浅析影响煤层气井产量的几个因素

闫泊计

(太原理工大学矿业工程学院、晋城煤业集团蓝焰煤层气公司)

·问题探讨·

浅析影响煤层气井产量的几个因素

闫泊计

(太原理工大学矿业工程学院、晋城煤业集团蓝焰煤层气公司)

分析了影响煤层气单井产量的几个因素，如瓦斯含量、井网布置、储层保护、裂隙沟通、科学排采等。包括：瓦斯含量不同，产气量不同；煤层气井网布置需结合地质构造等因素优化布置；在钻井和固井过程中需对煤储层进行保护；煤层压裂改造，可有效将井孔与煤层天然裂隙沟通起来，增加产能，增大气体解吸率；根据生产实践，进行定压排采、定产排采。

煤层气；单井产量；井网布置；储层保护；裂隙沟通；科学排采

晋煤集团煤层气井田规模目前在1 000口以上，运行井数400口以上，可销售气量接近200万 m3/d。本文根据国内外煤层气开发技术和晋煤集团蓝焰煤层气公司生产实践，就影响煤层气井产量的几个因素进行了简要地分析。

1 瓦斯含量

资料表明，我国的煤层气资源不仅在总量上占有一定的优势，而且在区域分布、埋藏深度等方面也有利于规划开发。我国煤层气资源十分丰富，是世界上继俄罗斯、加拿大之后的第三大煤层气储量国，占世界排名前12位国家资源总量的13%。根据最新资源评估结果，我国埋深2 000 m以浅的煤层气资源量达31.46万亿 m3，相当于450亿 t标煤，350亿 t标油，与陆上常规天然气资源量相当。煤层气资源在我国境内分布广泛，基本可以划分为中部、西部和东部三大资源区。其中，中部地区约占资源量的64%。西部地区的沁水盆地和鄂尔多斯盆地资源量最大，超过10万亿 m3，为集中开发提供了资源条件。

但是，地质条件千变万化，存在着区域的不同，井组的不同，单井的不同，它们有其共性的一面，又有其个性的一面。例如，晋煤集团蓝焰煤层气公司的寺河区块和成庄区块之间就因为其吨煤瓦斯含量不同而产气量有所不同。所以，在进行煤层气地面开采以前，利用科学手段对预开采区域进行正确的瓦斯含量测定是开采的基础。实践证明，煤层气地面预抽最好选在吨煤瓦斯含量10 m3以上的区域。

2 井网布置

煤层气地面开发首先要考虑的是优化井网布置，而影响煤层气井网布置的最终因素则是煤层渗透率。影响煤层渗透率的大小则又取决于煤中的裂隙，尤其是主裂隙。煤中的裂隙，国外采矿业一般称为割理。割理的间距从几毫米到几厘米不等，通常有近乎垂直的两组。占优势的一组称为面割理，可以延伸很远，甚至达几百米。据研究表明，面割理在褶皱轴呈直角拐弯的地方最为发育；另一组称为端割理，只发育于两条面割理之间。一般认为，面割理方向的渗透性好，端割理方向的渗透性稍差一些。

由于整个储层的渗透性存在着这种非均质性，所以国际上煤层气布井方式有着多种样式，如矩形式、菱形式、“W”式等等。目前，我国煤层气地面开发多采用矩形井网布置。以晋煤集团的井网布置为例，多是沿煤层隙方向布置(大致预煤层主要面割理方向相同)，顺向井间距在300 m左右，横向稍短。合理的井网布置直接影响着单井控制面积的大小，影响着其产气高峰出现的早晚和整个工程成本的高低，因此，煤层气井网布置需要结合地质构造等因素优化布置。

3 储层保护

除个别天然主裂隙外，煤储层的渗透性往往很低，而且很脆弱，容易被破坏，因此，维护或改善其渗透性是十分重要的。钻井过程中，会因钻井液侵入煤层造成其渗透通道的堵塞；固井过程中，也会因固井水泥浆密度不当而对煤层造成伤害。因此，要特别针对钻井和固井这两个过程对煤储层保护进行说明。

1) 钻井液侵入对煤层渗透性的伤害。在钻井过程中，当钻进煤层时，钻井液侵入煤层是不可避免的，所以只有优化钻井液，才能将钻井液侵入对煤层渗透性的伤害降到最低。根据地层条件和井壁稳定性特点，不同目的的井将采用不同的钻井液。煤层气参数井(取心和裸眼试井)和生产试验井，原则上选用清水、无黏土钻井液或优质钻井液；煤层气生产井，原则上选用优质钻井液、无黏土钻井液、清水，在具备设备条件的情况下也可采用气体(空气、氮气、充气)循环介质或泡沫循环介质。煤层气井所采用的钻井液应满足下列要求：

a) 钻井液应与煤储层具有良好的配伍性。

b) 应尽可能地降低固相含量。在进入煤系地层前采用普通优质钻井液，黏土含量小于6.0%；煤层段根据井型和录取参数的需要，可采用清水、无黏土和少量黏土优质钻井液，配备好固控设备。用清水作钻井液，密度应控制在1.03 g/cm3以下。若水源充足时，可开放式循环。

c) 合理地降低失水量。为防止因钻井液滤液浸入伤害，必须使用降失水剂来控制中压失水在9 ml以下。

d) 酸碱值要适当，一般PH值应控制在8～8.5之间。

e) 抑制水化、膨胀：为防止泥页岩及煤储层中黏土颗粒水化分散，膨胀剥落，造成煤储层伤害，可使用钾基系列优质钻井液。

f) 降低钻井液密度，实行平衡或近平衡钻井。

2) 固井水泥浆密度不当对煤层渗透性的伤害。为减少固井水泥浆对煤层的伤害，煤层气固井要求采用低密度优质水泥浆固井。水泥必须采用G级水泥。水泥浆密度计算方法为：

ρc=Fd/10 - 100P0/hw

式中:

ρc—最大水泥浆平均密度，g/cm3；

Fd—煤储层破裂梯度，kPa/m；

P0—固井时水泥浆流动压力和摩阻压降之和，MPa；

hw—煤层气井垂深, m。

煤层气井固井水泥浆返高计算可用下列方程式计算煤储层能够承受的最大水泥浆高度：

CH=(Fd/10-ρm)×hd/(ρc-ρm)

式中：

CH—最大环空水泥浆液柱高度，m；

Fd—煤储层破裂梯度，kPa/m；

ρm—固井时井内钻井液密度，g/cm3；

hd—煤层深度，m；

ρc—最大水泥浆平均密度, g/cm3。

4 裂隙沟通

煤层压裂改造可有效地将井孔与煤层天然裂隙沟通起来，从而在产气时，更广泛地分配井孔附近的压降，增加产能，增大气体解吸速率。在煤层气勘探开发中，压裂改造作为一种重要的强化措施，已得到普遍应用。在整个压裂施工过程中，进入煤储层，最终影响产气量的是压裂液和支撑剂。

目前，国内外使用过的压裂方式主要有清水加砂压裂、活性水加砂压裂、线性胶或冻胶压裂高压水力压裂、大排量加砂高压水力压裂、液氮泡沫压裂、液氮泡沫加砂压裂、CO2加砂压裂等，但晋煤集团根据实践主要使用活性水加砂压裂。活性水可以携带支撑剂进入煤储层，而且具有不污染煤层的优点。支撑剂的作用是支撑压裂施工所造成的人工裂缝，使其与煤层天然裂隙沟通，形成良好的导流能力。由于煤层埋藏浅，煤层闭合压力小，因此，国内外煤层气压裂普遍选用天然石英砂作支撑剂。通常认为石英中砂(20～40目)可以起到支撑的作用，并要求其圆度不得低于0.8，球度不得低于0.8，且清洁无机械杂质。

5 科学排采

煤层气与其他气藏相比具有3个方面的特点：一是煤层气在煤中的贮集是以吸附状态附着于煤的表面；二是在进行大量开采以前，必须降低平均储层压力；三是储层中一般都有水，在采气的同时，必须进行排水。现在煤层气排采通用的方法是利用排水降压法，使井口压力低于储层压力，产生井口负压，加速煤层气在储层中的解析率，利用压力差原理，使得气体自然上升，达到排采搜集的目的。

根据晋煤集团的排采经验得出，在煤层气排采的早期宜采用定压排采，当煤层气生产井达到产气高峰期时，为了有效地控制煤层气产量，可以采用定产排采。定压排采可以有效地控制井底流动压力与储层压力之间的压差，适度控制井筒附近的流体流动速率，保证煤粉等固相颗粒物、水、气的正常产出。现场人员可以通过调整产水量和井口套管压力来控制井底流动压力和井底与储层的压差。排采初期强度不宜过大，排液应连续平稳，保持动液面平稳下降，严禁排量的大起大落而造成生产压差上下波动，使得储层激动，吐砂、吐粉。排采初期泵挂深度也不宜在煤层段，以避免煤层激动吐粉吐砂，一般应置于煤层顶板以上10～20 m处。

[1] 吴佩芳.煤层气开发的理论与实践[M].北京：地质出版社，2000:70-71.

AnalysisonSeveralFactorsofInfluenceOutputinCoalBedGasWell

YanBo-ji

Analyzes the several factors of affecting individual well productivity of the coal bed gas, such as the gas content, the well pattern layout, the reservoir protection, the crevasse communication, the scientific drainage and gas and so on. Include: the gas content are different, gas production are different; the well pattern layout of the coal bed gas needs to optimize layout by combination geologic structure factor and so on; in the process of the well drilling and well cementing need to protect the coal reservoir; coal bed fracturing transformation, can effectively link up the bore-hole and the coal bed natural crevasse, increases production capacity, increases the gas desorption rate; according to production practice, carries on drainage and gas mining by the constant pressure and the output.

Coal bed gas; Individual well productivity; Well pattern layout; Reservoir protection; Crevasse communication; Scientific drainage and gas mining

闫泊计 男 1981年出生 2009年太原理工大学在读工程硕士 助理工程师 太原 030024

TD84

A

1672-0652(2010)10-0031-03

2010-08-22