煤層氣常用增產技術概述

李國強 馬宗義 崔靜博 王帥

摘要：針對我國煤層氣資源儲量豐富、開采難度大的特點，文章對煤層氣常見增產措施進行了分析和探討，對常用增產技術的特點、適應范圍、增產效果進行了概述，低促進我國煤層氣開采技術的提高和應用具有一定的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：煤層氣;增產技術;煤層氣開采技術

煤層氣，又稱之為煤層瓦斯，是在煤層中能夠自生自儲的非常規天然氣，在煤層儲集層中以吸附和游離態的形態存在。其中，以游離態形式存在的天然氣含量較低，比例不足10%，大多數的天然氣吸附在煤層孔隙內表面。鑒于此，要想開采煤層氣，需要將煤層氣從煤層中解吸附，這需要地層壓力低于煤層的臨界解吸壓力，只有這樣，煤層氣才會被釋放出來。我們知道，煤層氣藏和常規油氣藏儲層特征具有顯著區別，表現為：煤層的彈性模量低于常規的砂巖和石灰巖儲集層，并且要低一個數量級以上，同時儲集層具有較高的壓縮系數。在儲集層中氣水共生;氣藏壓力較低;氣層容易發生損害;并且發育豐富的裂縫系統。因此，需要發揮有效增產技術手段，才能較好的進行煤層氣的開發。

1、水力壓裂改造儲層技術

1.1 水力壓裂改造原理

水力壓裂改造儲層技術作為煤層氣開采的有效技術手段，在增產過程中應用廣泛，其在煤層中增產中的主要技術原理是：利用高壓水流的沖擊作用，將煤層氣儲集層中天然或者人工改造后的裂縫進一步擴展，使之產生多條裂縫和縫隙，進而增加煤層的滲透率。在對煤層開展水力壓裂改造之后，能夠使儲集層具有較高的導流能力，較好的將井筒和儲層進行連通，加快排水降壓速度，有利于產氣能力的增加和產氣量的提升，這種技術尤其適用于低滲透煤層氣的開采。同時，水力壓裂改造技術還能夠消除鉆井過程中可能存在的泥漿污染和儲層傷害，由于這種儲層傷害會大幅降低儲集層內部產生的壓降，導致排水困難，對煤層氣的開采帶來一定的影響?？梢哉f，水力壓裂改造技術已經成為煤層氣尤其是低滲透煤層氣儲存開采及增產的主要技術路線。在煤層氣開采技術先進的國外，大約超過90%的煤層氣開采均需要水力壓裂。煤層在經過壓裂改造之后。儲集層內部會產生很多延伸距離較長的裂縫，煤層氣開采時，井筒周圍會出現顯著的壓降，在壓降影響下，煤層產生的氣體解吸附表面積增加，煤層氣能夠快速且長期的泄放，使得產氣量大幅度增加，具有顯著的增產效果。

1.2 水力壓裂技術特點

水力壓裂技術發展時間較長，在現場應用中技術比較成熟，并且隨著技術進步，措施費用顯著下降，具有較強的可適應性。但是，因為煤層氣儲層具有較強的吸附能力，將壓裂液吸附后可能會造成儲層孔隙度下降和基質的膨脹，都會引起割理孔隙度和滲透率的下降，并且這種基質參數的下降具有不可逆性。鑒于此，在壓裂改造技術體系中，經常用清水代替交聯壓裂液，盡可能的降低儲層傷害，這種方式對壓裂改造的造縫效果會產生一定的影響。并且，由于煤層具有易破碎的特點，在水力壓裂時，在壓裂液水力沖蝕和煤層表面磨損作用下，煤層破碎產生的煤粉和各類粒徑的煤屑，在水中或者水基壓裂液中容易聚集在一起，會對壓裂裂縫產生堵塞，這種情況下會改變儲集層裂縫的走向，進而在裂縫前緣形成一個阻力和屏障[1]。

從上面的論述可以發現，水力壓裂改造技術在煤層比較堅硬的儲層中應用效果良好。如果壓裂改造對象屬于裂縫裂隙儲層較軟的儲層，則需要采取專門的壓裂液。因此，新型壓裂液材料的研發和改進是這類儲層的壓裂改造技術的重點，也是煤層氣水力壓裂改造技術體系的重要要素。

2、煤層中多元化氣體驅替技術

在煤層中注入多種氣體實現煤層氣的增產在提高煤層氣產量應用方面具有顯著優勢，能夠較好的提高氣體波及體積和煤層氣的采出程度，被業界普遍接受和認可，也具有廣闊的應用空間和發展前途。主要增產機理如下：不同氣體在煤層中的吸附能力有差異，通過注入多種氣體，讓其在煤層中互相替代，起到提高煤層氣產量的效果。該技術在實施時，常用兩種方式，分別為先注氣候采氣的間歇性注氣方式以及邊注邊采的連續注氣方式。其主要機理為注氣后能夠增加儲集層的地層壓裂，提高氣體的滲流能力和滲流速度，進而延長了衰減時間。在注氣之后，煤層氣滲流速度進一步增加，會加速裂縫系統中煤層氣的分壓，引起更多的吸附煤層氣發生解吸。隨著解吸擴散速度的增加，又會反過來促進煤層氣滲流速度的增加。隨著注氣壓力的進一步增加，還會在煤層內產生新的裂縫，增加裂縫導流能力，起到增加滲流速度的目的。不僅如此，作為具有較高剩余表面自由能的多孔介質，煤層和混合氣體會達到相對平衡，這種情況下，受競爭吸附作用，會改變擴散速度和滲流能力。在目前煤層氣開采過程中，注氣驅替煤層氣已經成為具有發展潛力的驅替技術，具有廣泛的應用空間。

3、采取定向羽狀水平井鉆井技術

定向羽狀水平井鉆井技術發展的基礎是常規的水平井鉆井技術加上分支井鉆井技術，通過在一個主水平井眼的兩側鉆出分支井增加油氣流通通道和面積。在現場鉆井時，有時候朝著對稱方向安排相應的水平井井眼，對煤層氣進行多方位開采。主要技術原理為：通過鉆定向羽狀水平井分支井筒，可以使鉆井穿越較多的煤層裂縫系統，盡最大可能的讓裂縫進行溝通，有效改善泄氣面積及儲層滲透率，起到增產的效果。不管是理論還是現場實踐都表明，在煤層中利用水平井開發產量可以達到直井產量的3倍以上，甚至能夠達到10倍。這樣就能減少直井鉆井數量，起到減少占地面積、降低管線使用數量的作用，起到節約成本、提高經濟效益的效果。所以，利用定向羽狀水平井提高煤層氣產量具有光明的應用空間[2]。

從定向羽狀水平井鉆井技術發展和現場應用效果可以發現，這種鉆井技術在氣層厚度大、分布穩定、結構統一的煤層中具有較好應用效果。從地質條件看，需要煤階較高、質地堅硬。在沒有常見的頂部構造、低滲透煤層中，由于直井開采效果不好，常利用這種鉆井方式，起到了良好效果。在煤層氣增產技術研究中，利用數值模擬建立模型的研究較多，但是大部分的數值模擬和軟件都是基于直井煤層氣開發，針對羽狀水平井的模型和軟件還需要豐富和深入。由于煤層氣羽狀水平井使用時間短，技術體系還在豐富和完善中，許多關鍵技術還需要進一步攻關。

4、結束語

我國煤層氣儲量巨大，開采前景廣闊，但是由于儲層特點復雜多樣，滲透率高低不一，對增產技術的要求較高，文章對常用的增產技術進行了概述，相信，會有越來越多的技術得到有效應用，進而起到提高煤層氣產量的效果。

參考文獻：

[1]楊陸武，孫茂遠.中國煤層氣藏的特殊性及其開發技術要求[J].天然氣工業，2019，5（3）：98-99.

[2]江山，王新海，張曉紅，等.定向羽狀分支水平井開發煤層氣現狀及發展趨勢[J]. 鉆采工藝，2019，10（8）：106-107.