煤層氣常用增產(chǎn)技術(shù)概述

李國強(qiáng) 馬宗義 崔靜博 王帥

摘要：針對(duì)我國煤層氣資源儲(chǔ)量豐富、開采難度大的特點(diǎn)，文章對(duì)煤層氣常見增產(chǎn)措施進(jìn)行了分析和探討，對(duì)常用增產(chǎn)技術(shù)的特點(diǎn)、適應(yīng)范圍、增產(chǎn)效果進(jìn)行了概述，低促進(jìn)我國煤層氣開采技術(shù)的提高和應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：煤層氣;增產(chǎn)技術(shù);煤層氣開采技術(shù)

煤層氣，又稱之為煤層瓦斯，是在煤層中能夠自生自儲(chǔ)的非常規(guī)天然氣，在煤層儲(chǔ)集層中以吸附和游離態(tài)的形態(tài)存在。其中，以游離態(tài)形式存在的天然氣含量較低，比例不足10%，大多數(shù)的天然氣吸附在煤層孔隙內(nèi)表面。鑒于此，要想開采煤層氣，需要將煤層氣從煤層中解吸附，這需要地層壓力低于煤層的臨界解吸壓力，只有這樣，煤層氣才會(huì)被釋放出來。我們知道，煤層氣藏和常規(guī)油氣藏儲(chǔ)層特征具有顯著區(qū)別，表現(xiàn)為：煤層的彈性模量低于常規(guī)的砂巖和石灰?guī)r儲(chǔ)集層，并且要低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，同時(shí)儲(chǔ)集層具有較高的壓縮系數(shù)。在儲(chǔ)集層中氣水共生;氣藏壓力較低;氣層容易發(fā)生損害;并且發(fā)育豐富的裂縫系統(tǒng)。因此，需要發(fā)揮有效增產(chǎn)技術(shù)手段，才能較好的進(jìn)行煤層氣的開發(fā)。

1、水力壓裂改造儲(chǔ)層技術(shù)

1.1 水力壓裂改造原理

水力壓裂改造儲(chǔ)層技術(shù)作為煤層氣開采的有效技術(shù)手段，在增產(chǎn)過程中應(yīng)用廣泛，其在煤層中增產(chǎn)中的主要技術(shù)原理是：利用高壓水流的沖擊作用，將煤層氣儲(chǔ)集層中天然或者人工改造后的裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，使之產(chǎn)生多條裂縫和縫隙，進(jìn)而增加煤層的滲透率。在對(duì)煤層開展水力壓裂改造之后，能夠使儲(chǔ)集層具有較高的導(dǎo)流能力，較好的將井筒和儲(chǔ)層進(jìn)行連通，加快排水降壓速度，有利于產(chǎn)氣能力的增加和產(chǎn)氣量的提升，這種技術(shù)尤其適用于低滲透煤層氣的開采。同時(shí)，水力壓裂改造技術(shù)還能夠消除鉆井過程中可能存在的泥漿污染和儲(chǔ)層傷害，由于這種儲(chǔ)層傷害會(huì)大幅降低儲(chǔ)集層內(nèi)部產(chǎn)生的壓降，導(dǎo)致排水困難，對(duì)煤層氣的開采帶來一定的影響。可以說，水力壓裂改造技術(shù)已經(jīng)成為煤層氣尤其是低滲透煤層氣儲(chǔ)存開采及增產(chǎn)的主要技術(shù)路線。在煤層氣開采技術(shù)先進(jìn)的國外，大約超過90%的煤層氣開采均需要水力壓裂。煤層在經(jīng)過壓裂改造之后。儲(chǔ)集層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生很多延伸距離較長的裂縫，煤層氣開采時(shí)，井筒周圍會(huì)出現(xiàn)顯著的壓降，在壓降影響下，煤層產(chǎn)生的氣體解吸附表面積增加，煤層氣能夠快速且長期的泄放，使得產(chǎn)氣量大幅度增加，具有顯著的增產(chǎn)效果。

1.2 水力壓裂技術(shù)特點(diǎn)

水力壓裂技術(shù)發(fā)展時(shí)間較長，在現(xiàn)場應(yīng)用中技術(shù)比較成熟，并且隨著技術(shù)進(jìn)步，措施費(fèi)用顯著下降，具有較強(qiáng)的可適應(yīng)性。但是，因?yàn)槊簩託鈨?chǔ)層具有較強(qiáng)的吸附能力，將壓裂液吸附后可能會(huì)造成儲(chǔ)層孔隙度下降和基質(zhì)的膨脹，都會(huì)引起割理孔隙度和滲透率的下降，并且這種基質(zhì)參數(shù)的下降具有不可逆性。鑒于此，在壓裂改造技術(shù)體系中，經(jīng)常用清水代替交聯(lián)壓裂液，盡可能的降低儲(chǔ)層傷害，這種方式對(duì)壓裂改造的造縫效果會(huì)產(chǎn)生一定的影響。并且，由于煤層具有易破碎的特點(diǎn)，在水力壓裂時(shí)，在壓裂液水力沖蝕和煤層表面磨損作用下，煤層破碎產(chǎn)生的煤粉和各類粒徑的煤屑，在水中或者水基壓裂液中容易聚集在一起，會(huì)對(duì)壓裂裂縫產(chǎn)生堵塞，這種情況下會(huì)改變儲(chǔ)集層裂縫的走向，進(jìn)而在裂縫前緣形成一個(gè)阻力和屏障[1]。

從上面的論述可以發(fā)現(xiàn)，水力壓裂改造技術(shù)在煤層比較堅(jiān)硬的儲(chǔ)層中應(yīng)用效果良好。如果壓裂改造對(duì)象屬于裂縫裂隙儲(chǔ)層較軟的儲(chǔ)層，則需要采取專門的壓裂液。因此，新型壓裂液材料的研發(fā)和改進(jìn)是這類儲(chǔ)層的壓裂改造技術(shù)的重點(diǎn)，也是煤層氣水力壓裂改造技術(shù)體系的重要要素。

2、煤層中多元化氣體驅(qū)替技術(shù)

在煤層中注入多種氣體實(shí)現(xiàn)煤層氣的增產(chǎn)在提高煤層氣產(chǎn)量應(yīng)用方面具有顯著優(yōu)勢，能夠較好的提高氣體波及體積和煤層氣的采出程度，被業(yè)界普遍接受和認(rèn)可，也具有廣闊的應(yīng)用空間和發(fā)展前途。主要增產(chǎn)機(jī)理如下：不同氣體在煤層中的吸附能力有差異，通過注入多種氣體，讓其在煤層中互相替代，起到提高煤層氣產(chǎn)量的效果。該技術(shù)在實(shí)施時(shí)，常用兩種方式，分別為先注氣候采氣的間歇性注氣方式以及邊注邊采的連續(xù)注氣方式。其主要機(jī)理為注氣后能夠增加儲(chǔ)集層的地層壓裂，提高氣體的滲流能力和滲流速度，進(jìn)而延長了衰減時(shí)間。在注氣之后，煤層氣滲流速度進(jìn)一步增加，會(huì)加速裂縫系統(tǒng)中煤層氣的分壓，引起更多的吸附煤層氣發(fā)生解吸。隨著解吸擴(kuò)散速度的增加，又會(huì)反過來促進(jìn)煤層氣滲流速度的增加。隨著注氣壓力的進(jìn)一步增加，還會(huì)在煤層內(nèi)產(chǎn)生新的裂縫，增加裂縫導(dǎo)流能力，起到增加滲流速度的目的。不僅如此，作為具有較高剩余表面自由能的多孔介質(zhì)，煤層和混合氣體會(huì)達(dá)到相對(duì)平衡，這種情況下，受競爭吸附作用，會(huì)改變擴(kuò)散速度和滲流能力。在目前煤層氣開采過程中，注氣驅(qū)替煤層氣已經(jīng)成為具有發(fā)展?jié)摿Φ尿?qū)替技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用空間。

3、采取定向羽狀水平井鉆井技術(shù)

定向羽狀水平井鉆井技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)是常規(guī)的水平井鉆井技術(shù)加上分支井鉆井技術(shù)，通過在一個(gè)主水平井眼的兩側(cè)鉆出分支井增加油氣流通通道和面積。在現(xiàn)場鉆井時(shí)，有時(shí)候朝著對(duì)稱方向安排相應(yīng)的水平井井眼，對(duì)煤層氣進(jìn)行多方位開采。主要技術(shù)原理為：通過鉆定向羽狀水平井分支井筒，可以使鉆井穿越較多的煤層裂縫系統(tǒng)，盡最大可能的讓裂縫進(jìn)行溝通，有效改善泄氣面積及儲(chǔ)層滲透率，起到增產(chǎn)的效果。不管是理論還是現(xiàn)場實(shí)踐都表明，在煤層中利用水平井開發(fā)產(chǎn)量可以達(dá)到直井產(chǎn)量的3倍以上，甚至能夠達(dá)到10倍。這樣就能減少直井鉆井?dāng)?shù)量，起到減少占地面積、降低管線使用數(shù)量的作用，起到節(jié)約成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的效果。所以，利用定向羽狀水平井提高煤層氣產(chǎn)量具有光明的應(yīng)用空間[2]。

從定向羽狀水平井鉆井技術(shù)發(fā)展和現(xiàn)場應(yīng)用效果可以發(fā)現(xiàn)，這種鉆井技術(shù)在氣層厚度大、分布穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)統(tǒng)一的煤層中具有較好應(yīng)用效果。從地質(zhì)條件看，需要煤階較高、質(zhì)地堅(jiān)硬。在沒有常見的頂部構(gòu)造、低滲透煤層中，由于直井開采效果不好，常利用這種鉆井方式，起到了良好效果。在煤層氣增產(chǎn)技術(shù)研究中，利用數(shù)值模擬建立模型的研究較多，但是大部分的數(shù)值模擬和軟件都是基于直井煤層氣開發(fā)，針對(duì)羽狀水平井的模型和軟件還需要豐富和深入。由于煤層氣羽狀水平井使用時(shí)間短，技術(shù)體系還在豐富和完善中，許多關(guān)鍵技術(shù)還需要進(jìn)一步攻關(guān)。

4、結(jié)束語

我國煤層氣儲(chǔ)量巨大，開采前景廣闊，但是由于儲(chǔ)層特點(diǎn)復(fù)雜多樣，滲透率高低不一，對(duì)增產(chǎn)技術(shù)的要求較高，文章對(duì)常用的增產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了概述，相信，會(huì)有越來越多的技術(shù)得到有效應(yīng)用，進(jìn)而起到提高煤層氣產(chǎn)量的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊陸武，孫茂遠(yuǎn).中國煤層氣藏的特殊性及其開發(fā)技術(shù)要求[J].天然氣工業(yè)，2019，5（3）：98-99.

[2]江山，王新海，張曉紅，等.定向羽狀分支水平井開發(fā)煤層氣現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 鉆采工藝，2019，10（8）：106-107.