三維模型，能夠處理注入氣體成分強化煤層氣開采、水蒸發引起脫水效應以及氣體不純影響、復雜結構井以及結構化網格和非結構化網格相結合等復雜問題。

總而言之，從一定角度上來說，煤層氣的產量主要受到地質因素的影響，與氣井產氣量的效率密切相關。在實際工作中，大量的數據信息表明，滲透率、埋深情況、煤層構造以及厚度等因素的共同作用結果直接決定著煤層氣的產量，這就要求我們在以后的實際工作中必須對其實現進一步研究探討。

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