陳瑞杰

（山西潞安金源煤層氣開發(fā)有限責(zé)任公司，山西 長治 046200）

高河井田屬于山西潞安集團(tuán)，主采煤層為 3#、15#煤層。在主采3#煤層氣井的過程當(dāng)中，50多口排采井中有1/2因排采產(chǎn)水量高，導(dǎo)致排采產(chǎn)氣效果不佳。因此，潞安集團(tuán)安排金源煤層氣開發(fā)公司來對高河井高產(chǎn)水的主要影響因素及相關(guān)的改進(jìn)方案進(jìn)行研究。

1 項目概況

高河井田3#煤層含氣量南北有別，東西不同。西部含氣量大于12m3/t，中部 8～12m3/t，東部小于8m3/t。從南到北由10～6m3/t，呈現(xiàn)逐漸降低趨勢。高河井田3號煤層厚5.15～8.44m，平均厚6.71m，煤層厚度條件總體上比較好。整體上來講，高河井煤層氣資源是比較豐富的，市場開發(fā)潛力和價值都非常巨大。從當(dāng)前高河井的煤層氣開采情況來看，探井和試采井的排采產(chǎn)水量都非常之高，造成整個液面的下降困難，作業(yè)頻繁，排采產(chǎn)氣效果不佳。另外還會造成井底壓力高，開采設(shè)備維修頻繁，影響了開采工作的進(jìn)行。需要對影響高河井產(chǎn)水的主要因素進(jìn)行分析，并配套建立相應(yīng)的改進(jìn)方案，控制高產(chǎn)水井的數(shù)量，同時降低單井平均產(chǎn)水量。

2 煤層氣井高產(chǎn)水對排采產(chǎn)氣的影響

2.1 煤層氣排采的過程原理

煤層氣排采的過程原理主要是：解吸→擴(kuò)散→滲流。從煤的內(nèi)表面進(jìn)行解吸，通過基質(zhì)和微空隙進(jìn)行擴(kuò)散，在天然裂縫網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行流動。其生產(chǎn)過程主要是通過圖1所示的三個階段。

圖1 煤層氣排采過程原理示意圖

如圖1中所示，排水降壓階段，主要是進(jìn)行產(chǎn)水，通過數(shù)天時間后，氣體飽和度增加，井口開始進(jìn)行產(chǎn)氣；穩(wěn)定生產(chǎn)階段為高峰產(chǎn)氣階段，產(chǎn)水量減少；第三階段，排水作業(yè)繼續(xù)，產(chǎn)氣量下降。從生產(chǎn)過程可以看到，排水是煤層氣排采的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，高產(chǎn)水會影響到煤層氣井的排采效率。

2.2 高河井煤層氣排采情況分析

從2012年1月至2016年1月，對高河井煤層氣排采產(chǎn)氣的相關(guān)數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計分析，可以得到下面的結(jié)論。其高產(chǎn)水煤層氣井的標(biāo)準(zhǔn)為，單井平均日產(chǎn)水量6.5m3，單井日產(chǎn)水量超過40m3。具體特點：第一，平均日降液速度小于lm/d，高產(chǎn)水造成降液困難，沒有辦法實現(xiàn)對煤層的排水降壓的目標(biāo)，煤層氣解吸效果比較差。第二，修井檢泵作業(yè)頻繁，達(dá)到了2.5月/次，同時這也造成了管柱磨損嚴(yán)重，設(shè)備維修頻繁。第三，產(chǎn)氣效果小于300m3/d，這嚴(yán)重降低了生產(chǎn)產(chǎn)氣效果。因此有必要對高產(chǎn)水的地質(zhì)因素進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的改進(jìn)方案。

3 高河煤層氣井高產(chǎn)水的主控因素

3.1 水文地質(zhì)因素

高河煤層的直接充水含水層為頂板砂巖裂隙含水層，頂板砂巖厚度在0.00～20.10m，平均5.86m，因為巖性主要是中粒砂巖、細(xì)粒砂巖為主，造成了其水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜。井田北部因斷層、陷落柱的存在，使得含水層之間進(jìn)行了導(dǎo)通聯(lián)系。圍巖含水層是其主要的水來源，導(dǎo)致高河煤層本身的含水性較弱。區(qū)塊由東向西構(gòu)成供水→徑流→滯流完整水動力系統(tǒng)。平面上總體規(guī)律是東部的水動力活躍程度強(qiáng)于西部，區(qū)塊中部因為斷層存在差異，如圖2所示。

圖2 高河井水文地質(zhì)單元劃分剖面圖

3.2 不同煤層及頂?shù)装搴蕴攸c

高河井主采煤層為3#、15#煤層。3#煤層直接頂板為泥質(zhì)巖，局部為粉砂巖及砂巖。厚度穩(wěn)定性差，結(jié)構(gòu)松軟，吸水易軟化，強(qiáng)度較低。老頂為砂巖，厚度0.00～20.10m。從地質(zhì)情況來看，其溶洞、溶孔比較發(fā)育，滲透性較好，水動力條件較好，地下水徑流強(qiáng)度大，對煤層供水較為充足，煤層產(chǎn)水量較大。從高河井以往的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果來看，3#煤層的單排與合排的產(chǎn)水量平均為29.95m3/d，屬于高產(chǎn)水層系。

4 高河井高產(chǎn)水的改進(jìn)方案研究

技術(shù)攻關(guān)組針對高河井排采中高產(chǎn)水的具體工況，通過查找相關(guān)資料和同類型礦井的解決方案，綜合考慮設(shè)計了以下的改進(jìn)方案。

4.1 采用井位部署避開水動力較強(qiáng)區(qū)的措施

水動力較強(qiáng)區(qū)會影響到井的產(chǎn)水量，從而導(dǎo)致產(chǎn)水量較大，降低產(chǎn)氣量。針對高河井來講，盡量選擇水動力較弱煤層氣保存較好的區(qū)域進(jìn)行井位部署，從開始的部署階段就力爭減少高產(chǎn)水井的出現(xiàn)，可以有力降低高產(chǎn)水井的數(shù)量。

4.2 制定差異性的壓裂選層和壓裂工藝

高河井的主采煤層為 3#、15#煤層，根據(jù)不同煤層頂?shù)装鍘r性差異及不同區(qū)域水動力條件差異，垂向上15#煤層、3#煤層壓裂方式各有不同。對于15#煤層來講，其煤層的厚度是比較大的，含氣量高，頂?shù)装宓秃?，這時就需要調(diào)整原來的設(shè)計排量，適當(dāng)增加2m3的設(shè)計排量，提高至8.5～9.5m3。同時也將砂比提高到12%，保障排采的順利進(jìn)行。針對3#煤層的頂板含水灰?guī)r具體情況，需要避開灰?guī)r一定距離對其煤層的下部進(jìn)行壓裂，還需要對壓裂規(guī)模和強(qiáng)度都進(jìn)行調(diào)整，降低原來的設(shè)計排量至7.5～7m3，同時相應(yīng)地降低砂比至8.5%左右，避免其與供水區(qū)溝通。

4.3 改進(jìn)措施效果分析

高河井自從2016年1月將上述解決方案應(yīng)用于新試采區(qū)的井位部署和壓裂實踐中以來，實踐效果良好，起到了控制新增高產(chǎn)水井的目的，對于解決高河井的實際生產(chǎn)情況起到了積極的作用。選擇1年以上的新試井來同以往沒有采用改進(jìn)措施的老井組進(jìn)行對比研究發(fā)現(xiàn)：新試井的平均單井日產(chǎn)水量為10.25m3/d，相對于老井的35.67m3/d，降低了25.42m3/d，單井產(chǎn)氣率逐步上升達(dá)到了95%，其修井周期也得到了延長，降低了生產(chǎn)成本。

5 結(jié)論

本論文主要是對山西潞安高河煤層氣井高產(chǎn)水問題進(jìn)行了實踐的應(yīng)用研究，針對高河井田的實際工況，分析了影響產(chǎn)水的主要因素，通過差異性的地質(zhì)選層和壓裂工藝等措施來實現(xiàn)其改進(jìn)方案的實施。實踐應(yīng)用效果表明，改進(jìn)方案從部署階段就減少了高產(chǎn)水井的出現(xiàn)，同時新試井的平均單井日產(chǎn)水量降低了25.42m3/d，單井產(chǎn)氣率逐步上升達(dá)到了95%。整體來講，試采效果良好，該改進(jìn)方案是成功的，可以給同類型高產(chǎn)水井的排采產(chǎn)氣提供相應(yīng)的參考。