沙曲井田煤层气高效生产工艺技术优化

刘彦锋

(山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，山西 晋城 048204)

·试验研究·

沙曲井田煤层气高效生产工艺技术优化

刘彦锋

(山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，山西 晋城 048204)

沙曲井田部分煤层气井存在产水量大，液面下降困难等问题，通过对该区含水层分析可知，8号煤层直接顶板L1灰岩裂隙发育，含水量大，可能为气井产水量补给源。本文采用封隔器封堵、软金属套管补贴、修改射孔压裂方案等工艺技术，验证了气井产水量补给源且有效控制了气井液面下降，提高了煤层气产量。

煤层气井；含水层；封隔器封堵；套管补贴；压裂

排水降压是目前煤层气地面排采的主要方法，排水使煤储层压力降低至临界解吸压力以下，吸附在煤层孔隙中的煤层气才能够解吸出来。但在柳林地区的沙曲井田，煤层气井产水量差异较大，部分气井投运较长时间后，液面下降缓慢，井底流压下降困难，产气量不高。目前，统计的沙曲井田37口煤层气生产井中，单井日产水量小于5 m3/d的仅5口，日产水量大于10 m3/d的为20口，有的井排采2～3个月液面降幅仅200 m左右。因此，需研究该区水文地质特征，寻找煤层气井产水量大的原因，对煤层气生产工艺技术进行改进，以期为煤层气高效开发提供理论与实践依据。

1 研究区概况

沙曲井田位于吕梁市柳林县沙曲矿南翼，面积138.35 m2，该区共发育煤层17层，主采煤层为山西组的2#、3#、4(3+4)#、5#煤层，太原组的8#、9#、10#煤。井田内煤层气平均含气量最大为9#煤层17.01 m3/t，其次为8#煤层13.52 m3/t, 最小为2#煤层为10.65 m3/t[1].

根据煤层气井排采层位与钻井类型的不同，柳林地区的煤层气井可划分为5种模式[2]，A模式：单采3#+4#+5#煤层；B模式：单采8#+9#+10#煤层；C模式：合采3#+4#+5#与8#+9#+10#煤层；D模式：单采9#+10#煤层；E模式：水平井采3#+4#煤层。

该区煤层气开发主要目的层为山西组的2#、3#、4#、5#以及太原组的8#、9#、10#煤层。开采模式主要采用A、B、C、D四种模式。

2 煤层气井高产水影响因素分析

高产水煤层气储层产出的水一般来自其外部含水层，而其外部含水层主要指的是煤层顶底板[3].因此，对该区主要含水层的剖析是研究重点。

柳林地区有6套主要含水层组，其中与煤层气开采直接相关的含水层主要为二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层组和石炭系上统太原组灰岩岩溶裂隙含水层组两套含水层组[4].

沙曲矿地层柱状图见图1. 根据图1可知，二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层组由K3砂岩组成,局部相变为砂质泥岩或泥岩，含水层砂岩裂隙大部分充填方解石脉或钙质薄膜，开启性、连通性较差，储水空间小，富水性较弱。石炭系上统太原组灰岩岩溶裂隙含水层组主要由5层石灰岩(L1～L5)组成，裂隙较发育，连通性好，接受补给容易，富水性较强。L1灰岩是8#煤层直接顶板，且该灰岩层是一套岩溶裂隙性含水层系。该区压裂裂缝监测显示，压裂裂缝高度超过了煤层厚度，水力压裂裂缝直接沟通了煤层和顶部的灰岩含水层[5].

图1 沙曲矿地层柱状图

综合分析可知，该地区3#和4#煤层含水量小；5#煤层顶、底板皆为泥质岩，供水性差；奥灰水对下组煤层的渗流补给较小；只有8#煤层直接顶板灰岩是岩溶裂隙性富水层系， 8#煤层与直接顶板灰岩沟通，导致产水量大，液面下降缓慢。

3 高效生产工艺技术

通过分析，8#煤层顶板灰岩为气井产水补给源，为提高煤层气井产气量，提出以下高效生产工艺技术：

3.1 封隔器封堵措施

选取液面下降困难的3口煤层气井进行封隔器封堵作业，将8#+10#煤层完全隔断，只对上层2#+3#+4#煤层进行排采作业，即C模式排采变为A模式，具体参数示意图见图2.

图2 SQN-X封隔器封堵示意图

封隔器封堵作业后，3口煤层气井产水量明显降低，产气量均有所提高(见表1)，从侧面印证了太原组含水层为产水量补给源。但由于封隔器隔断了上组煤与下组煤8#和10#煤层的沟通，且2#(平均煤厚0.89 m)、3#(平均煤厚0.87 m)和4#煤层(平均煤厚1.50 m)较薄，瓦斯含量低，随着排采时间的增加，导致这些井产气量逐步下降，甚至不产气。

表1 分割器封堵作业前后数据表

3.2 软金属套管补贴

通过对该区含水层分析及气井封堵试验，基本可以确定这部分井液面补给主要来源于下组煤层。由于上组煤层瓦斯含量较低，排采周期较短，需进一步验证8#煤层段是否为主要含水层，并采用软金属套管补贴技术对8#煤层射孔段进行封堵试验，排采下组10#煤中煤层气，以提高产气量。

软金属套管补贴试验井选择SQN-X井，该井产水量大，排水池无法满足排水要求，且10#煤层较厚，瓦斯含量较高(见表2)，满足该试验条件。

SQN-X软金属套管补贴作业，完成补贴井段深度755.06～761.53 m，筛管位置764.10 m，位于10#煤层上部，见示意图3.SQN-X井软金属套管补贴前后对比情况见表3.

表2 SQN-X井煤层数据表

图3 软金属套管补贴井身结构示意图

井号补贴前(B模式)补贴后(D模式)最大产水量/m3/d日产水量/m3/d日产气量/m3/d最大产水量/m3/d日产水量/m3/d日产气量/m3/dSQN-X9.61.307.61.8530

由表2，表3可知，套管补贴后与封隔器封堵相比，产气量有所提高，从230 m3/d上升至530 m3/d，但二者产水量变化不大，可以判定该井主要供水层为8#煤层段，判定8#煤层在射孔和压裂过程中与上覆灰岩层沟通。因此，对其它存在同样问题的井可以采取套管补贴手段进行排采优化，提高产气量。

3.3 压裂方案的优化

上述分析与试验表明，8#煤层与上覆含水层沟通是导致该区部分井产水量大的原因， 可修改射孔和压裂方案，即射孔位置从8#煤层全层改为8#煤层顶板下1 m左右开始，控制足够的距离避免射孔压裂时煤层与上覆岩层沟通。压裂方案修改前后的对比情况见表4.

表4 压裂方案修改前后的对比表

从部分井压裂方案优化前后的产水量和产气量对比可以看出，压裂方案优化后各井的产水量减少4 m3左右，产气量平均增加了470 m3，均取得了不错的效果。

4 结 论

1) 沙曲井田3#和4#煤层含水量小；5#煤层顶、底板皆为泥质岩，供水性差；奥灰水对下组煤层的渗流补给较小；8#煤层直接顶板灰岩是岩溶裂隙性富水层系，8#煤层与直接顶板灰岩沟通，导致产水量大，液面下降缓慢。

2) 采用封隔器对下组煤层进行封堵作业后，气井产水量明显降低，产气量均有所提高，印证了太原组含水层为产水量补给源。但由于封隔器隔断了上组煤与下组8#和10#煤层的沟通，而且上组煤层厚度较薄，瓦斯含量低，排采时间的增加导致这些井产气量逐步下降，甚至不产气。

3) 软金属套管补贴后与封隔器封堵相比，产气量有所提高，但二者产水量变化不大，可以判定该井主要供水层为8#煤层段，8#煤层在射孔和压裂过程中与上覆灰岩层沟通。对其它存在同样问题的井可以采取套管补贴手段进行排采优化，提高产气量。

4) 8#煤层与上覆含水层沟通是导致该区部分井产水量大的原因， 可修改射孔和压裂方案，即射孔位置从8#煤层顶板下1 m左右开始，控制足够的距离避免射孔时煤层与上覆岩层沟通，减少气井产水量，降低排水降压难度，提高气井产量。

[1] 常会珍.离柳矿区沙曲井田煤层含气性及主控因素分析[J].山西焦煤科技，2015(4)：48-51.

[2] 许 浩，汤达祯，郭本广，等.柳林地区煤层气井排采过程中产水特征及影响因素[J].煤炭学报,2012,37(9)：1581-1585.

[3] 谢诗章，许 浩，汤达祯，等.煤层气储层产水量的分类和成因分析[J].煤田地质与勘探，2016，44(1)：47-50.

[4] 张文忠，周尚忠，孟尚志.山西省柳林区块水文地质条件及其对煤层气富集成藏的影响[A].叶建平.中国煤层气技术进展—2011年煤层气学术研讨会论文集[C].北京：地质出版社，2011.

[5] 任光军，王 莉，娄剑青.柳林地区水文地质特征及其对煤层气生产井的影响[A].中国煤炭学会煤层气专业委员会.2008年煤层气学术研讨会论文集[C].北京：地质出版社，2008.

OptimizationofCoalbedMethaneEfficientProductionProcessTechnologyinShaquCoalField

LIUYanfeng

Problems of higher water content and difficulty in dewatering in coalbed methane wells are obvious in the Shaqu coal field. Analysis on the aquifer are conducted, it can be seen that the No.1 roof fissure zone developed with large water content which may be the water source. In this paper, the method of packer block, soft metal casing, modifed the perforation fracturing program and other technologies are implemented to verify the water source in gas wells, and by so, the water level being controlled down effectively, the coalbed methane production being improved.

Coalbed methane well; Aquifer; Packer plugging; Casing patching; Fracturing

[TD741]

：B

：1672-0652(2017)07-0022-04

2017-06-15

刘彦锋(1991—)，男，山西忻州人，2012年毕业于中国矿业大学，助理工程师，从事煤层气开发地质与产能研究工作(E-mail)553216480@qq.com