煤层气常用增产技术概述

李国强 马宗义 崔静博 王帅

摘要：针对我国煤层气资源储量丰富、开采难度大的特点，文章对煤层气常见增产措施进行了分析和探讨，对常用增产技术的特点、适应范围、增产效果进行了概述，低促进我国煤层气开采技术的提高和应用具有一定的参考价值和借鉴意义。

关键词：煤层气;增产技术;煤层气开采技术

煤层气，又称之为煤层瓦斯，是在煤层中能够自生自储的非常规天然气，在煤层储集层中以吸附和游离态的形态存在。其中，以游离态形式存在的天然气含量较低，比例不足10%，大多数的天然气吸附在煤层孔隙内表面。鉴于此，要想开采煤层气，需要将煤层气从煤层中解吸附，这需要地层压力低于煤层的临界解吸压力，只有这样，煤层气才会被释放出来。我们知道，煤层气藏和常规油气藏储层特征具有显著区别，表现为：煤层的弹性模量低于常规的砂岩和石灰岩储集层，并且要低一个数量级以上，同时储集层具有较高的压缩系数。在储集层中气水共生;气藏压力较低;气层容易发生损害;并且发育丰富的裂缝系统。因此，需要发挥有效增产技术手段，才能较好的进行煤层气的开发。

1、水力压裂改造储层技术

1.1 水力压裂改造原理

水力压裂改造储层技术作为煤层气开采的有效技术手段，在增产过程中应用广泛，其在煤层中增产中的主要技术原理是：利用高压水流的冲击作用，将煤层气储集层中天然或者人工改造后的裂缝进一步扩展，使之产生多条裂缝和缝隙，进而增加煤层的渗透率。在对煤层开展水力压裂改造之后，能够使储集层具有较高的导流能力，较好的将井筒和储层进行连通，加快排水降压速度，有利于产气能力的增加和产气量的提升，这种技术尤其适用于低渗透煤层气的开采。同时，水力压裂改造技术还能够消除钻井过程中可能存在的泥漿污染和储层伤害，由于这种储层伤害会大幅降低储集层内部产生的压降，导致排水困难，对煤层气的开采带来一定的影响。可以说，水力压裂改造技术已经成为煤层气尤其是低渗透煤层气储存开采及增产的主要技术路线。在煤层气开采技术先进的国外，大约超过90%的煤层气开采均需要水力压裂。煤层在经过压裂改造之后。储集层内部会产生很多延伸距离较长的裂缝，煤层气开采时，井筒周围会出现显著的压降，在压降影响下，煤层产生的气体解吸附表面积增加，煤层气能够快速且长期的泄放，使得产气量大幅度增加，具有显著的增产效果。

1.2 水力压裂技术特点

水力压裂技术发展时间较长，在现场应用中技术比较成熟，并且随着技术进步，措施费用显著下降，具有较强的可适应性。但是，因为煤层气储层具有较强的吸附能力，将压裂液吸附后可能会造成储层孔隙度下降和基质的膨胀，都会引起割理孔隙度和渗透率的下降，并且这种基质参数的下降具有不可逆性。鉴于此，在压裂改造技术体系中，经常用清水代替交联压裂液，尽可能的降低储层伤害，这种方式对压裂改造的造缝效果会产生一定的影响。并且，由于煤层具有易破碎的特点，在水力压裂时，在压裂液水力冲蚀和煤层表面磨损作用下，煤层破碎产生的煤粉和各类粒径的煤屑，在水中或者水基压裂液中容易聚集在一起，会对压裂裂缝产生堵塞，这种情况下会改变储集层裂缝的走向，进而在裂缝前缘形成一个阻力和屏障[1]。

从上面的论述可以发现，水力压裂改造技术在煤层比较坚硬的储层中应用效果良好。如果压裂改造对象属于裂缝裂隙储层较软的储层，则需要采取专门的压裂液。因此，新型压裂液材料的研发和改进是这类储层的压裂改造技术的重点，也是煤层气水力压裂改造技术体系的重要要素。

2、煤层中多元化气体驱替技术

在煤层中注入多种气体实现煤层气的增产在提高煤层气产量应用方面具有显著优势，能够较好的提高气体波及体积和煤层气的采出程度，被业界普遍接受和认可，也具有广阔的应用空间和发展前途。主要增产机理如下：不同气体在煤层中的吸附能力有差异，通过注入多种气体，让其在煤层中互相替代，起到提高煤层气产量的效果。该技术在实施时，常用两种方式，分别为先注气候采气的间歇性注气方式以及边注边采的连续注气方式。其主要机理为注气后能够增加储集层的地层压裂，提高气体的渗流能力和渗流速度，进而延长了衰减时间。在注气之后，煤层气渗流速度进一步增加，会加速裂缝系统中煤层气的分压，引起更多的吸附煤层气发生解吸。随着解吸扩散速度的增加，又会反过来促进煤层气渗流速度的增加。随着注气压力的进一步增加，还会在煤层内产生新的裂缝，增加裂缝导流能力，起到增加渗流速度的目的。不仅如此，作为具有较高剩余表面自由能的多孔介质，煤层和混合气体会达到相对平衡，这种情况下，受竞争吸附作用，会改变扩散速度和渗流能力。在目前煤层气开采过程中，注气驱替煤层气已经成为具有发展潜力的驱替技术，具有广泛的应用空间。

3、采取定向羽状水平井钻井技术

定向羽状水平井钻井技术发展的基础是常规的水平井钻井技术加上分支井钻井技术，通过在一个主水平井眼的两侧钻出分支井增加油气流通通道和面积。在现场钻井时，有时候朝着对称方向安排相应的水平井井眼，对煤层气进行多方位开采。主要技术原理为：通过钻定向羽状水平井分支井筒，可以使钻井穿越较多的煤层裂缝系统，尽最大可能的让裂缝进行沟通，有效改善泄气面积及储层渗透率，起到增产的效果。不管是理论还是现场实践都表明，在煤层中利用水平井开发产量可以达到直井产量的3倍以上，甚至能够达到10倍。这样就能减少直井钻井数量，起到减少占地面积、降低管线使用数量的作用，起到节约成本、提高经济效益的效果。所以，利用定向羽状水平井提高煤层气产量具有光明的应用空间[2]。

从定向羽状水平井钻井技术发展和现场应用效果可以发现，这种钻井技术在气层厚度大、分布稳定、结构统一的煤层中具有较好应用效果。从地质条件看，需要煤阶较高、质地坚硬。在没有常见的顶部构造、低渗透煤层中，由于直井开采效果不好，常利用这种钻井方式，起到了良好效果。在煤层气增产技术研究中，利用数值模拟建立模型的研究较多，但是大部分的数值模拟和软件都是基于直井煤层气开发，针对羽状水平井的模型和软件还需要丰富和深入。由于煤层气羽状水平井使用时间短，技术体系还在丰富和完善中，许多关键技术还需要进一步攻关。

4、结束语

我国煤层气储量巨大，开采前景广阔，但是由于储层特点复杂多样，渗透率高低不一，对增产技术的要求较高，文章对常用的增产技术进行了概述，相信，会有越来越多的技术得到有效应用，进而起到提高煤层气产量的效果。

参考文献：

[1]杨陆武，孙茂远.中国煤层气藏的特殊性及其开发技术要求[J].天然气工业，2019，5（3）：98-99.

[2]江山，王新海，张晓红，等.定向羽状分支水平井开发煤层气现状及发展趋势[J]. 钻采工艺，2019，10（8）：106-107.