煤層氣低產井原因及下步改進方案研究

安省蓬

摘 要：臨汾煤層氣區塊是中石化華東分公司的開發主力區，已形成一定的產量規模。但在近年的生產中，煤層氣區塊產量呈現出極大的差異，因此，對煤層氣低產井原因及下步改進方案進行重點分析。

關鍵詞：煤層氣；低產井原因；改進方案

隨著國家油氣重大專項項目的啟動，我國煤層氣開發進入了高速發展階段，截至2018年，成熟的煤層氣鉆井數量已突破18 000口。為了保障在激烈競爭環境中的優勢，中石化華東分公司臨汾煤層氣區塊低產井問題必須解決。

1 煤層氣低產井原因

1.1 地質原因

臨汾煤層氣區塊主體部分位于山西省臨汾市，瀕臨鄂爾多斯盆地東部邊緣地帶，其主體區域薄層為黃土覆蓋層，地形主要為山地高原，經過了千百年的風化與切割，地表相對破碎，溝壑較多。鄂爾多斯盆地基底由元古宙以及太古宙組成，這是寒武紀時期存在的一種中奧陶世碳酸鹽巖，其經過地質的變遷后，表面遭受風化、淋濾、剝蝕，最終因沉積以及海陸變遷形成了奧陶系巖溶地貌以及碳酸鹽巖巖溶孔隙型儲層[1]。從該區塊的外觀上來看，整體上呈現出“一隆一凹以及兩斜坡”的結構；從地層分類上來看，主要由新世界的第四系、中世界的三疊系、古生界的二疊系與石炭系及奧陶系構成。該地質條件導致區塊整體含氣量偏低，而且圍巖含水層大量補給煤層，斷層位置儲層壓力始終達不到理想狀態。

1.2 鉆井儲層污染問題

實踐和研究表明，煤層氣開發量與井網布置以及形成的降壓漏斗有著密切的關系。臨汾煤層氣區塊結構相對簡單，為了保障單井產量的穩定與持續性，臨汾煤層氣區井網布置以“矩形”“梅花型”“菱形”為主，采用常規鉆井技術進行生產[2]。但由于該區塊儲層能量與壓力不足，煤巖滲透率始終無法達到理想狀態，在生產過程中通過加壓等方式保障生產的順利進行，極易造成井筒地污染問題。基于公式：

1.3 排采制度

排水降壓是煤層氣產氣環節的關鍵步驟，在生產中會根據實際情況以及產量需求制定排采制度，因此，排采制度的合理性與科學性成為影響產量的重要因素。排采制度制定的主要依據為煤系地層分布特征、富集規律以及煤層氣控氣地質條件。近年來，為了保障排采一體化的有效落實，臨汾煤層氣區塊基于實現煤層產氣規律與排放方案相契合的理念制定排采制度，避免引起煤層激動[3]。這就決定生產過程中使用的泵掛降壓能力有限，生產時需要頻繁出現動液面動蕩，導致應力敏感區壓力下降過快，水量以及氣量無法保持穩定，諸多產氣潛力較高的單井產量也會受到影響。

1.4 壓裂工藝問題

壓裂是根據煤層氣生產地質條件提出的策略，臨汾煤層氣區塊主要采用測井多參數擬合方式預測煤層含量，保障壓裂工藝的科學性，但由于不同煤層結構不同，統一按照硬煤以及軟煤兩種情況劃分，無法保證地質條件與壓裂參數匹配，從而成為影響單井產量的因素。具體來講，在軟煤中如果出現未解污即開始壓裂的情況，將導致井筒地出現更嚴重的污染，壓裂過程中壓力出現陡然升高與下降的情況；壓裂工藝與煤層特性不匹配，雖然不會造成污染，但導致煤層直接被壓裂，將出現多樣化壓裂曲線[4]。在硬煤層段中，壓裂過程中未將降濾劑添加在前置液中，導致濾失過重，促使煤儲層原始裂隙過度發育，壓力將忽大忽小；如果前置液量過少，無法使煤儲層原始裂隙發育，會使煤儲層出現多道裂隙，鉆井液攜砂進行作業，無法保障能力；加砂量過少，會導致單位厚度加砂量不足，出現油壓過低的情況。這些問題都將導致生產無法穩定進行。

2 煤層氣低產井改進方案

2.1 針對地質條件

地質條件并非人為可控因素，面對“先天條件有限”的問題，改善地質條件并不現實，因此，在生產過程中可通過工藝、生產技術水平等方面的優化，減少地質條件的干擾，解決低產井產量低的問題。

2.2 針對鉆井層污染問題

鉆井層被污染后，煤儲層導流能力受到直接影響，根據污染物物理化學性質，可通過酸化法溶蝕污染物質。在實踐過程中，選擇HF、HCl以及CH3COOH這3種酸作為分析對象，通過不同質量分數間的搭配，選擇最合適的組合。利用2.0%、3.0%、4.5%、5.0%、9.0%這5種質量分數情況，獲得10種組合方式：（1）HF、HCl、CH3COOH的質量分數均為3.0%；（2）僅質量分數為9.0%的HF；（3）僅質量分數為9.0%的HCl；（4）僅質量分數為9.0%的CH3COOH；（5）HF，HCl的質量分數均為4.5%；（6）HCl、CH3COOH的質量分數均為4.5%；（7）HF、CH3COOH的質量分數均為4.5%；（8）質量分數均為2.0%的HF和CH3COOH+質量分數為5.0%的HCl；（9）質量分數均為2.0%的HCl和CH3COOH+質量分數為5.0%的HF；（10）質量分數均為2.0%的HF、HCl+質量分數為5.0%的CH3COOH。10種搭配方案在實踐中體現出了不同的溶蝕效果，其中在72 h內，溶蝕率始終處于增長狀態的組合為（1）（7）（10），但發現HF在使用中會產生新的雜質，配合CH3COOH的使用抑制雜質的產生，但會使反應速率變慢[5]。因此，綜合來看，組合（1）效果最穩定，以此為配制基礎，可根據實際情況進行質量分數調整，以達到滿意的效果。

2.3 針對排采工作

面對低產問題，應始終遵循“緩慢降壓、穩定排采”原則，切勿追求過快的排采率，導致現場出現安全事故。（1）做好設備選型。為保證排采過程中動力充足，根據臨汾煤層氣區塊地質條件，應改用桿泵與螺桿泵，減少使用射流泵。桿泵和螺桿泵是兩種穩定性好、適應力較強的設備，適用于臨汾煤層氣煤粉少、砂少的低產井中，保障連續排水。考慮到低產井中存在水量較高的情況，為了保證動液面持續緩慢下降，應使用電潛泵。（2）優化排采技術，結合數字化、信息化技術，對管桿加以控制，根據生產需要設計信息軟件程序，基于生產中油管液柱、摩阻、管式泵、動液面及其相關影響因素的關系，在程序中設定上下沖程的最大荷載，繪制井中的三維軌跡，確定管桿運動的最佳范圍，利用程序展開數字化控制；同時，基于信息技術科學計算臨界解析深度數值、等溫吸附線、測試資料進行臨界解析深度數字化模擬，計算出煤芯甲烷壓力的最大臨界數值，經過解吸試驗計算出最大臨界解析壓力[6]。（3）考慮到排采效率問題，應用井網聯合排采降壓半徑技術，基于軟件繪制井口模型，分析單井地質條件，以排采制度相同、煤層供液能力調整兩種方式壓降單井傳播半徑，實現壓降漏斗相接，以便完成聯合排采工作。

2.4 針對壓裂工藝

在硬煤層段中，壓裂工藝對產量的影響主要體現為工藝參數不合理，硬煤主要由原生結構煤和碎裂煤組成，通過煤儲層二次改造進行工藝參數優化。例如，臨汾煤層氣區塊中的8號井為典型的原生結構煤儲層，其深度為750 m，基于數字化軟件可對其施工液量、砂量、排量、前置液量等基礎信息進行動態模擬，配合詳細資料，如煤層厚度、煤層平均滲透率、煤層平均孔隙度、最大應力、儲層壓力等，可直接模擬壓裂工藝實踐后的壓裂效果，利用軟件對參數進行優化與改進，將模擬最佳的壓裂工藝參數，如在深度為750 m的原生煤儲層中，將砂量控制在55 m3、注入總液量控制在550 m3、前置液比例控制在30%時能夠獲得最佳的壓裂效果[7]。

在軟煤層段中，可直接通過活性水壓裂液對壓裂參數進行改進，使煤儲層處于有效裂隙有限狀態，在含水層補給量較低時，可直接提高導流能力；若含水層對煤層補給量較大，該技術則無法發揮作用，應及早進行煤層頂板以及圍巖含水性分布預測，做好排量以及控制縫高度控制，使生產作業操作遠離含水層。

3 結語

造成煤層氣低產井的原因是多元的，針對每項原因制定有效的改進方案，是解決低產井問題的關鍵，希望為同行提供有益的參考。

[參考文獻]

[1] 賈慧敏，胡秋嘉，祁空軍，等.高階煤煤層氣直井低產原因分析及增產措施[J].煤田地質與勘探，2019，47（5）：104-110.

[2] 常會珍，郝春生，張蒙，等.寺河井田煤層氣產能分布特征及影響因素分析[J].煤炭科學技術，2019，47（6）：171-177.

[3] 朱慶忠，魯秀芹，楊延輝，等.鄭莊區塊高階煤層氣低效產能區耦合盤活技術[J].煤炭學報，2019，44（8）：2547-2555.

[4] 許耀波，郭盛強.軟硬煤復合的煤層氣水平井分段壓裂技術及應用[J].煤炭學報，2019，44（4）：1169-1177.

[5] 王成旺，馮延青，楊海星，等.鄂爾多斯盆地韓城區塊煤層氣老井挖潛技術及應用[J].煤田地質與勘探，2018，46（5）：212-218.

[6] 梅永貴，連小華，張全江，等.沁南鄭莊區塊煤層氣直井產能控制因素精細解析[J].煤礦安全，2018，49（11）：150-154.

[7] 涂志民，李鵬，呂娜，等.韓城礦區煤層氣生產特征及地質主控因素分析[J].煤炭工程，2018，50（4）：126-131.

Study on causes and next improvement plan of coalbed methane low production well

An Xingpeng（Oil and Gas Engineering Service Center， Sinopec East China Oil & Gas Company， Taizhou 225300， China）

Abstract：Linfen coalbed methane block is the main development area of Sinopec East China Oil & Gas Company， which has formed a certain production scale. But in recent years， the production of coalbed methane block shows great differences， so the reasons for low coalbed methane production well and the next improvement plan are analyzed emphatically.

Key words：coalbed methane； low production well cause； improvement plan