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【摘 要】现场煤层气井排采由于地质各向异性的存在，可能使相邻的煤层气井产能差别比较大。本文根据成庄煤层气井分布区域内的地质及水文特征，运用现场采集的数据、依据投运以来的生产情况及煤层气开采的经验，对成庄煤层气井产能的影响因素进行了分析，对其抽采安全及经济效益意义重大。
【关键词】煤层气 产能 影响因素
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009―914X（2013）35―384―01
1、前言
保证煤层气井实现高产、高效的关键因素有很多，例如煤层应具有相对好的构造环境、一定的埋深、合适的水动力条件以及含气的影响；煤层气井的施工、压裂规模及排采制度等人为控制的工程因素等。
2、工程概况
晋煤集团成庄井田位于太行复背斜西翼，沁水盆地东南端，井田内主要为一走向北北东（北部）逐渐转折为北东向（南部），倾向北西的单斜构造。地层平缓，倾角3°～15°。伴有少数落差较小，延伸长度较短的高角度正断层。本区煤系地层形成后，主要经历了印支、燕山、喜马拉雅三次大的构造运动。成庄区块大裂隙系统发育，主要表现在裂隙系统分布比较广泛，裂隙带宽，裂隙带内部裂隙之间的相互连通性好。3#、9#、15#煤层是成庄煤层气井开发的三个目的煤储层。该区块煤类单一，属于高变质程度的无烟煤三号与无烟煤二号。三个主力煤层的煤层气含量都高于8m3/t。煤层气地面预抽一期工程共开发煤层气井30口，由于受5303工作面采煤的影响，只有26口煤层气井一期营运。
3、煤层气产能的影响因素分析
3.1煤层气含气性的影响因素分析
3.1.1地质构造对煤层气含气性的影响分析
（1）挤压型煤田构造有利于煤层气的整体保存，伸展型煤田构造则多使煤层气大量逸散，而扭动型构造会使煤层气在煤田局部富集。成庄井田构造形态总体表现为地层平缓的单斜构造，主体构造上发育着波幅不大，两翼平缓、开阔的背向斜褶曲，伴有少量落差小、伸展不长的高角度正断层，总体构造简单。构造环境总体上有利于煤层气的聚集和保存。
（2）结合断层和陷落柱发育情况和区域构造演化史，可以推测，26口范围内煤储层所处区域遭受了以拉伸为主的构造作用，构造应力场由压性转变为张性，煤系最终表现为张性、张扭性断裂为主，并产生了许多正断层和陷落柱，其中一部分大、中型断裂可能切穿顶底板围岩；构造活动不仅使煤层气在构造作用期大量解吸，而且气体沿断裂通道大量逸散，因此，储层中气含量较低。
3.1.2煤层埋深、煤质对气含量的影响分析
（1）煤储层埋藏深度对气含量的影响
具有一定变质程度、厚度大而稳定分布的煤层是煤层气资源条件的基础。根据Langmuir吸附理论，随着压力的增大，煤对甲烷的吸附量呈非线性增加。根据分析，3#煤储层的气含量随着埋藏深度的增加而加大。
（2）煤变质程度对煤层气含量的影响
煤变质程度对煤层气含量的影响，主要是通过对煤的成气量和煤的吸附能力的控制作用而体现的。大量实测的资料表明，煤变质程度高气含量亦高。以3#煤为例，有机组分以镜质组为主占总量的85.5-89.5%，镜质组反射率达Rmax为3.462%，煤变质程度高，为煤层气的生成提高了良好的资源条件。
（3）煤层顶底板对煤层气含量的影响
煤层围岩的透气性直接影响气体的保存条件，围岩的透气性越大，气体越易流失，煤层含气量相对越小。3#煤层和9#煤层的顶板大多为砂质泥岩，底板为砂质泥岩或泥岩；15#煤层直接顶板为灰岩，伪顶为泥岩，15#煤层底板为铝土质泥岩或泥岩。煤层的顶底板均具有渗透性差，隔水性良好的特点。
3.1.3水文地质对气含量的影响分析
一般来讲，地下水压力大，煤层气含量高，反之则低；地下水的强径流带煤层气含量低，而滞流区则含量高。
（1）中奥陶统石灰岩岩溶含水层的地下水水位在西南缘小面积略高于15号煤层。加之，26口井范围内陷落柱发育，陷落柱可能贯穿于岩溶发育的奥灰和煤系地层之间，成为奥灰水与煤系地层之间联系的通道。这些通道的存在，加强了水动力对煤层气的水力驱替、运移作用，从而引起煤层气的逸散。
（2）第四系全新统砾石层孔隙含水层，接受大气降水及河水的补给，补、径、排条件相对较好。石炭、二叠系含水层地下水的补、径、排条件均差，富水性弱，浅部接受补给条件相对较好；构造以单斜为主，断裂较少，各含水层间泥质岩类隔水层的存在，使各含水层地下水无水力联系。煤层主要充水含水层为太原组及山西组含水层，其富水性均弱。
（3）小窑采空区积水较多等因素，也加强了水动力对煤层气的运移作用，导致煤层气的逸散。
3.2煤层气的可采性影响因素分析
3.2.1煤储层参数评价
（1）储层压力评价
根据试井结果，CZ-004井3#煤层的储层压力是CZ-005井15#煤层的储层压力的2.43倍，未反映出煤层埋深增加储层压力随之增加的线性正相关关系。煤层的压力梯度均小于静水压力梯度，为低压异常状态。因此，推断成庄区块存在小区域的应力异常地层。在应力异常地层，储层压力并不因煤层埋深增加随之增加。应力异常地层内的压力梯度小于静水压力梯度，致使排驱力不足以使地下水持续向井筒方向运移。
（2）储层渗透率评价
试井时由于钻井液和煤粉等对煤储层的伤害，同时，注水的注入压力通常都很小，使试井测得的渗透率只能反映近井地段的情况，而且试井数量有限（仅两口井），层次不多（仅两层）。因此，不能对煤储层渗透性进行全面评价。据成庄矿四盘区井下观察，3#煤储层的裂隙系统发育程度高，渗透性较好。
3.2.2煤储层临界压力
根据等温吸附实验结果，参照CZ-004井3#煤的储层压力4.30MPa，CZ-037井3#煤层煤层气的临界解吸压力为0.532MPa，储层压力需要降低3.768MPa才能有煤层气解吸。也就是说，需要大幅度地降低动液面的高度，才能促使煤层气解吸。
3.3煤层气井施工及排采对产能的影响分析
3.3.1钻井液对煤层的污染
个别井的钻井液对煤层的污染严重，使近井地带的渗透率降低，影响了气水的运移通道。
3.3.2压裂效果对产能的影响
有些井在压裂时表现为破裂压力高，输砂压力比较高，压裂困难。该类煤层气井所在井筒位置不处在裂隙发育带内。在压裂时产生的新生裂缝短小、压裂砂集中堆集在井筒及其周围新生的压裂裂缝内，因此，其解吸半径较小。
3.3.3排采生产对产能的影响
（1）依据动液面位置、产水和产气等实际状况，认为排采强度偏低。煤机公司提供的额定载荷3t的抽油机实际最大载荷只能达到2.6t左右，致使我公司先期投运井调整力度受限，导致排采系统供排不协调，动液面降不下去是目前26口井产气量低的一个主要原因。目前的排采强度可能导致排水量与地层供液量相当或小于地层供液量，使动液面没有达到煤层气在储层环境下解吸的降幅，储层压力未有实质地降低，储层压力仍高于临界解吸压力，煤层气没有大量解吸。
（2）由于大裂隙系统的发育程度较高，裂缝内可能存在的煤粉量相对多，如果排采初期液面降速太快，可能导致煤粉回流，从而造成严重的砂堵、煤粉堵塞，这也是导致产量低的原因。
4、结束语
煤层气形成过程的地质条件研究是进行煤层气产能预测的基础。根据成庄井田实际，局部的张性构造对煤层气含量起了决定性作用，这些张性构造形成了良好的气体逸散通道，使26口范围内煤储层的气含量较低；其次综合各类地质因素，26口井范围内的水文地质条件不利于煤层气的富集。此外，在排采过程中，我们应制定合理的排采工作制度，这个是保证煤层气井安全、高产、高产的关键。
作者简介：
张大陆，1984，男，太原理工大学在读研究生，山西省晋城市，现就职于山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，主要从事煤层气开采生产方面工作。
【关键词】煤层气 产能 影响因素
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009―914X（2013）35―384―01
1、前言
保证煤层气井实现高产、高效的关键因素有很多，例如煤层应具有相对好的构造环境、一定的埋深、合适的水动力条件以及含气的影响；煤层气井的施工、压裂规模及排采制度等人为控制的工程因素等。
2、工程概况
晋煤集团成庄井田位于太行复背斜西翼，沁水盆地东南端，井田内主要为一走向北北东（北部）逐渐转折为北东向（南部），倾向北西的单斜构造。地层平缓，倾角3°～15°。伴有少数落差较小，延伸长度较短的高角度正断层。本区煤系地层形成后，主要经历了印支、燕山、喜马拉雅三次大的构造运动。成庄区块大裂隙系统发育，主要表现在裂隙系统分布比较广泛，裂隙带宽，裂隙带内部裂隙之间的相互连通性好。3#、9#、15#煤层是成庄煤层气井开发的三个目的煤储层。该区块煤类单一，属于高变质程度的无烟煤三号与无烟煤二号。三个主力煤层的煤层气含量都高于8m3/t。煤层气地面预抽一期工程共开发煤层气井30口，由于受5303工作面采煤的影响，只有26口煤层气井一期营运。
3、煤层气产能的影响因素分析
3.1煤层气含气性的影响因素分析
3.1.1地质构造对煤层气含气性的影响分析
（1）挤压型煤田构造有利于煤层气的整体保存，伸展型煤田构造则多使煤层气大量逸散，而扭动型构造会使煤层气在煤田局部富集。成庄井田构造形态总体表现为地层平缓的单斜构造，主体构造上发育着波幅不大，两翼平缓、开阔的背向斜褶曲，伴有少量落差小、伸展不长的高角度正断层，总体构造简单。构造环境总体上有利于煤层气的聚集和保存。
（2）结合断层和陷落柱发育情况和区域构造演化史，可以推测，26口范围内煤储层所处区域遭受了以拉伸为主的构造作用，构造应力场由压性转变为张性，煤系最终表现为张性、张扭性断裂为主，并产生了许多正断层和陷落柱，其中一部分大、中型断裂可能切穿顶底板围岩；构造活动不仅使煤层气在构造作用期大量解吸，而且气体沿断裂通道大量逸散，因此，储层中气含量较低。
3.1.2煤层埋深、煤质对气含量的影响分析
（1）煤储层埋藏深度对气含量的影响
具有一定变质程度、厚度大而稳定分布的煤层是煤层气资源条件的基础。根据Langmuir吸附理论，随着压力的增大，煤对甲烷的吸附量呈非线性增加。根据分析，3#煤储层的气含量随着埋藏深度的增加而加大。
（2）煤变质程度对煤层气含量的影响
煤变质程度对煤层气含量的影响，主要是通过对煤的成气量和煤的吸附能力的控制作用而体现的。大量实测的资料表明，煤变质程度高气含量亦高。以3#煤为例，有机组分以镜质组为主占总量的85.5-89.5%，镜质组反射率达Rmax为3.462%，煤变质程度高，为煤层气的生成提高了良好的资源条件。
（3）煤层顶底板对煤层气含量的影响
煤层围岩的透气性直接影响气体的保存条件，围岩的透气性越大，气体越易流失，煤层含气量相对越小。3#煤层和9#煤层的顶板大多为砂质泥岩，底板为砂质泥岩或泥岩；15#煤层直接顶板为灰岩，伪顶为泥岩，15#煤层底板为铝土质泥岩或泥岩。煤层的顶底板均具有渗透性差，隔水性良好的特点。
3.1.3水文地质对气含量的影响分析
一般来讲，地下水压力大，煤层气含量高，反之则低；地下水的强径流带煤层气含量低，而滞流区则含量高。
（1）中奥陶统石灰岩岩溶含水层的地下水水位在西南缘小面积略高于15号煤层。加之，26口井范围内陷落柱发育，陷落柱可能贯穿于岩溶发育的奥灰和煤系地层之间，成为奥灰水与煤系地层之间联系的通道。这些通道的存在，加强了水动力对煤层气的水力驱替、运移作用，从而引起煤层气的逸散。
（2）第四系全新统砾石层孔隙含水层，接受大气降水及河水的补给，补、径、排条件相对较好。石炭、二叠系含水层地下水的补、径、排条件均差，富水性弱，浅部接受补给条件相对较好；构造以单斜为主，断裂较少，各含水层间泥质岩类隔水层的存在，使各含水层地下水无水力联系。煤层主要充水含水层为太原组及山西组含水层，其富水性均弱。
（3）小窑采空区积水较多等因素，也加强了水动力对煤层气的运移作用，导致煤层气的逸散。
3.2煤层气的可采性影响因素分析
3.2.1煤储层参数评价
（1）储层压力评价
根据试井结果，CZ-004井3#煤层的储层压力是CZ-005井15#煤层的储层压力的2.43倍，未反映出煤层埋深增加储层压力随之增加的线性正相关关系。煤层的压力梯度均小于静水压力梯度，为低压异常状态。因此，推断成庄区块存在小区域的应力异常地层。在应力异常地层，储层压力并不因煤层埋深增加随之增加。应力异常地层内的压力梯度小于静水压力梯度，致使排驱力不足以使地下水持续向井筒方向运移。
（2）储层渗透率评价
试井时由于钻井液和煤粉等对煤储层的伤害，同时，注水的注入压力通常都很小，使试井测得的渗透率只能反映近井地段的情况，而且试井数量有限（仅两口井），层次不多（仅两层）。因此，不能对煤储层渗透性进行全面评价。据成庄矿四盘区井下观察，3#煤储层的裂隙系统发育程度高，渗透性较好。
3.2.2煤储层临界压力
根据等温吸附实验结果，参照CZ-004井3#煤的储层压力4.30MPa，CZ-037井3#煤层煤层气的临界解吸压力为0.532MPa，储层压力需要降低3.768MPa才能有煤层气解吸。也就是说，需要大幅度地降低动液面的高度，才能促使煤层气解吸。
3.3煤层气井施工及排采对产能的影响分析
3.3.1钻井液对煤层的污染
个别井的钻井液对煤层的污染严重，使近井地带的渗透率降低，影响了气水的运移通道。
3.3.2压裂效果对产能的影响
有些井在压裂时表现为破裂压力高，输砂压力比较高，压裂困难。该类煤层气井所在井筒位置不处在裂隙发育带内。在压裂时产生的新生裂缝短小、压裂砂集中堆集在井筒及其周围新生的压裂裂缝内，因此，其解吸半径较小。
3.3.3排采生产对产能的影响
（1）依据动液面位置、产水和产气等实际状况，认为排采强度偏低。煤机公司提供的额定载荷3t的抽油机实际最大载荷只能达到2.6t左右，致使我公司先期投运井调整力度受限，导致排采系统供排不协调，动液面降不下去是目前26口井产气量低的一个主要原因。目前的排采强度可能导致排水量与地层供液量相当或小于地层供液量，使动液面没有达到煤层气在储层环境下解吸的降幅，储层压力未有实质地降低，储层压力仍高于临界解吸压力，煤层气没有大量解吸。
（2）由于大裂隙系统的发育程度较高，裂缝内可能存在的煤粉量相对多，如果排采初期液面降速太快，可能导致煤粉回流，从而造成严重的砂堵、煤粉堵塞，这也是导致产量低的原因。
4、结束语
煤层气形成过程的地质条件研究是进行煤层气产能预测的基础。根据成庄井田实际，局部的张性构造对煤层气含量起了决定性作用，这些张性构造形成了良好的气体逸散通道，使26口范围内煤储层的气含量较低；其次综合各类地质因素，26口井范围内的水文地质条件不利于煤层气的富集。此外，在排采过程中，我们应制定合理的排采工作制度，这个是保证煤层气井安全、高产、高产的关键。
作者简介：
张大陆，1984，男，太原理工大学在读研究生，山西省晋城市，现就职于山西蓝焰煤层气集团有限责任公司，主要从事煤层气开采生产方面工作。