摘 要：针对六盘水松河矿区煤层气基础地质特征和开发井S-1井合层排采的基础数据，分析了适合研究区合层排采的地质因素，总结了合层排采的工艺技术，探索了影响排采过程的因素。合层排采适合于渗透率、压力梯度、临储比相近的煤层;整个合排过程可划分为排水、憋压、控压、稳产、合排5个阶段。
关键词：煤层气 合层排采 排采工艺 影响因素 六盘水
煤层气的开发利用可以有效降低煤矿生产的危险系数，同时能够缓解能源和环境压力。六盘水煤田煤层层数多、厚度大、分布稳定，具有良好的煤层气开发价值[1]。
本文以S-1井合层排采为例，分析六盘水地区合层排采的地质控制因素。
1 地质背景
研究区位于黔西地区，构造位置处于土城向斜，井田出露地层由老至新依次为：二叠系上统峨眉山玄武岩组、龙潭组，三叠系下统飞仙关组、永宁镇组，第四系。
通过在六盘水松河井田内实地钻探发现，区域内龙潭组含可采煤层17层，通过含气系统的划分将其划分为5个煤组[2]：第一煤组：1+3、4、51;第二煤组：62、9、11、12;第三煤组：15、16;第四煤组：17、18;第五煤组：271、272、 291、292、293。
2 合层排采分析
对于多煤层地区，“多层压裂、合层排采”工艺技术既可以降低煤层气开发的成本，同时也是增产的重要措施之一[3]。松河矿区由于煤层层数多、地质参数差异性大，所以合层排采过程中需要考虑一些重要参数。
2.1 含气量
煤层含气量作为煤层气开发的因素之一，对煤层气开发起着决定性作用。通过对参数井各煤层解吸发现，研究区煤层含气量在6.62～20.99m3 /t[4]，从图1可以看出第二煤组、第四煤组含气量相对较高，平均含气量在15m3 /t以上，第一煤组、第三煤组含气量相对较低，平均含气量在10m3 /t 左右，第五煤组各煤层含气量相差较大，293煤含气量达到 20m3 /t。从含气量的组成来看，解吸气量占比最大有利于煤层气解吸。
2.2 渗透率
研究区主要以块煤为主，含少量碎块煤，裂隙较为发育，通过对部分煤样做压汞测试分析，各煤层总体以小孔和微孔为主，仅1+3煤孔隙度最大。通过对参数井试井分析，整体渗透率较低，属于低渗储层，且随着埋深的增加，渗透率变差。因此，在研究区对主要煤层采用了“多段压裂”的工艺，以增加煤储层渗透率，从而达到合层排采的要求。
2.3 储层压力梯度
储层压力梯度的差异将直接导致不同煤层供液能力不同，研究区龙潭组煤系储层压力梯度差异较大，在 1.064~1.37MPa/hm之间。通过做压力梯度分析得出，第一煤组和第二煤组压力梯度相当，第三煤组与第五煤组压力梯度相当，适合合层排采。
2.4 临储比
煤储层的临储比直接决定着煤层解吸的顺序，通过计算临界解吸压力，可直接计算出煤层解吸时液面的高度。通过对参数井试井及测试分析，各煤层临储比和临界解吸压力具有很好的耦合性，呈正相关关系。9煤临界解吸压力和临储比最大，其次是52煤，而24煤与271煤临储比最小。因此，在排采作业过程中，正常解吸顺序应该是第二、第一、第三、第五煤组。
3 排采工艺
排采作业是煤层气开采的重要环节之一，主要是利用排水降压的原理，形成压力降落漏斗，从而使煤层中吸附的甲烷解吸[5]。目前，煤层气排采主要采用的是“五段法”，即排水阶段、憋压阶段、控压阶段、稳产阶段、合排阶段、衰竭阶段[6-7]。
3.1 排水阶段
S-1井共压裂了第一煤组、第二煤组、第三煤组和第五煤组，压裂结束后即开抽，开抽即出液，在排水初期，返排液主要以压裂液为主，随着液面的降低，储层压力下降，达到临界解吸压力，气体开始解吸，套压出现。
3.2 憋压阶段
随着煤层继续解吸，采取憋压排采，此阶段要求平稳、缓慢、连续降低液面，达到第二煤组大量解吸的效果。
3.3 控压阶段
此阶段液面降低到一定水平，套压处于较高状态，开始放气。在放气过程中必须严格控制产气及套压，防止贾敏效应产生，从而导致产气下降。为了扩大压降漏斗，使气体解吸范围增加，需要继续降低井底流压。
3.4 稳产阶段
随着排采作业的进行，产气量达到1100m3 /d，接近预期设定的目标，因此本阶段主要目标是稳定流压，严格控制套压和液面高度，尽量延长产气周期。
3.5 合排阶段
随着流压的下降，当第二煤组流压接近于第一煤组临界解吸压力时，可通过降低液面适当降低流压，使第一煤组开始解吸，完成第一煤组和第二煤组合排的目标。当第一煤组和第二煤组进入衰竭阶段后，可通过控压、稳产、合排3个阶段将第三煤组同第五煤组进行合排生产。
4 排采影响因素分析
4.1 间断排采的影响
煤层气排采的几个阶段要求稳定、连续的进行，若出现卡泵、修井或者其他停抽原因造成作业间断，将导致液面回升，储层压力重新增大，气液“倒灌”，容易产生“气锁”及“水锁”效应，从而使得产气能力大幅下降。
4.2 上部煤层快速裸露的影响
在排采过程中，为了使压降漏斗不断扩大，需要持续降低液面，甚至裸露顶部煤层。但另一方面，快速裸露上部煤层导致汽水两相流态不稳定，渗透率降低。当套压较大时，环空中已解吸的气体被上部煤层重新吸附，导致排采效果甚至低于单层排采，S-1井在加深泵挂作业之后实行快速降液面的排采方案，在作业后10天内，流压下降 2MPa，直接裸露291煤以上煤层，后期减弱排采强度，流压又快速恢复到2MPa以上，流压的快速下降与上升导致储层压力大幅波动。因此认为，泵挂加深后快速的裸露第五煤组以上煤层是导致该井后期稳产阶段产气量较低的主要原因之一。
5 结语
(1)研究区煤层层数多，分布较为稳定，将其分为5个煤组，通过对S-1井合层排采作业总结，可将第一煤组和第二煤组进行合排，第三煤组和第五煤组进行合排。
(2)合层排采时应选择煤储层渗透率、压力梯度及临储比等参数接近的煤层，按照临储比值，由大到小的顺序进行解吸，当渗透率相差较大时，可通过多段压裂的方式对储层进行改造，以达到相匹配的渗透率。
(3)在上部煤层进入稳产阶段后，待其流压与下部煤层临界解吸压力接近时方可进行合层排采作业。在合排过程中应严格控制套压和流压，防止套压大幅波动，造成煤储层伤害，并且排采过程必须保持稳定、连续的进行。在上部煤层需要裸露时应低速、低套、逐级降低液面，避免气液“倒灌”，导致产气下降。
参考文献
[1] 陈本金,温春齐,曹盛远,等.贵州六盘水煤层气勘探开发有利目标区优选[J ].西南石油大学学报:自然科学版,2010,32(3):56-60.
[2] 罗开艳,金军,赵凌云,等.松河井田煤层群条件下合层排采煤层气可行性研究[J].煤炭科学技术,2016,44(2):73- 77.
[3] 倪小明,苏现波,李广生.樊庄地区3#和15#煤层合层排采的可行性研究[J].天然气地球科学,2010,21(1):144-149.
[4] 易同生,周效志,金军.黔西松河井田龙潭煤系煤层气-致密气成藏特征及共探共采技术[J].煤炭学报,2016,41(1):212-220.
[5] 郭大立,贡玉军,李曙光,等.煤层气排采工艺技术研究和展望[J].西南石油大学学报:自然科学版,2012,34(2):91- 99.
[6] 秦义,李仰民,白建梅,等.沁水盆地南部高煤阶煤层气井排采工艺研究与实践[J].天然气工业,2011,31(11):22-25.
[7] 杨怀成,钱卫明,张磊,等.中高阶煤试验区煤层气井排采技术[J].特种油气藏,2012,19(2):113-115.
《多煤层叠置条件下的煤层气合层排采》来源：《科技资讯》2018年9期，作者：朱家伟。
