陽泉區塊寺家莊井田分壓合層排采適應性探討

田慶玲

(1.河南理工大學，河南　焦作　454000； 2.山西藍焰煤層氣集團有限責任公司，山西　晉城　048000)

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·專題綜述·

陽泉區塊寺家莊井田分壓合層排采適應性探討

田慶玲1，2

(1.河南理工大學，河南焦作454000； 2.山西藍焰煤層氣集團有限責任公司，山西晉城048000)

摘要陽煤集團寺家莊井田地質構造簡單，含煤層較多，可采煤層煤層氣地質儲量可觀。本文通過分析寺家莊區塊煤層間距、圍巖力學性質、儲層壓力、臨界解吸壓力、壓裂前后滲透率對比、水文地質等得出結論：寺家莊區塊8、9號煤層滿足分壓合層排采條件，15號煤層部分滿足分壓合層排采。加強對不同地質條件下分壓合層排采適應性的研究，可有效提高煤層氣抽采率。

關鍵詞寺家莊井田；煤層氣；主控因素；分壓合層排采

研究與實踐表明，在多煤層地區進行煤層氣開發利用時，如果實施分層壓裂、合層排采的技術及工藝，可有效降低煤層氣的勘探開發成本，同時亦可以大大提高單井產氣量和可采儲量[1]. 為此，在研究大量礦井地質、煤層氣井生產、工程及測試等資料的基礎上，對寺家莊區塊可采煤層分壓合層排采的適應性進行了探討。

1研究區概況

寺家莊區塊位于沁水煤田的東北邊緣，總體表現為東翹西傾的單斜構造，巖層走向北北東，區內斷層較少，褶曲發育，軸向不一，陷落柱較多。抽采區塊內構造復雜程度總體為簡單類，北部由于陷落柱發育，構造屬中等類。井田范圍內地層由下而上有：古生界奧陶系的峰峰組和上馬家溝組，石炭系的本溪組和太原組，二疊系的山西組、上下盒子組及石千峰組。含煤地層為山西組及太原組，共含煤18層，煤層總厚13.46 m，含煤系數7.9%，其中可采煤層4層，編號為81、84、9、15號。其中， 81、84煤層為局部可采煤層，9號為大部可采煤層，15號煤層全區可采煤層。 同時可采煤層的煤層氣地質儲量亦較為可觀(總84.71×108m3).寺家莊地層綜合柱狀圖見圖1.

圖1　寺家莊地層綜合柱狀圖

2分壓合層排采適應條件

2.1煤層間距及煤與圍巖力學性質

多煤層地區，煤層間距的大小、煤與圍巖(系指煤層頂底板)的力學性質控制著壓裂的次數、壓裂規模、造縫形態等。當煤層間距較小(<10 m)、圍巖厚度大且二者儲層壓力、臨界解吸壓力等相近，則可對其進行射孔合層壓裂合層排采，反之進行分壓合采。其原理：因煤與巖石的力學性質差異，當二者力學性質差異性較大且圍巖厚度大時, 壓裂時裂縫很難突破煤層圍巖，其多在或僅在煤層中延伸，煤儲層改造效果相對較好; 反之, 壓裂時裂縫容易突破圍巖, 既影響壓裂效果, 又可能改變壓力傳播路徑[2,3].就上述條件而言，該區內8、9號煤層多宜進行加密射孔合層壓裂，而8號、9號與15號煤層則滿足分壓合層排采條件。見表1.

表1　寺家莊區塊主采煤層特性一覽表

2.2儲層壓力(儲層壓力梯度)

儲層壓力梯度是儲層壓力和埋深的綜合體現，基本上可以反映底層能量的大小。多煤層分壓合采共用一個井筒排采，當儲層壓力懸殊太大且高壓煤層位于上部時，其他條件相近的情況下，高壓煤層中的流體將受到壓差作用倒灌入低壓煤層，不僅使高壓煤層煤粉過大，而且抑制了煤層的排水降壓，失去分壓合層排采意義。當煤層的壓力梯度相差懸殊時，亦可導致儲層供液能力的差異，上述兩種情況均可導致合層排采失去意義[4,5].

研究區為典型的低壓儲層區(壓力梯度均為6.15 kPa/m，正常為9.5～10.0 kPa/m)，按研究區儲層埋深推算，儲層壓力2.2～7 MPa. 8號和9號儲層壓力相差甚微(僅為50 kPa)，二者與15號煤層儲層壓力相差0.66 MPa. 由此可知，8、9、15號煤層均為低(欠)壓儲層且儲層壓力彼此間相差不大，滿足合層排采條件。但排采過程中要嚴格控制液面的降幅，使液面控制在上層煤組煤層氣臨界解吸壓力值附近一段時間，使儲層降壓“漏斗”盡可能的擴大，解吸出更多煤層氣，提高動用儲量和采收率。

2.3臨界解吸壓力

分壓合采需要有合理的臨界解吸壓力，在其他情況相近時，若臨界解吸壓力差別較小則合采煤層的見氣時間相差不大，壓力傳遞相近，該條件適應分壓合采。若煤層間的臨界解吸壓力相差較大，首先解吸出來的煤層會對未出氣的煤層產生“氣鎖”效應，使得臨界解吸壓力低的煤層不能出氣或產氣甚微，失去合層排采意義[6-8].

研究區臨界解吸壓力普遍較低(見表2)，前期需平穩排水降壓較長時間方能見氣。8、9號煤層臨界解吸壓力相差無幾，滿足合層排采條件，但15號煤層臨界解吸壓力整體低下(部分已接近枯竭壓力0.5～0.7 MPa)，煤層氣產出通過排水降壓已難實現，該條件下失去合層排采意義。

表2　抽采區臨界解析壓力對比表

2.4原始/壓后滲透率

煤層原始滲透率的大小主要受控于煤層的原生裂隙的連通性，研究區8、9、15號煤層原生滲透率普遍較低，僅為0.004～0.008 mD(見表3)，但彼此間數值相差無幾，為典型的低滲儲層。煤層通過壓裂改造后，煤層滲透率極大提高，其主要受控于壓裂裂縫的連通性和滲流能力。多煤層合層排采時，如果煤層之間滲透率相差甚大，必然會導致各煤層間的供液能力懸殊較大，同時亦造成各煤層在排采過程中儲層壓力的變化(或是傳遞速度)差別顯著，從而導致某些層位不產氣或產氣低下，失去合層排采意義[9].

表3　測試區煤層原始壓后滲透率對比表

綜合研究區試井、測井、巖心分析所得的滲透率測試資料分析可知，8、9、15號煤層破裂壓力明顯，壓后滲透率處于同一數量級。由上述可知，8、9、15號煤層滿足合層排采條件。

2.5水文地質條件(供液能力)

水文地質條件對分壓合采的影響主要體現在煤儲層的供液能力的差別上，儲層供液能力的差異必然導致排采過程中層間壓力傳遞的差異，進而導致某些層位不產氣或產氣較小[10].

8、9、15號煤層為太原組煤系，太原組主要含水層為灰巖巖溶含水層，據鉆孔抽水試驗，單位涌水量為1.9×10-5～0.24 L/s·m，含水層多為弱富水性(見表4).鑒于K2、K3、K4灰巖層離15號煤層較近，15號煤層的供液能力可能強于8、9號，但差別應不會很大。總而言之，8、9、15號煤層理應屬于同一水文地質單元，可滿足合層排采。

表4　太原組灰巖抽水試驗成果一覽表

3結論

1) 就煤層及圍巖厚度和力學性質、儲層壓力、臨界解吸壓力、滲透率及水文地質條件而言，8、9號煤層可滿足分壓合層排采條件。

2) 15號煤層臨界解吸壓力整體較低，必然會導致前期排水降壓周期長、見氣慢和加大抽采難度，特別是在臨界解吸壓力極低的區域(<0.5 MPa時)，煤層氣藏已無法通過排水降壓產出，此條件下失去合層排采意義。在15號煤層臨界解吸壓力較高的區域，可滿足其與8、9號煤層合層排采。

3) 可加強不同地質塊段下分壓合層排采的適應性研究，提高煤層氣開發成效[11].

參考文獻

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Research on the Adaptability of Layered Fracture and Multi Layer Drainage in Sijiazhuang Mine Field of Yangquan Block

TIAN Qingling

AbstractYangquan coal group Sijiazhuang mine field has simple geological structure, more coal seam and considerable coalbed methane reserves. Analyzes the distances between coal seam, mechanics character of surrounding rock, reservoir pressure, critical desorption pressure, permeability contrast by fracturing, hydro geological condition and so on. It obtains that all of the No.8 and No.9 coal seam satisfy the condition of layered fracture and multi layer drainage, part of the No.15 coal seam satisfies the condition. It can effectively increase coalbed methane extraction rate by strengthening the research of layered fracture and multi layer drainage in different geological situations.

Key wordsSijiazhuang mine field; Coalbed methane; Main controlling factor; Layered fracture and multi layer drainage

中圖分類號：TD163

文獻標識碼：A

文章編號：1672-0652(2016)01-0046-03

作者簡介：田慶玲(1986—)，女，山西晉城人，2012年河南理工大學在職研究生，助理工程師，主要從事煤層氣地質研究與開發工作(E-mail)laoshudingding@qq.com

收稿日期：2015-12-02