四川筠连地区高阶煤煤层气井解堵技术及应用

彭丽莎，张毅敏，熊 威，赵 丹，罗 凯

四川筠连地区高阶煤煤层气井解堵技术及应用

彭丽莎，张毅敏，熊 威，赵 丹，罗 凯

(中国石油股份有限公司浙江油田西南采气厂，四川 宜宾 645250)

四川筠连地区乐平组煤层为低孔、低渗的高阶煤储层。部分煤层气井在生产过程中产气量出现快速下降，严重制约了煤层气井的开发效益。结合排采、水化学、检泵等生产动态信息系统分析煤层气井产气量下降的原因，认为煤层结垢与煤粉堵塞裂缝通道是产气量下降的主要原因。针对堵塞问题，对筠连地区煤层气区块开展了酸洗、水力震荡、等离子脉冲、注水等解堵工艺措施试验。现场排采动态表明，酸洗与等离子脉冲具有较好的增产效果。酸洗主要针对结垢的井，通过将酸液注入井筒，与井筒和近井筒地带无机垢充分反应，以达到解除井筒和近井筒地带通道堵塞的目的，酸洗措施成功率高，投入产出比1∶1.8，是区域内首选低成本有效性措施；等离子脉冲解堵主要针对煤粉和结垢井，通过物理震荡的方式粉碎堵塞物，然后通过洗井将堵塞物携带出井筒，从而实现解堵，实施后增产效果较佳，煤层气产量增产达130%，但因实施数量有限，区域适应性还有待评价；水力震荡、注水等解堵措施主要是针对煤粉堵塞井，通过水力冲击以及水力循环的方式带出煤粉以达到解堵的效果，但该措施本身也会造成储层激动，容易产生副作用，措施整体有效率不到30%，增产效果不明显。上述4种解堵措施均有其适应条件，需要根据堵塞原因，采取与之适应的措施才能获得最佳的解堵效果。研究成果可为我国同类煤层气井解堵、增产提供一定的借鉴。

四川筠连；高阶煤；煤层气；结垢；煤粉；解堵；等离子脉冲；酸洗

与常规天然气井相比，煤层气井产量要低得多，经济效益差。各大煤层气公司为了提高经济效益，开展了一系列提质增效活动，其中解堵增透是提质增效的一项重要举措。目前针对煤层气井解堵的措施，主要有重复压裂[1-2]、高压氮气闷井[3]、可控冲击波[4]、氮气泡沫解堵、微生物解堵[1]等。近年国内一些煤层气企业在解堵增透方面进行了一些积极探索，提供了很好的借鉴。如山西蓝焰煤层气公司在沁水盆地试验了2口井的等离子脉冲增透技术，发现该技术在硬煤中解堵效果较好，但在软煤中收效甚微[5]。郑庄区块试验了4口低产井的微生物解堵措施[6]，但解堵效果没有后续报道。一些煤层气井实施过重复压裂[6-8]，但重复压裂一般会严重影响邻井生产，因此，重复压裂应控制压裂规模，以免压裂液波及邻井造成产量下降。氮气及氮气泡沫解堵措施也在煤层气低产、低效井治理中有较多应用[9-11]，该措施主要适用于煤粉堵塞储层的井。解堵工艺都有其适应范围，在选择解堵措施前应首先分析低产原因，然后根据低产原因选择与之适应的技术。不同地区的煤层气地质条件差异较大，非均质性强[12]，选择解堵措施时，需要进行综合分析，选择与其地质条件相匹配的措施方可取得较好的增产效果。四川筠连地区煤层气田位于滇黔川交界川黔古坳陷北缘，是中国南方第一个规模开发的高阶煤层气田。目前该区域已投产排采井400余口，整体开发效果较好，但随着生产的进行，部分煤层气井的产量明显下降，经济效益差。笔者分析认为，其产量下降的主要原因是水敏、压力敏感、煤粉运移、储层结垢等导致储层受到伤害、渗流通道发生堵塞。为使煤层气井产量得到恢复，需要进行解堵作业。针对研究区实际生产井情况，开展现场酸洗、水力震荡、等离子脉冲、注水等解堵措施研究，评价其解堵效果，以期为研究区及类似区域煤层气高效开发提供借鉴。

1 区域地质概况

筠连地区煤层气区块构造上位于东西向云台寺断层、NE—SW向的武德向斜、沐爱–老牌坊背斜、铁厂沟向斜与沐爱断层的交汇区[13]。矿区主体为压性构造线展布特征，发育较多断层，尤其是细小断层。矿区内煤层气开采层位为二叠系乐平组，含煤十余层，主力煤层为2、3、7、8号煤层，主力煤层总厚度一般约为8 m。区域宏观煤岩类型为暗淡型煤，宏观煤岩成分以暗煤为主；显微煤岩组分中有机组分占83.39%，无机组分以黏土类矿物为主，其次为氧化硅类、硫化物类、碳酸盐类。煤演化程度高，镜质体反射率主要介于2.6%～3.5%，为高阶无烟煤，储层平均孔隙率仅4.5%，渗透率为(0.02～ 0.18)×10–3μm–2，煤层含气量为12～16 m3/t，属低孔、低渗、高含气量煤层。

2 煤层气井产量下降原因分析

2.1 结垢堵塞储层

2.2 煤粉等固体颗粒堵塞

生产实践证实，煤层气井生产过程中会有煤粉产生。由于煤胶结性差、易碎、易塌，在剪切力的作用下极易造成煤颗粒脱落。近年来，国内外学者针对煤粉的产生机理做了大量研究[15-21]。煤层裂缝中的煤粉主要是由于流体的冲刷、支撑剂的打磨、煤岩应力状态的改变以及排采降压诱发产生，当煤岩表面所受应力大于抗破坏强度时，颗粒从煤基质上脱落成为煤粉，煤粉产生后会随着流体运移(图1a)。煤粉的运移产出普遍存在于煤层气井排采过程中，是制约煤层气井稳定、连续排采的关键因素[22-24]。一定的水流速度对煤粉有携带作用(图1a)，但当水流速度下降或水流停止时，大颗粒煤粉由于水动力不足发生沉降，堵塞煤层的流动通道。这也是部分煤层气井检泵后产量下降的原因(图1b)。

表1 水质分析数据

(红色箭头表示煤粉运动方向)

2.2.1 检泵与停井造成的煤粉堵塞

检泵是煤层气井生产中常见的维护性措施，筠连地区煤层气井年平均检泵次数达90井次，占总井数的1/4。部分井检泵后产气量和产水量同时降低，产气潜力不能恢复到检泵前水平(图2)。分析认为，造成检泵后产量降低的主因原因是，产气井停机检泵期间，地层流体流速降低甚至停止流动，使原本悬浮在流体中的煤粉等固体颗粒沉降、滞留，堵塞渗流通道，导致煤层气井产气量降低[25]。另外，筠连煤层气区块处于山区，夏季雷电现象导致停电事件频发，致使煤层气井多次突然停产，也可能导致煤粉等颗粒堵塞煤层。

图2 X5-3井检泵前后排采曲线对比

2.2.2 邻井压窜的影响

随着筠连地区煤层气开发进展，针对储量动用程度低、动用不均衡等制约气藏稳产的关键问题，在气田主产区采取了井网加密措施。但随着加密井的增多，井间距缩短，水力压裂过程中容易压窜邻井，造成邻井压力上升，产气量大幅度下降。核心区块13%的已投产井受邻井压裂影响而造成产量下降，且其中85%的井未能恢复至原有产气量水平。压窜的煤层气井产量无法恢复到压窜前水平，其主要原因为压裂液冲刷导致煤粉颗粒从缝面脱落，并堵塞渗流通道，造成煤储层渗透率降低。例如，X3-2井被压窜前煤层气产量为1 000 m3/d左右，当其被相邻的X3-5井压窜后，产气量一直无法恢复至压窜前水平(图3)。

图3 X3-2井被邻井压窜前后排采曲线对比

3 解堵措施及应用

3.1 酸洗解堵

采取研究区煤层气井垢样品进行X衍射分析，发现垢样主要成分为碳酸盐、铁的化合物、石英砂等。因此，针对研究区结垢的煤层气井主要采取酸洗解堵：向地层注入酸液，使酸液溶蚀近井地带，尤其是裂缝通道中沉淀物，以恢复煤储层渗透率。考虑到储层中酸敏性矿物与酸反应会生成可溶性盐类，易水解成絮状沉淀堵塞地层。为此，添加铁离子稳定剂来控制沉淀造成的储层伤害。酸液中同时添加酸洗缓蚀剂和助排剂2种表面活性剂。酸洗缓蚀剂可有效降低酸液对井筒的腐蚀，助排剂可以降低气/液表面张力，提高酸液残渣的返排能力。

通过室内实验，选取的酸液配方为：15%HCl+ 0.5%助排剂+1%缓蚀剂+1%铁离子稳定剂+0.5%煤粉分散剂。本区域共实施酸洗解堵33井次，单井平均增产7.4万m3，累计增产量245万m3，总有效率65%，投入产出比为1∶1.8，总体酸洗效果较好。X19-5井于2017年8月19日进行了酸洗作业，煤层气产量从酸洗作业前的600 m3/d上升至1 500 m3/d以上，增产效果明显(图4)。

3.2 水力震荡解堵及组合工艺

水力震荡技术主要是通过水力振荡器产生的高频脉冲式水流直接喷射在需要解堵的储层上，在机械振动和空化作用下使堵塞物粉碎、脱落，实现解堵增透。水力震荡主要适用于垢物和煤粉堵塞的煤层气井。选取措施井时，应选择地质条件较好、近井筒地带堵塞、产气量突降的煤层气井。筠连地区煤层气区块总计实施8井次水力震荡，2口井有效，有效率25%。措施效果较好的X22井及X6-2井均前期有过较高产量，后期由于结垢或煤粉原因导致产气下降，该类井措施效果较好。同时也存在无效井和负效果井。分析认为造成负效果的主要原因为井筒不清洁，作业时井筒中垢粉/煤粉等进入地层，造成地层污染，影响整体措施效果。

图4 X19-5井酸洗前后生产曲线对比

3.3 等离子脉冲解堵

等离子脉冲解堵是利用电流形成高能量的等离子束，周期性地作用于地层中，产生弹性冲击波，引发储层岩石的挤压和拉伸应力，造成堵塞物破裂、脱落。该技术主要适合近井筒地带解堵，措施井应选择历史上曾达到较高产量，后来产量出现快速下降的或检泵等作业后产量明显低于作业前的煤层气井。研究区共实施等离子脉冲解堵1井次(X19-1井)，该井初期最高产量为3 500 m3/d，但不稳定，3个月后产气量快速下降至600 m3/d左右。2017年10月27日对该井实施等离子脉冲解堵后，产气量快速上升，最高产量达到1 400 m3/d，增产效果较好(图5)。

图5 X19-1井等离子脉冲解堵前后排采曲线对比

3.4 注水解堵

通过向地层中注水，使裂缝中的煤粉在水流的携带下流出地层，以实现解堵提高储层渗透率。主要适用于被邻井压窜的井。被压窜井的注水解堵工艺步骤为：首先对被压窜井进行正洗井，然后再用压裂泵车进行注水，将堵塞物从压裂井排出，最后对压裂井进行洗井。通过注水将煤团冲散，并通过压裂形成的通道将其携带至压裂井井筒或直接被从压裂井冲出，最后洗井时把冲散的堵塞物带出到地面，避免对地层造成再次堵塞，从而恢复并提高气井产量。压窜井的注水排量在400～500 L/min，注入量一般为50～200 m3(视压窜程度)。筠连煤层气区块总计实施了6井次注水解堵作业，但增产效果不明显(图6)。

4 结论

a. 四川筠连煤层气矿区煤层气井低产的主要原因是煤层结垢和煤粉堵塞。针对这一问题，主要开展酸洗、水力震荡、等离子脉冲、注水等4种解堵技术。从解堵成效来看，酸洗的效果相对较好，而等离子脉冲由于只实施了1口井，不好判断其有效性。从煤层气井排采统计数据可知，水力震荡、注水2种工艺措施成功率较低，在研究区适应性较差。

b. 酸洗属于化学解堵，通过溶蚀作用达到解堵目的，对结垢井具有较好的解堵效果，但由于每口井的地质条件以及结垢程度不同，需要结合具体情况，优化酸液体系、焖井时间、酸洗工艺，以实现措施效果最佳。其余3种解堵措施均为物理解堵，其机理是通过清除堵塞物达到解堵目的。由于井筒及储层中存在煤粉/垢等颗粒，在实施解堵措施的过程中，有可能加剧储层伤害，不但达不到增产效果反而使煤层气井产量降低，因此，在实施措施前，务必综合论证措施的适应性，制定完善的方案。

c. 煤层气低产低效井治理是煤层气井高产面临的难题，而解堵是治理低产低效井的一种重要手段。本文提及的低产原因分析及增产措施可为海相高阶煤煤层气增产提供一定的借鉴方向。目前国内外已有多种储层解堵工艺，文中的解堵措施仅仅只是增透措施中的一小部分，下一步将针对不同区域地质条件下试验研究其他解堵增透措施，探寻更加经济有效的匹配工艺，为研究区及其他类似区域煤层气开发整体提质增效提供对策。

图6 X3-4井注水解堵前后排采曲线对比

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De-blocking technology and application of high-rank CBM well in Junlian region in Sichuan Province

PENG Lisha, ZHANG Yimin, XIONG Wei, ZHAO Dan, LUO Kai

(Southwest Gas Production Plant, Zhejiang Oil Field, CNPC, Yibin 645250, China)

The coal seams of Leping Formation in Junlian area are high-rank coal reservoir with low porosity and low permeability. The gas production of some coalbed methane wells decreases rapidly in the production process, which seriously restricts the benefit development of coalbed methane wells. Combined with the production data such as drainage, hydrochemistry and pump inspection, this paper analyzes the reasons for the decline of gas production. The main reasons for the decline are coal scaling and coal fines blockage. Targeted measures such as acid pickling, hydraulic shock, plasma pulse and water injection are carried out to remove the blockage. The results show that acid pickling and plasma pulse have good effect on increasing gas production. Pickling is mainly aimed at scaling wells. By injecting acid into the wellbore and fully reacting with inorganic scale in the wellbore and near wellbore zone, the purpose of removing blockage of the passage in the wellbore and near wellbore zone is achieved. The success rate of pickling measures is high, and the input-output ratio is 1︰1.8, so it is the first choice of low-cost effective measures in the area. Pulse plugging is also aimed at coal fine output and scaling wells, and it has a good effect for increasing gas production by 130% after implementation. However, due to the limited number of implementation, the regional adaptability remains to be evaluated. The measures such as hydraulic shock and water injection are mainly aimed at wells blocked by coal fines. Coal fines are taken out to remove blockage by means of hydraulic shock and hydraulic circulation. However, such measures themselves will also cause formation stress change, which is prone to cause the negative effect. The overall effective rate of hydraulic shock and water injection measures is less than 30% and the effect of increasing production is not obvious. The above four de-blocking measures all have their own adaptive conditions, so it is necessary to take appropriate measures according to the causes of blockage to obtain the best de-blocking effect. The research results in this paper can provide some reference for de-plugging and increasing production of similar coalbed methane wells in China.

Sichuan Junlian; high-rank coal; coalbed methane; scaling; coal fines; blockage removal; plasma pulse; acid pickling

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TE377

A

1001-1986(2021)05-0132-07

2021-02-18；

2021-06-16

中国石油股份有限公司重大科技专项项目(2017E-1401)

彭丽莎，1992年生，女，湖南岳阳人，工程师，从事煤层气和页岩气开发动态研究工作. E-mail：pengls85@petrochina.com.cn

彭丽莎，张毅敏，熊威，等. 四川筠连地区高阶煤煤层气井解堵技术及应用[J]. 煤田地质与勘探，2021，49(5)：132–138. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.05.014

PENG Lisha，ZHANG Yimin，XIONG Wei，et al. De-blocking technology of CBM wells of the high-rank coal and their application in Junlian area in Sichuan Province[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(5)：132–138. doi: 10.3969/j.issn. 1001-1986.2021.05.014

(责任编辑 范章群)