電脈沖儲層處理技術在煤層氣中的試驗與應用

王宇紅

晉城煤業集團沁水藍焰煤層氣公司，山西晉城 048204

電脈沖儲層處理技術在煤層氣中的試驗與應用

王宇紅

晉城煤業集團沁水藍焰煤層氣公司，山西晉城 048204

煤層氣井在生產過程中受排采強度的影響，在煤層裂隙中會發生氣鎖和水鎖現象，煤粉等固體顆粒堵塞氣體通道，造成產水產氣量的變化。電脈沖儲層處理技術通過沖擊波壓力作用于煤儲層及裂隙系統中，可以溝通和擴展裂縫，解除裂縫的堵塞，促進煤層氣的解吸從而提高煤層氣井的產量。

煤層氣；電脈沖；排采強度；儲層處理

煤層具有低滲、低壓、低飽和的特點，對煤層壓裂改造目的就是要擴大和溝通煤層中的裂隙和孔隙，增大流體的滲流面積和降低煤層的儲層壓力，從而提高煤層氣的產能。煤層氣井的生產過程對煤儲層的影響是長期的，由于排采制度的制定和執行不當，將導致在煤層裂隙中發生氣鎖和水鎖現象，煤粉等固體顆粒堵塞裂縫，降低了煤儲層的滲透率，從而降低煤層氣的產能甚至被徹底報廢無法生產。

1 電脈沖技術原理

電脈沖裝置由地面控制電源柜和井下設備組成，地面電源控制柜通過電纜控制井下設備并提供電源，井下高壓直流電源為高聚能儲能電容器充電；待充電到能量控制器的工作值時，能量控制器瞬間將電容器中儲存的電能快速傳遞給能量轉換器；能量轉換器在水中以液電效應將電能轉換成機械能（沖擊波能量）；沖擊波通過套管孔眼后作用于煤儲層裂隙。電脈沖裝置的技術參數：放電電壓30kV；裝置儲能4.5kJ；放電電流50kA；沖擊波峰值壓力＞100MPa；工作頻率3次/min～6次/min。

電脈沖技術具有如下優點：電脈沖技術是純物理技術，除水外不需要向井內注入任何物質，因此不會污染、傷害煤層；電脈沖以沖擊壓力作用于煤層，有別于壓裂改造煤層技術，對煤層“壓實”作用不明顯；電脈沖產生的沖擊波脈寬在0.5μs以內可調，比射孔彈爆炸的脈沖寬度窄，不會損傷套管和水泥環；依賴高功率機理，節約能耗；電脈沖技術可以對一點進行可控的重復頻率作用；作業中伴生的電磁輻射對煤層氣解吸有作用。

2 電脈沖作用機理

2.1 促進煤層氣解吸

在高能量沖擊波壓力作用下，煤巖表面的微觀凸起被削平表面分子可能重新排列，煤巖的表面積相對減小吸附能力降低。沖擊波過后，在相同的壓力梯度和壓降速度下，臨界解吸壓力下降，單井產量和采收率得以提高。

2.2 對煤層的造縫作用

煤層在沖擊波壓力作用下，斷裂強度和疲勞強度明顯小于靜態。當作用沖擊力峰值超過巖石的疲勞強度時就會造成新的裂縫。同時煤層在壓裂改造后，仍有部分裂縫不能有效貫通，部分孔喉道狹窄，各項同性的沖擊波能夠貫通裂縫和擴展孔喉道，裂縫的增加和溝通提高了煤層的滲透率，提高煤層氣井的產能。

2.3 解堵作用

沖擊波在不同密度介質上產生的速度、加速度有很大的差異，從而在波阻抗相差較大的介質界面會產生較強的剪切力，巨大的剪切力可以使附著在煤基質上的雜物脫落，堵塞在滲流通道中的煤粉等固體顆粒松動，隨滲流排出從而起到煤層解堵作用。

沖擊波在儲層介質不同位置上壓差的方向和大小交替變化，使液體由滯留區向排液活動區流動，改變了孔隙中液、固、氣界面的動態，克服了毛細管的束縛滯留效應。彈性沖擊波在飽和多孔介質中傳播時會使多孔介質被壓縮和擴張，造成孔道直徑大小變化，引起毛細管力的變化，達到解除煤儲層中的氣鎖和水鎖現象。

3 現場應用

根據電脈沖技術的特點，在鄭莊區塊選取了4口壓裂運行井進行試驗，分別針對不同井況進行應用總結。作業過程中要始終保持液面在煤層射孔段以上200m，通過大強度電脈沖施工，改善煤儲層的滲流擴散能力，配合排采制度提高煤層氣的產量。具體試驗情況見表1。

表1 電脈沖試驗井運行參數對比表

4 結論

1）電脈沖作業完成投入運行后，各井的井口壓力、產水產氣量比作業前都有了一定幅度的上升，電脈沖技術對消除煤儲層的水鎖、氣鎖現象，解除煤粉堵塞，改善煤儲層滲流擴散能力，提高煤層井的產能能起到一定的功效；

2）在作業過程中ZH038、ZH003-2井不同程度的出現了井內噴水現象，說明電脈沖技術能夠起到溝通煤儲層滲流通道作用。在針對壓裂后不產氣或者產氣量下降的煤層氣井，電脈沖技術有較好的適用前景；

3）作業完成后四口井在產水產氣量上雖都有提高，但是距離預期目標還有很大的差距，說明本次作業施工方案對煤儲層改造作用是有限的，在以后的試驗中對不同井況煤層氣井要有針對性的設計，優化施工方案從而增加電脈沖技術儲層改造的影響半徑；

4）在以后的試驗中可以研究探索把電脈沖技術同水力壓裂技術相結合起來，增加壓裂裂縫的有效延伸長度，以提高煤層氣井的產能。

[1]孟召平，田永東，李國富.沁水盆地南部煤儲層滲透性與地應力之間關系和控制機理[J].自然科學進展，2009，19(10)：1142-1148.

[2]張琪.采油工程原理與設計[M].東營：石油大學出版社，2006.

[3]賀天才，秦勇.煤層氣勘探與開發利用技術[M].徐州：中國礦業大學出版社，2007.

P618

A

1674-6708（2011）51-0125-01

王宇紅，工程師，主要從事煤礦與煤層氣地質以及煤層氣排采技術工作