浅析煤层气与常规天然气储层强化方式异同

李宝印（陕西新泰能源有限公司，西安 710000）

浅析煤层气与常规天然气储层强化方式异同

李宝印
（陕西新泰能源有限公司，西安 710000）

本文从煤层气与常规天然气储层特征异同的分析入手，对煤层气与常规天然气储层强化方式进行分析、对比，利用已有常规天然气储层强化研究成果，结合储层特征异同，提出不同类型煤层气储层适宜的储层强化方式。

煤层气； 常规天然气； 储层特征； 储层强化

1　前言

我国非常规天然气尤其是煤层气资源分布广泛且丰富，资料显示，埋深在2000m以下的煤层气资源储量大约为3.45×1013m3，与常规天然气储量规模相当，位居世界第三位［1］。进行煤层气的开采有减少煤矿瓦斯灾害、提高资源利用效率以及改善大气环境等三重效益，因此，煤层气的开采利用日益得到重视。由于我国“三低”煤储层条件，绝大多数煤层气产区单井产量较低［2］，如何将常规天然气开发的成熟技术应用于煤层气开采中，采取合理的开发工艺、合适的增产改造措施，提高煤层气井产量成为一个亟需解决的问题。

2　常规天然气与煤层气储层特点

天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，主要存在于油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气中，称为天然气。勘探实践发现的能够用传统的油气生成理论解释的天然气，称为常规天然气，而以煤层气、页岩气、致密砂岩气等难以用传统油气生成理论解释的天然气统称为非常规天然气。常规天然气与非常规天然气储层特点有所不同，本文主要介绍煤层气与常规天然气储层特点的不同。

2.1成藏过程与富集机制不同

常规天然气源于烃源岩，大多数经过运移聚集在储集岩中，属于“他生他储”；而煤层气源于煤层又赋存于煤层中，属于“自生自储”。

常规天然气通过动态平衡控制气藏聚集量，气藏的形成是动态平衡的过程，供给和散失始终同时进行，只有当供给量大于散失量时，气藏才能够形成并保存；而煤层气主要是由温压场控制含气量。

常规天然气气势控制天然气的运聚方向，天然气在运移过程中，主要受三种作用力共同控制：浮力、弹性力和毛细管力，由高气势区向低气势区聚集［3］；水势控制着煤层气的聚集部位，受水势影响，向斜一般具有地层水的向心流动机制，为地下水低势区，是煤层气富集的场所，同时，受盖层影响，向斜部位上覆地层有效厚度大，维持较高的地层压力系统，有利于煤层气保存。

2.2储集特征与气藏特征

常规天然气主要以游离态存在于储层孔隙中，储层压力大，渗透率较高，对应力不敏感，聚集量主要与孔隙空间的大小有关［3］；煤层气以吸附形式赋存于煤孔隙内的表面上，聚集量与煤层的吸附性密切相关，储层微孔和裂隙发育，渗透率较低，对应力敏感，储层易受污染。具体见图1所示。

图1　常规天然气与煤层气储集特征差异

常规天然气储层孔隙空间被游离气所占据，存在少量束缚水；而煤层气藏孔隙的空间主体被水占据，80%的气体吸附在颗粒表面，含少量水溶气。

常规天然气含有明显的含气便捷，边界内外含气性是有无关系，气藏具有统一的气水界面，水主要以边水和底水的形式存在［3］；而煤层中不同区域含气量是多与少的关系，受孔隙水、断层、运移等影响，煤层气藏无统一的压力系统，无气水界面，水遍布增个煤层。

2.3储层力学性质不同

常规天然气储层一般为均质储层，煤储层为非均质储层，储量评估困难。

常规天然气储层为砂岩、灰岩等，储层抗压、抗剪强度较大；而煤层抗压强度、抗剪强度较小，储层改造过程易对煤层造成伤害。

另外，由于矿山建设要求，煤层气储层强化方式不得对煤层顶底板造成较大损害，也不得或尽可能的减少井下金属管材或工具的留置。

3　常规天然气与煤层气储层强化方式

储层特征不同，导致储层强化的目的与特点不同，常规天然气储层渗透率相对较高，储层改造的主要目的是消除钻完井过程中产生的近井地带伤害，提高或恢复近井地带地层渗透率，并改善控制范围内地层渗透率。而煤储层渗透率较低，在消除近井地带污染的基础上，储层改造的主要目的在于改善储层渗透率，并采取措施加以维持。

3.1常规天然气储层强化

为实现消除钻完井过程中产生的近井地带伤害，提高或恢复储层渗透率的目的，常规天然气的储层强化方式主要有：水力压裂、酸洗、基质酸化、酸压［4］。

水力压裂：是利用地面高压泵，通过井筒向储层挤注具有较高粘度的压裂液压裂储层，这时，继续不停地向油层挤注压裂液，裂缝就会继续向储层内部扩张。为了保持压开的裂缝处于张开状态，接着向油层挤入带有支撑剂（通常石英砂）的携砂液，携砂液进入裂缝之后，一方面可以使裂缝继续向前延伸，另一方面可以支撑已经压开的裂缝，使其不致于闭合。再接着注入顶替液，将井筒的携砂液全部顶替进入裂缝，用石英砂将裂缝支撑起来。最后，注入的高粘度压裂液会自动降解排出井筒之外，在油层中留下一条或多条长、宽、高不等的裂缝，使油层与井筒之间建立起一条新的流体通道。压裂之后，油气井的产量一般会大幅度增长。

酸洗：将酸液注入预定井段，或通过静置反应，或通过正反循环，清除井筒内的酸溶性结垢物，或疏通射孔孔眼，

基质酸化：使用高压泵注入酸液，井底压力大于地层压力而小于地层破裂压力，酸液沿地层孔隙作径向流动，溶蚀孔隙及其中堵塞物质，从而解除近井地带的污染，恢复或提高地层的渗透率，能在不增大水、气产量的情况下增产。

酸洗：使用高压泵注入酸液，施工压力大于地层破裂压力，在井底形成人工裂缝，酸液沿裂缝流动反应，不但可解除近井地带污染，还可改变储层流型，沟通深部气藏，大幅提高油气井产量。

3.2煤层气储层强化

煤层气增产改造机理与常规油气井的增产改造并无本质的区别，在完井方式和水力压裂技术上充分借鉴了常规天然气井的经验，但由于煤层气的赋存状态、储层特征、岩石力学性质不同于常规砂岩储层，使得煤层气裂缝扩展规律及增产机理不同于常规砂岩储层。煤层气储层强化技术主要包括：清水压裂技术、活性水加砂压裂技术、氮气泡沫压裂技术、水平井分段压裂技术、多分支水平井钻完井技术、井下地面联合抽采技术等。

针对部分渗透性较好、煤层结构完整的储层，采用清水（不加砂）压裂技术，成本仅为活性水加砂压裂的一半，结合封隔球的使用，可打开多层煤层［5］。

煤层气活性水加砂压裂与常规天然气施工工艺相同，均是通过射孔、注液来实现，不同的是注液量、加砂量、注入压力较常规天然气的少，注入方案需根据煤储层情况、临井情况进行调整。

氮气泡沫压裂技术主要应用于非常规天然气储层强化中，在压裂施工过程中 ，通过液氮泵车使液氮经过地面三通与含发泡剂的水基压裂液混合，形成一定质量的泡沫压裂液，利用液氮和冻胶的混合液进行加砂压裂施工。氮气泡沫压裂液粘度较高，具有较强的携砂能力，可有效降低压裂液在煤层中的滤失性，较常规活性水压裂相比，见气周期短。

水平井分段压裂技术。由于煤层渗透率低，单井产气量低，为最大限度的增加产气量，应用水平井+分段压裂技术开发煤层气。水平井能够增加有效井段的长度，而分段压裂技术能够在煤储层中产生裂缝，最终井眼与裂缝沟通，最大限度的改善储层渗透率。依据压裂工艺的不同，水平井分段压裂技术又可分为：多级滑套封隔器分段压裂、裸眼水平井可膨胀封隔器分段压裂、水平井水力喷砂分段压裂、水平井多级可钻式桥塞分段压裂等，根据不同的条件，有不同的适应性，该技术在国内有所应用，井眼、地层适应性工作尚在进行，施工示意图详见图2。

多分支水平井技术。严格说来，多分支水平井技术属于钻完井技术，该技术致力于最大限度的扩大钻孔覆盖面积，美国CDX公司开发的鱼骨状多分支水平井技术处于领先地位，具体见图3。资料表明，鱼骨状分支井控制范围可达0.5km2，羽状水平井单井日产气量为直井的3～7倍。与多分支水平井技术向结合，开发出了针对煤层气井的玻璃钢筛管、PE筛管完井技术等。

图2　分段压裂技术

图3　多分支水平井技术

井下地面联合抽采技术。煤层气的开采除了满足资源开发的目的外，还要满足煤矿瓦斯抽采的作用。随着煤矿井下近水平定向钻进技术的发展，采用煤矿井下、地面联合抽采成为现实，结合煤矿采掘计划，在井下布置一组或多组近水平长钻孔，同时，在地面周边区域施工一口或多口排采直井，通过活性水加砂压裂或清水压裂，将水平井与排采直井通过裂缝沟通，从而有效降低煤层气井开采成本，该技术在沁水盆地已进行试验性应用。

4　不同强化方式储层适应性

煤层气开采的不同强化方式有其储层适应性，针对不同的储层，选用合适的储层强化方式。根据现有资料分析，不同储层强化方式的储层适应性见表1。

表1　储层强化方式的储层适应性

不同煤储层采用的储层强化方式并不是一成不变，需要根据储层情况进行具体确定，同时还应考虑经济因素的影响。

5　结论

（1）煤储层特性与常规天然气储层特性有所不同，储层渗透性及物理力学性质的差异导致储层强化方式有所不同。

（2）根据不同煤储层特点，初步提出不同储层强化方式适应的煤储层类型，由于煤储层属性千差万别，实施时需根据具体情况进行调整。

（3）与常规天然气储层相比，煤储层属于低压低渗储层，需要不断摸索新的储层改造工艺，尽可能改善煤层渗透性。

（4）煤层需要在井下进行开采，选择储层改造方式时，需要避免严重破坏煤层顶底板。

［1］中联煤层气有限公司.中国煤层气勘探开发技术研究［M］.北京：石油工业出版社，2007.

［2］王有坤.贵州松河龙潭煤系非常规天然气储层强化机理与工艺［D］.徐州：中国矿业大学，2015.

［3］戴金星等.中国天然气地质学［M］.北京：石油工业出版社，1992. ［4］何文渊.中国石油储层改造技术的现状与建议［J］.石油科技论坛，2013（02）：34-38.

［5］郭洋，杨胜来.煤层气压裂和排采技术应用现状与进展［J］.天然气与石油，2011，29（08）：62-64.

［6］张云鹏.煤层气井液氮压裂技术研究［D］.成都：西南石油大学，2015.

［7］胡艾国. 沁水盆地煤层泡沫压裂液研究及性能分析评价［D］.成都：成都理工大学，2011.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.067

李宝印（1973-），男，满族，新疆乌鲁木齐人，本科。