阳泉区块寺家庄井田分压合层排采适应性探讨

田庆玲

(1.河南理工大学，河南　焦作　454000； 2.山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，山西　晋城　048000)



·专题综述·

阳泉区块寺家庄井田分压合层排采适应性探讨

田庆玲1，2

(1.河南理工大学，河南焦作454000； 2.山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，山西晋城048000)

摘要阳煤集团寺家庄井田地质构造简单，含煤层较多，可采煤层煤层气地质储量可观。本文通过分析寺家庄区块煤层间距、围岩力学性质、储层压力、临界解吸压力、压裂前后渗透率对比、水文地质等得出结论：寺家庄区块8、9号煤层满足分压合层排采条件，15号煤层部分满足分压合层排采。加强对不同地质条件下分压合层排采适应性的研究，可有效提高煤层气抽采率。

关键词寺家庄井田；煤层气；主控因素；分压合层排采

研究与实践表明，在多煤层地区进行煤层气开发利用时，如果实施分层压裂、合层排采的技术及工艺，可有效降低煤层气的勘探开发成本，同时亦可以大大提高单井产气量和可采储量[1]. 为此，在研究大量矿井地质、煤层气井生产、工程及测试等资料的基础上，对寺家庄区块可采煤层分压合层排采的适应性进行了探讨。

1研究区概况

寺家庄区块位于沁水煤田的东北边缘，总体表现为东翘西倾的单斜构造，岩层走向北北东，区内断层较少，褶曲发育，轴向不一，陷落柱较多。抽采区块内构造复杂程度总体为简单类，北部由于陷落柱发育，构造属中等类。井田范围内地层由下而上有：古生界奥陶系的峰峰组和上马家沟组，石炭系的本溪组和太原组，二叠系的山西组、上下盒子组及石千峰组。含煤地层为山西组及太原组，共含煤18层，煤层总厚13.46 m，含煤系数7.9%，其中可采煤层4层，编号为81、84、9、15号。其中， 81、84煤层为局部可采煤层，9号为大部可采煤层，15号煤层全区可采煤层。 同时可采煤层的煤层气地质储量亦较为可观(总84.71×108m3).寺家庄地层综合柱状图见图1.

图1　寺家庄地层综合柱状图

2分压合层排采适应条件

2.1煤层间距及煤与围岩力学性质

多煤层地区，煤层间距的大小、煤与围岩(系指煤层顶底板)的力学性质控制着压裂的次数、压裂规模、造缝形态等。当煤层间距较小(<10 m)、围岩厚度大且二者储层压力、临界解吸压力等相近，则可对其进行射孔合层压裂合层排采，反之进行分压合采。其原理：因煤与岩石的力学性质差异，当二者力学性质差异性较大且围岩厚度大时, 压裂时裂缝很难突破煤层围岩，其多在或仅在煤层中延伸，煤储层改造效果相对较好; 反之, 压裂时裂缝容易突破围岩, 既影响压裂效果, 又可能改变压力传播路径[2,3].就上述条件而言，该区内8、9号煤层多宜进行加密射孔合层压裂，而8号、9号与15号煤层则满足分压合层排采条件。见表1.

表1　寺家庄区块主采煤层特性一览表

2.2储层压力(储层压力梯度)

储层压力梯度是储层压力和埋深的综合体现，基本上可以反映底层能量的大小。多煤层分压合采共用一个井筒排采，当储层压力悬殊太大且高压煤层位于上部时，其他条件相近的情况下，高压煤层中的流体将受到压差作用倒灌入低压煤层，不仅使高压煤层煤粉过大，而且抑制了煤层的排水降压，失去分压合层排采意义。当煤层的压力梯度相差悬殊时，亦可导致储层供液能力的差异，上述两种情况均可导致合层排采失去意义[4,5].

研究区为典型的低压储层区(压力梯度均为6.15 kPa/m，正常为9.5～10.0 kPa/m)，按研究区储层埋深推算，储层压力2.2～7 MPa. 8号和9号储层压力相差甚微(仅为50 kPa)，二者与15号煤层储层压力相差0.66 MPa. 由此可知，8、9、15号煤层均为低(欠)压储层且储层压力彼此间相差不大，满足合层排采条件。但排采过程中要严格控制液面的降幅，使液面控制在上层煤组煤层气临界解吸压力值附近一段时间，使储层降压“漏斗”尽可能的扩大，解吸出更多煤层气，提高动用储量和采收率。

2.3临界解吸压力

分压合采需要有合理的临界解吸压力，在其他情况相近时，若临界解吸压力差别较小则合采煤层的见气时间相差不大，压力传递相近，该条件适应分压合采。若煤层间的临界解吸压力相差较大，首先解吸出来的煤层会对未出气的煤层产生“气锁”效应，使得临界解吸压力低的煤层不能出气或产气甚微，失去合层排采意义[6-8].

研究区临界解吸压力普遍较低(见表2)，前期需平稳排水降压较长时间方能见气。8、9号煤层临界解吸压力相差无几，满足合层排采条件，但15号煤层临界解吸压力整体低下(部分已接近枯竭压力0.5～0.7 MPa)，煤层气产出通过排水降压已难实现，该条件下失去合层排采意义。

表2　抽采区临界解析压力对比表

2.4原始/压后渗透率

煤层原始渗透率的大小主要受控于煤层的原生裂隙的连通性，研究区8、9、15号煤层原生渗透率普遍较低，仅为0.004～0.008 mD(见表3)，但彼此间数值相差无几，为典型的低渗储层。煤层通过压裂改造后，煤层渗透率极大提高，其主要受控于压裂裂缝的连通性和渗流能力。多煤层合层排采时，如果煤层之间渗透率相差甚大，必然会导致各煤层间的供液能力悬殊较大，同时亦造成各煤层在排采过程中储层压力的变化(或是传递速度)差别显著，从而导致某些层位不产气或产气低下，失去合层排采意义[9].

表3　测试区煤层原始压后渗透率对比表

综合研究区试井、测井、岩心分析所得的渗透率测试资料分析可知，8、9、15号煤层破裂压力明显，压后渗透率处于同一数量级。由上述可知，8、9、15号煤层满足合层排采条件。

2.5水文地质条件(供液能力)

水文地质条件对分压合采的影响主要体现在煤储层的供液能力的差别上，储层供液能力的差异必然导致排采过程中层间压力传递的差异，进而导致某些层位不产气或产气较小[10].

8、9、15号煤层为太原组煤系，太原组主要含水层为灰岩岩溶含水层，据钻孔抽水试验，单位涌水量为1.9×10-5～0.24 L/s·m，含水层多为弱富水性(见表4).鉴于K2、K3、K4灰岩层离15号煤层较近，15号煤层的供液能力可能强于8、9号，但差别应不会很大。总而言之，8、9、15号煤层理应属于同一水文地质单元，可满足合层排采。

表4　太原组灰岩抽水试验成果一览表

3结论

1) 就煤层及围岩厚度和力学性质、储层压力、临界解吸压力、渗透率及水文地质条件而言，8、9号煤层可满足分压合层排采条件。

2) 15号煤层临界解吸压力整体较低，必然会导致前期排水降压周期长、见气慢和加大抽采难度，特别是在临界解吸压力极低的区域(<0.5 MPa时)，煤层气藏已无法通过排水降压产出，此条件下失去合层排采意义。在15号煤层临界解吸压力较高的区域，可满足其与8、9号煤层合层排采。

3) 可加强不同地质块段下分压合层排采的适应性研究，提高煤层气开发成效[11].

参考文献

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Research on the Adaptability of Layered Fracture and Multi Layer Drainage in Sijiazhuang Mine Field of Yangquan Block

TIAN Qingling

AbstractYangquan coal group Sijiazhuang mine field has simple geological structure, more coal seam and considerable coalbed methane reserves. Analyzes the distances between coal seam, mechanics character of surrounding rock, reservoir pressure, critical desorption pressure, permeability contrast by fracturing, hydro geological condition and so on. It obtains that all of the No.8 and No.9 coal seam satisfy the condition of layered fracture and multi layer drainage, part of the No.15 coal seam satisfies the condition. It can effectively increase coalbed methane extraction rate by strengthening the research of layered fracture and multi layer drainage in different geological situations.

Key wordsSijiazhuang mine field; Coalbed methane; Main controlling factor; Layered fracture and multi layer drainage

中图分类号：TD163

文献标识码：A

文章编号：1672-0652(2016)01-0046-03

作者简介：田庆玲(1986—)，女，山西晋城人，2012年河南理工大学在职研究生，助理工程师，主要从事煤层气地质研究与开发工作(E-mail)laoshudingding@qq.com

收稿日期：2015-12-02