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煤层气低产井原因及下步改进方案研究

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安省蓬

摘要：临汾煤层气区块是中石化华东分公司的开发主力区，已形成一定的产量规模。但在近年的生产中，煤层气区块产量呈现出极大的差异，因此，对煤层气低产井原因及下步改进方案进行重点分析。

关键词：煤层气；低产井原因；改进方案

随着国家油气重大专项项目的启动，我国煤层气开发进入了高速发展阶段，截至2018年，成熟的煤层气钻井数量已突破18 000口。为了保障在激烈竞争环境中的优势，中石化华东分公司临汾煤层气区块低产井问题必须解决。

1 煤层气低产井原因

1.1 地质原因

临汾煤层气区块主体部分位于山西省临汾市，濒临鄂尔多斯盆地东部边缘地带，其主体区域薄层为黄土覆盖层，地形主要为山地高原，经过了千百年的风化与切割，地表相对破碎，沟壑较多。鄂尔多斯盆地基底由元古宙以及太古宙组成，这是寒武纪时期存在的一种中奥陶世碳酸盐岩，其经过地质的变迁后，表面遭受风化、淋滤、剝蚀，最终因沉积以及海陆变迁形成了奥陶系岩溶地貌以及碳酸盐岩岩溶孔隙型储层[1]。从该区块的外观上来看，整体上呈现出“一隆一凹以及两斜坡”的结构；从地层分类上来看，主要由新世界的第四系、中世界的三叠系、古生界的二叠系与石炭系及奥陶系构成。该地质条件导致区块整体含气量偏低，而且围岩含水层大量补给煤层，断层位置储层压力始终达不到理想状态。

1.2 钻井储层污染问题

实践和研究表明，煤层气开发量与井网布置以及形成的降压漏斗有着密切的关系。临汾煤层气区块结构相对简单，为了保障单井产量的稳定与持续性，临汾煤层气区井网布置以“矩形”“梅花型”“菱形”为主，采用常规钻井技术进行生产[2]。但由于该区块储层能量与压力不足，煤岩渗透率始终无法达到理想状态，在生产过程中通过加压等方式保障生产的顺利进行，极易造成井筒地污染问题。基于公式：

1.3 排采制度

排水降压是煤层气产气环节的关键步骤，在生产中会根据实际情况以及产量需求制定排采制度，因此，排采制度的合理性与科学性成为影响产量的重要因素。排采制度制定的主要依据为煤系地层分布特征、富集规律以及煤层气控气地质条件。近年来，为了保障排采一体化的有效落实，临汾煤层气区块基于实现煤层产气规律与排放方案相契合的理念制定排采制度，避免引起煤层激动[3]。这就决定生产过程中使用的泵挂降压能力有限，生产时需要频繁出现动液面动荡，导致应力敏感区压力下降过快，水量以及气量无法保持稳定，诸多产气潜力较高的单井产量也会受到影响。

1.4 压裂工艺问题

压裂是根据煤层气生产地质条件提出的策略，临汾煤层气区块主要采用测井多参数拟合方式预测煤层含量，保障压裂工艺的科学性，但由于不同煤层结构不同，统一按照硬煤以及软煤两种情况划分，无法保证地质条件与压裂参数匹配，从而成为影响单井产量的因素。具体来讲，在软煤中如果出现未解污即开始压裂的情况，将导致井筒地出现更严重的污染，压裂过程中压力出现陡然升高与下降的情况；压裂工艺与煤层特性不匹配，虽然不会造成污染，但导致煤层直接被压裂，将出现多样化压裂曲线[4]。在硬煤层段中，压裂过程中未将降滤剂添加在前置液中，导致滤失过重，促使煤储层原始裂隙过度发育，压力将忽大忽小；如果前置液量过少，无法使煤储层原始裂隙发育，会使煤储层出现多道裂隙，钻井液携砂进行作业，无法保障能力；加砂量过少，会导致单位厚度加砂量不足，出现油压过低的情况。这些问题都将导致生产无法稳定进行。

2 煤层气低产井改进方案

2.1 针对地质条件

地质条件并非人为可控因素，面对“先天条件有限”的问题，改善地质条件并不现实，因此，在生产过程中可通过工艺、生产技术水平等方面的优化，减少地质条件的干扰，解决低产井产量低的问题。

2.2 针对钻井层污染问题

钻井层被污染后，煤储层导流能力受到直接影响，根据污染物物理化学性质，可通过酸化法溶蚀污染物质。在实践过程中，选择HF、HCl以及CH3COOH这3种酸作为分析对象，通过不同质量分数间的搭配，选择最合适的组合。利用2.0%、3.0%、4.5%、5.0%、9.0%这5种质量分数情况，获得10种组合方式：（1）HF、HCl、CH3COOH的质量分数均为3.0%；（2）仅质量分数为9.0%的HF；（3）仅质量分数为9.0%的HCl；（4）仅质量分数为9.0%的CH3COOH；（5）HF，HCl的质量分数均为4.5%；（6）HCl、CH3COOH的质量分数均为4.5%；（7）HF、CH3COOH的质量分数均为4.5%；（8）质量分数均为2.0%的HF和CH3COOH+质量分数为5.0%的HCl；（9）质量分数均为2.0%的HCl和CH3COOH+质量分数为5.0%的HF；（10）质量分数均为2.0%的HF、HCl+质量分数为5.0%的CH3COOH。10种搭配方案在实践中体现出了不同的溶蚀效果，其中在72 h内，溶蚀率始终处于增长状态的组合为（1）（7）（10），但发现HF在使用中会产生新的杂质，配合CH3COOH的使用抑制杂质的产生，但会使反应速率变慢[5]。因此，综合来看，组合（1）效果最稳定，以此为配制基础，可根据实际情况进行质量分数调整，以达到满意的效果。

2.3 针对排采工作

面对低产问题，应始终遵循“缓慢降压、稳定排采”原则，切勿追求过快的排采率，导致现场出现安全事故。（1）做好设备选型。为保证排采过程中动力充足，根据临汾煤层气区块地质条件，应改用杆泵与螺杆泵，减少使用射流泵。杆泵和螺杆泵是两种稳定性好、适应力较强的设备，适用于临汾煤层气煤粉少、砂少的低产井中，保障连续排水。考虑到低产井中存在水量较高的情况，为了保证动液面持续缓慢下降，应使用电潜泵。（2）优化排采技术，结合数字化、信息化技术，对管杆加以控制，根据生产需要设计信息软件程序，基于生产中油管液柱、摩阻、管式泵、动液面及其相关影响因素的关系，在程序中设定上下冲程的最大荷载，绘制井中的三维轨迹，确定管杆运动的最佳范围，利用程序展开数字化控制；同时，基于信息技术科学计算临界解析深度数值、等温吸附线、测试资料进行临界解析深度数字化模拟，计算出煤芯甲烷压力的最大临界数值，经过解吸试验计算出最大临界解析压力[6]。（3）考虑到排采效率问题，应用井网联合排采降压半径技术，基于软件绘制井口模型，分析单井地质条件，以排采制度相同、煤层供液能力调整两种方式压降单井传播半径，实现压降漏斗相接，以便完成联合排采工作。

2.4 针对压裂工艺

在硬煤层段中，压裂工艺对产量的影响主要体现为工艺参数不合理，硬煤主要由原生结构煤和碎裂煤组成，通过煤储层二次改造进行工艺参数优化。例如，临汾煤层气区块中的8号井为典型的原生结构煤储层，其深度为750 m，基于数字化软件可对其施工液量、砂量、排量、前置液量等基础信息进行动态模拟，配合详细资料，如煤层厚度、煤层平均渗透率、煤层平均孔隙度、最大应力、储层压力等，可直接模拟压裂工艺实践后的压裂效果，利用软件对参数进行优化与改进，将模拟最佳的压裂工艺参数，如在深度为750 m的原生煤儲层中，将砂量控制在55 m3、注入总液量控制在550 m3、前置液比例控制在30%时能够获得最佳的压裂效果[7]。

在软煤层段中，可直接通过活性水压裂液对压裂参数进行改进，使煤储层处于有效裂隙有限状态，在含水层补给量较低时，可直接提高导流能力；若含水层对煤层补给量较大，该技术则无法发挥作用，应及早进行煤层顶板以及围岩含水性分布预测，做好排量以及控制缝高度控制，使生产作业操作远离含水层。

3 结语

造成煤层气低产井的原因是多元的，针对每项原因制定有效的改进方案，是解决低产井问题的关键，希望为同行提供有益的参考。

[参考文献]

[1] 贾慧敏，胡秋嘉，祁空军，等.高阶煤煤层气直井低产原因分析及增产措施[J].煤田地质与勘探，2019，47（5）：104-110.

[2] 常会珍，郝春生，张蒙，等.寺河井田煤层气产能分布特征及影响因素分析[J].煤炭科学技术，2019，47（6）：171-177.

[3] 朱庆忠，鲁秀芹，杨延辉，等.郑庄区块高阶煤层气低效产能区耦合盘活技术[J].煤炭学报，2019，44（8）：2547-2555.

[4] 许耀波，郭盛强.软硬煤复合的煤层气水平井分段压裂技术及应用[J].煤炭学报，2019，44（4）：1169-1177.

[5] 王成旺，冯延青，杨海星，等.鄂尔多斯盆地韩城区块煤层气老井挖潜技术及应用[J].煤田地质与勘探，2018，46（5）：212-218.

[6] 梅永贵，连小华，张全江，等.沁南郑庄区块煤层气直井产能控制因素精细解析[J].煤矿安全，2018，49（11）：150-154.

[7] 涂志民，李鹏，吕娜，等.韩城矿区煤层气生产特征及地质主控因素分析[J].煤炭工程，2018，50（4）：126-131.

Study on causes and next improvement plan of coalbed methane low production well

An Xingpeng（Oil and Gas Engineering Service Center， Sinopec East China Oil & Gas Company， Taizhou 225300， China）

Abstract：Linfen coalbed methane block is the main development area of Sinopec East China Oil & Gas Company， which has formed a certain production scale. But in recent years， the production of coalbed methane block shows great differences， so the reasons for low coalbed methane production well and the next improvement plan are analyzed emphatically.

Key words：coalbed methane； low production well cause； improvement plan

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