煤層氣排采工藝技術(shù)研究和展望

谷東東

中石油煤層氣有限責(zé)任公司韓城分公司

煤層氣排采工藝技術(shù)研究和展望

谷東東

中石油煤層氣有限責(zé)任公司韓城分公司

隨著全球環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，開發(fā)與研究新型能源成為當(dāng)下科研與應(yīng)用領(lǐng)域的重要內(nèi)容。作為一種非常規(guī)能源，煤層氣已成為現(xiàn)階段人們所關(guān)注的主要能源之一。中國煤層氣總體儲量十分豐富，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，國內(nèi)陸地埋深在1km以內(nèi)的煤層氣儲量占淺埋煤層氣總儲量超過了61%。研究煤層氣井產(chǎn)能影響要素有助于提高淺埋煤層氣抽采效率，進(jìn)一步提升氣井產(chǎn)能?；诖?，本文將著重分析探討煤層氣排采工藝技術(shù)研究和展望，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

煤層氣；排采工藝；技術(shù)；展望

1、煤層氣井生產(chǎn)階段

1.1 排水降壓至產(chǎn)氣前階段

該階段產(chǎn)出煤粉顆粒大，粒徑為5～10mm，煤粉濃度低于1%，多為原生煤粉和鉆井過程或射孔壓力過程產(chǎn)生的煤粉，大顆粒的煤粉可以通過井下管柱安裝防砂篩管過濾掉，減少卡泵現(xiàn)象。然而該階段儲層承壓水的排出使得煤巖圍壓相對增大，裂隙存在閉合現(xiàn)象，即應(yīng)力敏現(xiàn)象，所以該階段主要以控制降液面速度來調(diào)整井底降壓，以穩(wěn)定降壓為目標(biāo)。

1.2 氣液兩相流階段

該階段產(chǎn)出煤粉顆粒較細(xì)，粒徑為1～3mm，煤粉濃度偏高，高可達(dá)8%，多為工程擾動、沖刷井壁或井壁失穩(wěn)產(chǎn)生的煤粉。該階段產(chǎn)出煤粉細(xì)且濃度高，在工藝上通過向油套環(huán)空注入排出水稀釋井下煤粉，在排水量上通過計算最小攜粉速度確定排水量的最低界限，以控制排水速率為目標(biāo)。

1.3 氣井穩(wěn)產(chǎn)階段

該階段是指產(chǎn)水量＜0.5m3/d，且產(chǎn)氣量平穩(wěn)不遞減。該階段氣體解吸范圍內(nèi)的滲流通道內(nèi)水量甚少，該范圍內(nèi)的煤粉來源有限、流體攜粉能力也弱。由于氣體大量解吸，煤巖正效應(yīng)占優(yōu)，不會影響到滲流通道。該階段主要是控制好套壓，確保滿足集輸要求。

1.4 氣井衰竭階段

該階段是指產(chǎn)氣量遞減，儲層壓力逐步降低到廢棄壓力為止。該階段泄氣面積不再增大，煤基質(zhì)逐步解吸完畢，煤粉不再產(chǎn)出。因此該階段主要以滿足集輸要求為準(zhǔn)。

2、煤層氣排采工藝技術(shù)

2.1 單井排采工藝

對于不同類型的儲層，煤層氣單井排采主要分為以下幾種類型：排采過程中形成穩(wěn)定壓降漏斗、壓降漏斗不斷擴展。當(dāng)煤儲層存在張性斷層時，隨著壓力的不斷降落，壓降漏斗不斷擴張至斷層時，與地下水連通的張性斷層向儲層中補給地層水，當(dāng)補給量等于排采量時，壓力不再發(fā)生降落，煤層氣不再解析產(chǎn)出；當(dāng)煤層中頂板或者底板存在水層時，壓力降落后，地層水通過頂、底板補給儲層，當(dāng)補給量等于排采量時，煤層氣不再解析產(chǎn)出；當(dāng)煤層中存在逆斷層時，隨著壓力的不斷降落，壓降漏斗不斷擴張至斷層時，無地層水補給，煤層氣不斷解析，直至儲層的壓力與井筒壓力一致，煤層氣不再發(fā)生解析。

2.2 井群排采工藝

在煤層氣開采過程中一般采用多口井進(jìn)行開采，其排采機理以單井排采為基礎(chǔ)，但復(fù)雜程度要大的多。與單井相比，井群排采過程中，壓降漏斗存在干擾疊加的現(xiàn)象。就產(chǎn)氣速度而言，多井壓降疊加，煤層氣解析速度加快，產(chǎn)氣速度較單井大的多；在產(chǎn)氣量上，壓降漏斗疊加后，產(chǎn)生隔水的作用，壓力降落程度增加，煤層氣解析程度增加，產(chǎn)氣量加大。

3、煤層氣排采工藝技術(shù)展望

3.1 鉆完井技術(shù)

隨著精準(zhǔn)定向和地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的發(fā)展，針對煤層氣藏的特點，適宜于煤層氣開采的井型朝著多樣化、復(fù)雜結(jié)構(gòu)化的方向發(fā)展，由直井發(fā)展到垂直井、水平井、叢式井，繼續(xù)發(fā)展到多分支水平井、遠(yuǎn)端對接井、徑向井、傾斜井以及多類型組合井。單多分支水平井就有雙井筒多分支水平井、單井筒單分支水平井、雙井筒單分支水平井、單井筒單分支分級壓裂井、雙煤層多分支水平井等多種形式。

3.2 壓裂增產(chǎn)技術(shù)

我國煤層氣酸化壓裂技術(shù)已經(jīng)取得了重要進(jìn)展，煤層氣壓裂增產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下6個方面：①由單一壓裂煤層向壓裂煤層底板或煤層頂板方向發(fā)展；②由直井單煤層大規(guī)模壓裂向水平井分段壓裂方向發(fā)展；③單一的初次壓裂向解堵壓裂和重復(fù)壓裂方向發(fā)展；④壓裂規(guī)模不斷增大，甚至朝著“壓裂工廠”方向發(fā)展；⑤壓裂液在活性水基礎(chǔ)上，逐步向多元壓裂液方向發(fā)展；⑥加砂強度趨于增加，由追求高砂比逐步向中砂比轉(zhuǎn)變。

3.3 排采技術(shù)

排采作為煤層氣產(chǎn)氣的重要環(huán)節(jié)，是鉆井、壓裂效果成敗的關(guān)鍵。煤層氣排采技術(shù)呈現(xiàn)出以控壓控粉為目標(biāo)的智能化管控排采技術(shù)、循環(huán)回沖煤粉解堵排采技術(shù)、防煤粉高效排采泵、排采-集輸一體化的發(fā)展趨勢。

3.4 數(shù)值模擬技術(shù)

目前煤層氣數(shù)值模擬研究一般側(cè)重于描述儲層內(nèi)流體的運移規(guī)律，而沒有考慮井筒內(nèi)流動與儲層流動的相互作用，未來研究井筒儲層一體化，將現(xiàn)行數(shù)模的內(nèi)邊界進(jìn)行修正，由井底射孔段處延伸至井口，使用人為可控的井口油壓和生產(chǎn)制度作為煤層氣井的調(diào)整參數(shù)，將會更加方便準(zhǔn)確地進(jìn)行產(chǎn)量預(yù)測、制定開發(fā)方案、優(yōu)選生產(chǎn)工藝等。需要針對我國煤層氣儲層特征的模擬軟件，煤層氣數(shù)值模擬軟件的發(fā)展趨勢是以三重孔隙介質(zhì)、多組分模型為基礎(chǔ)的全三維模型，能夠處理注入氣體成分強化煤層氣開采、水蒸發(fā)引起脫水效應(yīng)以及氣體不純影響、復(fù)雜結(jié)構(gòu)井以及結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合等復(fù)雜問題。

總而言之，從一定角度上來說，煤層氣的產(chǎn)量主要受到地質(zhì)因素的影響，與氣井產(chǎn)氣量的效率密切相關(guān)。在實際工作中，大量的數(shù)據(jù)信息表明，滲透率、埋深情況、煤層構(gòu)造以及厚度等因素的共同作用結(jié)果直接決定著煤層氣的產(chǎn)量，這就要求我們在以后的實際工作中必須對其實現(xiàn)進(jìn)一步研究探討。

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