寺河井田L型井產(chǎn)氣效果影響因素的初步研究

張文君，李 超，王 爭，周顯俊

(山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司, 山西 晉城 048000)

寺河井田L型井產(chǎn)氣效果影響因素的初步研究

張文君，李 超，王 爭，周顯俊

(山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司, 山西 晉城 048000)

山西晉煤集團部分高瓦斯礦井雖經(jīng)采取本煤層抽放、頂板走向鉆孔抽放等方法,在回采過程中回風瓦斯?jié)舛热匀唤?jīng)常達到臨界值,影響了工作面的安全生產(chǎn)。本文對已投運的3口L型井從井身結(jié)構(gòu)差異、壓裂前后運行曲線、壓裂施工效果三方面進行分析,探尋影響L型井產(chǎn)氣效果的工程因素,得出主要結(jié)論有:裸眼段平均坡度對L型井產(chǎn)氣效果存在顯著影響;水力壓裂施工對L型井產(chǎn)氣至關(guān)重要,而產(chǎn)氣效果與壓裂時工作面已采過裸眼段的長度和相對比例無直接關(guān)聯(lián)。今后壓裂時,建議提高最大排量并相應增大入地液量,以應對部分L型井可能存在的暢通程度較差的情況。

L型井;裸眼段坡度;水力壓裂;產(chǎn)氣效果

利用L型井在采煤工作面進行瓦斯快速釋放,是近年來發(fā)展起來的一種新型高效瓦斯抽采技術(shù),具有廣闊的應用前景,可以有效改善瓦斯突出、礦井生產(chǎn)掘進難和生產(chǎn)銜接緊張等問題[1]。該項目的研究實踐,能夠有效解決晉煤集團瓦斯礦井采掘工作面上隅角瓦斯大、難管理的現(xiàn)狀以及地面垂直采動井抽采范圍小、施工井數(shù)多、投資大、施工難度大的問題[2]。

本研究立足于晉煤集團煤礦瓦斯治理現(xiàn)狀,面向整個集團公司煤炭和煤層氣勘探開發(fā)生產(chǎn)的雙重需求[3],分析當前制約L型井產(chǎn)氣的各種工程因素,主要從L型井的裸眼段長度、裸眼段坡度、相對比例、裸眼段垂深范圍、實施壓裂時的裸眼段已采長度和壓裂壓力變化情況等因素,分析對L型井產(chǎn)氣量的影響,同時為煤層氣新能源的開發(fā)提供技術(shù)支撐。

1 井身結(jié)構(gòu)對比

SH14-L-01、SH15-L-01、SH15-L-02三口L型井采用類似的井身結(jié)構(gòu),即一開377.7 mm套管固井,二開244.5 mm套管固井,三開215.9 mm鉆頭裸眼完井(包括造斜段末端及整個水平段),存在的差異主要體現(xiàn)在裸眼段的平均坡度不同,詳見表1。

表1 L型井基本參數(shù)

分析表1數(shù)據(jù),并結(jié)合各井產(chǎn)氣效果,可得出以下結(jié)論:a. L型井裸眼段的長度,對產(chǎn)氣效果影響不明顯,二者無直接必然相關(guān)性;b. 壓裂時工作面已采過裸眼段的長度和相對比例,對產(chǎn)氣效果影響不明顯,二者無直接必然相關(guān)性;c. 裸眼段平均坡度對產(chǎn)氣效果存在顯著影響,平均坡度越大產(chǎn)氣效果越好,平均坡度越小產(chǎn)氣效果越差[4]。

2 壓裂前后運行曲線對比

2.1 SH14-L-01井

該井位于寺河礦3313工作面,工作面長1 233 m,寬317 m,該工作面于2014年7月20日初采,工作面推進至250 m,地面L型井無量;9月13日,推進至251 m,L型井無氣。2014年9月22日工作面已采314 m,實施水力壓裂,壓裂疏通作業(yè)完成后,該井出現(xiàn)井筒倒吸空氣現(xiàn)象,當日產(chǎn)氣,混合流量最高達1 200 m3/h,濃度最高達94%,具體抽采曲線見圖1。

圖1 SH14-L-01井壓裂前后混合流量、濃度、負壓變化曲線Fig. 1 Variation of flow, concentration, and negative pressure before and after fracturing in SH14-L-01 well

2.2 SH15-L-01井

位于寺河礦5303工作面,工作面長1 335 m,寬221 m,該工作面于2015年12月28日初采,2016年3月8日井下采煤工作面通過該井水平段末端,該井在壓裂前數(shù)次試抽均不產(chǎn)氣,4月4日工作面已采581.5 m,壓裂后開始產(chǎn)氣,甲烷濃度和混合流量顯著提高,4月9日甲烷濃度突然下降,原因為井下限產(chǎn),日進尺由平均11 m3/d下降至平均7 m3/d,井下絕對瓦斯涌出量減少,具體抽采曲線見圖2。

圖2 SH15-L-01井壓裂前后混合流量、濃度、負壓變化曲線Fig. 2 Variation of flow, concentration, and negative pressure before and after fracturing in SH15-L-01 well

2.3 SH15-L-02井

位于寺河礦5303工作面,工作面長1 335 m,寬221 m,該工作面于2015年12月28日初采,該井壓裂前共試抽5次,5次試抽負壓均在85 kPa以上,甲烷濃度不超過28%,流量近乎為0,2016年3月4日工作面已采304 m,實施水力壓裂,壓裂后開始產(chǎn)氣。值得注意的是,壓裂時井下工作面剛好采過該井裸眼段(該井裸眼段自井下工作面切眼開始分布在整個工作面中),其后隨著井下采煤的不斷推進,負壓逐漸升高,混合流量逐漸降低,負壓和混合流量呈相反變化,說明該井在工作面遠離過程中抽采效果逐漸變差[5],具體抽采曲線見圖3。

通過以上數(shù)據(jù)可知:a. 3口L型井均通過水力壓裂措施實現(xiàn)了與井下的溝通,水力壓裂施工對L型井有效抽采瓦斯產(chǎn)生了積極重要影響;b. 井下工作面生產(chǎn)進度的快慢,對L型井抽采甲烷濃度存在顯著影響,工作面進尺減緩,抽采甲烷濃度顯著下降,但下降存在一定時間的滯后;c. 井下工作面在采過L型井裸眼段后,隨工作面繼續(xù)推進,L型井抽采流量、濃度逐漸下降,抽采負壓逐漸升高,抽采效果變差;d. 地面抽采負壓與抽采流量呈現(xiàn)相反的變化趨勢,而抽采負壓與抽采濃度并無固定關(guān)聯(lián)。

圖3 SH15-L-02井壓裂前后混合流量、濃度、負壓變化曲線Fig. 3 Variation of flow, concentration, and negative pressure before and after fracturing in SH15-L-02 well

3 壓裂施工效果對比

3.1 SH14-L-01井壓裂施工

施工曲線圖見圖4,由圖可知,該井壓裂總液量180.94 m3,施工排量1.04 m3/min～4.12 m3/min,施工壓力1.39 MPa～1.65 MPa,停泵壓力0.74 MPa。

圖4 SH14-L-01井壓裂施工曲線圖Fig. 4 Fracturing in SH14-L-01 well

3.2 SH15-L-01井壓裂施工

施工曲線圖見圖5,由圖可知,該井壓裂總液量191.82 m3,施工排量2.46 m3/min～4.24 m3/min,施工壓力0.30 MPa ～6.12 MPa,停泵壓力0 MPa。

圖5 SH15-L-01井壓裂施工曲線圖Fig.5 Fracturing in SH15-L-01 well

3.3 SH15-L-02井壓裂施工

施工曲線圖見圖6,由圖可知,該井壓裂總液量194.0 m3,施工排量2.59 m3/min ～4.70 m3/min,施工壓力0.08 MPa ～0.32 MPa,停泵壓力0 MPa。

圖6 SH15-L-02井壓裂施工曲線圖Fig. 6 Fracturing in SH15-L-02 well

對比3口L型井的水力壓裂綜合曲線,可得出以下結(jié)論:a. 總體來看L型井的壓裂施工時的油壓明顯低于常規(guī)井的壓力和原巖強度極限,說明L型井眼軌跡附近的地層受井下采動影響,頂板巖體強度顯著降低；b. 3口井在主要施工參數(shù)方面,入地液量、施工排量、停泵壓力均無明顯差異,僅施工壓力存在差異:SH14-L-01、SH15-L-02井施工壓力一直保持平穩(wěn)且不超過1.72 MPa,而SH15-L-01井壓裂時的壓力波動劇烈,初始壓裂油壓最高,達6 MPa,之后存在3次較為明顯的波動,而該井壓裂后抽采效果也明顯差于另外2口井,表明SH15-L-01井裸眼段巖體強度更強,暢通程度更弱。今后壓裂時,可從施工壓力的變化幅度初步判斷該井壓裂后的暢通程度,同時建議增加現(xiàn)場泵車臺數(shù),提高最大排量并相應增大入地液量,以應對部分L型井暢通程度較差的情況。

4 結(jié)論

1)裸眼段平均坡度和水力壓裂施工對L型井產(chǎn)氣效果存在顯著影響,而產(chǎn)氣效果與壓裂時工作面已采過裸眼段的長度和相對比例無直接關(guān)聯(lián),今后在設計時應根據(jù)實際情況,適當加大裸眼段坡度,在工作面投產(chǎn)后,在保證安全前提下,建議在頂板來壓影響到裸眼段末端后,應及時進行壓裂施工,以保證更長的抽采周期。

2)工作面進尺決定井下絕對瓦斯涌出量,在井內(nèi)暢通前提下,抽采量和抽采濃度與進尺呈正相關(guān),但抽采參數(shù)變化在時間上存在一定的滯后性,滯后時間與采空區(qū)裂隙空間游離態(tài)甲烷總量和抽采速率有關(guān)。

3)工作面采過裸眼段后,抽采量、抽采濃度、抽采負壓都會逐漸變差,這是由L型井的采動產(chǎn)氣機理決定的。

4)地面抽采負壓與抽采流量呈現(xiàn)相反的變化趨勢,而抽采負壓與抽采濃度并無固定關(guān)聯(lián),這是由于抽采負壓是由井內(nèi)暢通情況決定的。在井內(nèi)暢通程度較差的情況下,抽采負壓對抽采流量和抽采濃度的影響很小,此時一味提高地面抽采負壓并無明顯效果,最佳措施是采取壓裂使井內(nèi)暢通。

5)今后壓裂時,可從施工壓力(油壓)的變化幅度初步判斷該井壓裂后的暢通程度,同時建議增加現(xiàn)場泵車臺數(shù),提高最大排量并相應增大入地液量,以應對部分L型井可能存在的暢通程度較差的情況。

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[2] 趙小山, 李國富, 孫海濤,等. 寺河礦區(qū)地面采動區(qū)L型煤層氣井抽采技術(shù)研究[J]. 能源技術(shù)與管理, 2016(3):6-9.

[3] 王保玉. 晉城礦區(qū)煤體結(jié)構(gòu)及其對煤層氣井產(chǎn)能的影響[D].北京:中國礦業(yè)大學(北京), 2014.

WANG Baoyu. Coal Body Structure and Its Impact on Production Capacity of Coalbed Methane Wells in Jincheng [D]. Beijing: China University of Mining & Technology (Beijing), 2014.

[4] 李金海,蘇現(xiàn)波,林曉英,等. 煤層氣井排采速率與產(chǎn)能的關(guān)系[J].煤炭學報,2009,34(3):376-380.

LI Jinhai, SU Xianbo, LIN Xiaoying,etal. Relationship Between Discharge Rate and Productivity of Coalbed Methane Wells [J]. Journal of China Coal Society,2009，34(3): 376-380.

[5] 張明山.煤層氣排采中套壓對產(chǎn)氣量的影響[J].中國煤炭,2009(12):102-104.

ZHANG Mingshan. The Influence of Case Pressure on CBM Production in Draining and Collection [J]. China Coal, 2009(12):102-104.

(編輯:楊 鵬)

EngineeringFactorsofGasProductioninL-typeWellsinSiheMine

ZHANGWenjun,LIChao,WANGZheng,ZHOUXianjun

(ShanxiJinchengAnthraciteMiningGroupCo.,Ltd.,Jincheng048000,China)

Three L-type wells of Jincheng Coal Group are compared to explore the influential factors of gas production, in terms of structure difference, operational curves before and after fracturing, and fracturing effect. The results show that:the average slope of open hole significantly affects the gas production; hydraulic fracturing is critical for the gas production of the L-type wells; the gas production has no direct relationship with the length of the open slope and its relative scale. In addition, the digging length of working face determines the absolute quantity of gas emission. If the wells are unblocked, the digging length is positively correlated with the gas drainage quantity and concentration. On the other hand, the variation of drainage parameters lag behind and the lagging time is correlated with the total amount of free methane in fissure of goaf and drainage speed. When working face passes the open hole, the drainage amount, concentration, and negative pressure go worse gradually and the negative pressure shows the opposite trend with the drainage flow.

L-type well;slope of open hole;fracturing technique;affecting gas production

TE37

A

1672-5050(2017)01-0073-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.022

2016-11-22

張文君(1986-),男,河南沈丘人,大學本科,助理工程師,從事煤層氣地面開發(fā)工作。