多煤層疊置條件下的煤層氣合層排采

朱家偉

摘 要：針對六盤水松河礦區煤層氣基礎地質特征和開發井S-1井合層排采的基礎數據，分析了適合研究區合層排采的地質因素，總結了合層排采的工藝技術，探索了影響排采過程的因素。合層排采適合于滲透率、壓力梯度、臨儲比相近的煤層；整個合排過程可劃分為排水、憋壓、控壓、穩產、合排5個階段。

關鍵詞：煤層氣 合層排采 排采工藝 影響因素 六盤水

中圖分類號：TD712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）09（c）-0056-02

煤層氣的開發利用可以有效降低煤礦生產的危險系數，同時能夠緩解能源和環境壓力。六盤水煤田煤層層數多、厚度大、分布穩定，具有良好的煤層氣開發價值[1]。

本文以S-1井合層排采為例，分析六盤水地區合層排采的地質控制因素。

1 地質背景

研究區位于黔西地區，構造位置處于土城向斜，井田出露地層由老至新依次為：二疊系上統峨眉山玄武巖組、龍潭組，三疊系下統飛仙關組、永寧鎮組，第四系。

通過在六盤水松河井田內實地鉆探發現，區域內龍潭組含可采煤層17層，通過含氣系統的劃分將其劃分為5個煤組[2]：第一煤組：1+3、4、51；第二煤組：62、9、11、12；第三煤組：15、16；第四煤組：17、18；第五煤組：271、272、291、292、293。

2 合層排采分析

對于多煤層地區，“多層壓裂、合層排采”工藝技術既可以降低煤層氣開發的成本，同時也是增產的重要措施之一[3]。松河礦區由于煤層層數多、地質參數差異性大，所以合層排采過程中需要考慮一些重要參數。

2.1 含氣量

煤層含氣量作為煤層氣開發的因素之一，對煤層氣開發起著決定性作用。通過對參數井各煤層解吸發現，研究區煤層含氣量在6.62～20.99m3/t[4]，從圖1可以看出第二煤組、第四煤組含氣量相對較高，平均含氣量在15m3/t以上，第一煤組、第三煤組含氣量相對較低，平均含氣量在10m3/t左右，第五煤組各煤層含氣量相差較大，293煤含氣量達到20m3/t。從含氣量的組成來看，解吸氣量占比最大有利于煤層氣解吸。

2.2 滲透率

研究區主要以塊煤為主，含少量碎塊煤，裂隙較為發育，通過對部分煤樣做壓汞測試分析，各煤層總體以小孔和微孔為主，僅1+3煤孔隙度最大。通過對參數井試井分析，整體滲透率較低，屬于低滲儲層，且隨著埋深的增加，滲透率變差。因此，在研究區對主要煤層采用了“多段壓裂”的工藝，以增加煤儲層滲透率，從而達到合層排采的要求。

2.3 儲層壓力梯度

儲層壓力梯度的差異將直接導致不同煤層供液能力不同，研究區龍潭組煤系儲層壓力梯度差異較大，在1.064～1.37MPa/hm之間。通過做壓力梯度分析得出，第一煤組和第二煤組壓力梯度相當，第三煤組與第五煤組壓力梯度相當，適合合層排采。

2.4 臨儲比

煤儲層的臨儲比直接決定著煤層解吸的順序，通過計算臨界解吸壓力，可直接計算出煤層解吸時液面的高度。通過對參數井試井及測試分析，各煤層臨儲比和臨界解吸壓力具有很好的耦合性，呈正相關關系。9煤臨界解吸壓力和臨儲比最大，其次是52煤，而24煤與271煤臨儲比最小。因此，在排采作業過程中，正常解吸順序應該是第二、第一、第三、第五煤組。

3 排采工藝

排采作業是煤層氣開采的重要環節之一，主要是利用排水降壓的原理，形成壓力降落漏斗，從而使煤層中吸附的甲烷解吸[5]。目前，煤層氣排采主要采用的是“五段法”，即排水階段、憋壓階段、控壓階段、穩產階段、合排階段、衰竭階段[6-7]。

3.1 排水階段

S-1井共壓裂了第一煤組、第二煤組、第三煤組和第五煤組，壓裂結束后即開抽，開抽即出液，在排水初期，返排液主要以壓裂液為主，隨著液面的降低，儲層壓力下降，達到臨界解吸壓力，氣體開始解吸，套壓出現。

3.2 憋壓階段

隨著煤層繼續解吸，采取憋壓排采，此階段要求平穩、緩慢、連續降低液面，達到第二煤組大量解吸的效果。

3.3 控壓階段

此階段液面降低到一定水平，套壓處于較高狀態，開始放氣。在放氣過程中必須嚴格控制產氣及套壓，防止賈敏效應產生，從而導致產氣下降。為了擴大壓降漏斗，使氣體解吸范圍增加，需要繼續降低井底流壓。

3.4 穩產階段

隨著排采作業的進行，產氣量達到1100m3/d，接近預期設定的目標，因此本階段主要目標是穩定流壓，嚴格控制套壓和液面高度，盡量延長產氣周期。

3.5 合排階段

隨著流壓的下降，當第二煤組流壓接近于第一煤組臨界解吸壓力時，可通過降低液面適當降低流壓，使第一煤組開始解吸，完成第一煤組和第二煤組合排的目標。當第一煤組和第二煤組進入衰竭階段后，可通過控壓、穩產、合排3個階段將第三煤組同第五煤組進行合排生產。

4 排采影響因素分析

4.1 間斷排采的影響

煤層氣排采的幾個階段要求穩定、連續的進行，若出現卡泵、修井或者其他停抽原因造成作業間斷，將導致液面回升，儲層壓力重新增大，氣液“倒灌”，容易產生“氣鎖”及“水鎖”效應，從而使得產氣能力大幅下降。

4.2 上部煤層快速裸露的影響

在排采過程中，為了使壓降漏斗不斷擴大，需要持續降低液面，甚至裸露頂部煤層。但另一方面，快速裸露上部煤層導致汽水兩相流態不穩定，滲透率降低。當套壓較大時，環空中已解吸的氣體被上部煤層重新吸附，導致排采效果甚至低于單層排采，S-1井在加深泵掛作業之后實行快速降液面的排采方案，在作業后10天內，流壓下降2MPa，直接裸露291煤以上煤層，后期減弱排采強度，流壓又快速恢復到2MPa以上，流壓的快速下降與上升導致儲層壓力大幅波動。因此認為，泵掛加深后快速的裸露第五煤組以上煤層是導致該井后期穩產階段產氣量較低的主要原因之一。

5 結語

（1）研究區煤層層數多，分布較為穩定，將其分為5個煤組，通過對S-1井合層排采作業總結，可將第一煤組和第二煤組進行合排，第三煤組和第五煤組進行合排。

（2）合層排采時應選擇煤儲層滲透率、壓力梯度及臨儲比等參數接近的煤層，按照臨儲比值，由大到小的順序進行解吸，當滲透率相差較大時，可通過多段壓裂的方式對儲層進行改造，以達到相匹配的滲透率。

（3）在上部煤層進入穩產階段后，待其流壓與下部煤層臨界解吸壓力接近時方可進行合層排采作業。在合排過程中應嚴格控制套壓和流壓，防止套壓大幅波動，造成煤儲層傷害，并且排采過程必須保持穩定、連續的進行。在上部煤層需要裸露時應低速、低套、逐級降低液面，避免氣液“倒灌”，導致產氣下降。

參考文獻

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[2] 羅開艷，金軍，趙凌云，等.松河井田煤層群條件下合層排采煤層氣可行性研究[J].煤炭科學技術，2016，44（2）：73-77.

[3] 倪小明，蘇現波，李廣生.樊莊地區3#和15#煤層合層排采的可行性研究[J].天然氣地球科學，2010，21（1）：144-149.

[4] 易同生，周效志，金軍.黔西松河井田龍潭煤系煤層氣-致密氣成藏特征及共探共采技術[J].煤炭學報，2016，41（1）：212-220.

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[7] 楊懷成，錢衛明，張磊，等.中高階煤試驗區煤層氣井排采技術[J].特種油氣藏，2012，19（2）：113-115.