陕西省吴堡矿区煤层气井产层组合研究

第40卷 第5期 煤田地质与勘探

Vol. 40 No.5 2012年10月

COAL GEOLOGY & EXPLORA TION

Oct. 2012

收稿日期: 2011-07-23

作者简介:汪万红(1982—), 男, 陕西周至人, 硕士研究生, 工程师, 从事煤与煤层气地质及开发研究工作.

文章编号: 1001-1986(2012)05-0031-03

陕西省吴堡矿区煤层气井产层组合研究

汪万红，郑玉柱

(中煤科工集团西安研究院，陕西 西安 710054)

摘要: 吴堡矿区煤层气资源丰富，为加快吴堡矿区煤层气开发的步伐，分析了吴堡矿区煤层气井的产层组合和排采效果，并从煤层与含水层水力联系角度，探讨了不同产层组合煤层气井排采效果存在差异的原因。结果表明：S1煤层与含水层无水力联系，含水层对S1煤层排采没有影响，故单排S1煤层效果好；T1煤层与其顶板K2灰岩含水层之间没有良好的隔水层，水力压裂时，裂缝扩展到了煤层顶板，沟通了K2灰岩含水层，K2灰岩含水层严重影响了T1煤层的排采，故单排T1煤层或S1、T1煤层合层排采效果都不好。综合考虑上述因素，对今后吴堡矿区煤层气资源开发策略和思路提出了建议。

关 键 词：吴堡矿区；煤层气井；产层组合；排采效果

中图分类号：P618.13 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2012.05.008

Combination of gas-producing layers of CBM wells in Wubu mining area

W ANG Wanhong ，ZHENG Y uzhu

(Xi ′an Research Institute of China Coal Technology & Engineering Group Corporation , Xi ′an 710054, China ) Abstract: There are rich CBM (coalbed methane) resources in Wubu mining area .To speed up the CBM development in Wubu mining area, the draining effect and the combination of gas-producing layers of CBM wells in the Wubu mining area have been analyzed. And form the point of view of the hydraulic connection between the coal seam and the aquifer, the causes for different draining effect of CBM wells in Wubu mining area have been discussed. The result indicates that coal seam S1 has no hydraulic connection with the aquifer, and the aquifer has not influenced the drain-ing effect of the coal seam S1, so the draining effect of the S1 coal seam is good. There is no good aquifuge between coal seam T1 and limestone aquifer K2. The crushed fracture has extended to the roof of coal seam T1 during hydrau-lic fracturing process, limestone aquifer K2 has influenced seriously the draining effect of coal seam T1. So the draining effect of coal seam T1 or the multi-layer S1 and T1 are not good. Considering above factors, suggestions on the further development strategy of CBM resource in the Wubu mining area in near future have been put forward. Key words: Wubu mining area ; CBM wells; combination of gas-producing layers; draining effect

陕西吴堡矿区位于陕西省榆林市东南部，沿黄河西岸呈南北向长条形展布，南起吴堡县城，北至丁家湾乡，东以黄河为界，西至寇家垣—慕家垣一线，南北长约26 km ，东西宽约2.8~5.6 km ，总面积约93.1 km 2。矿区赋存着紧缺的煤种—焦煤，煤炭储量约14.98×108 t ，并蕴藏着丰富的煤层气资源。

目前，吴堡矿区煤层气资源勘探项目已进行到先导性试验井组的排采阶段。众所周知，排采是煤层气勘探开发工程的归结点，是煤层气开发的重要环节之一[1]，一般要进行数年至数十年，周期极长。煤层气排采的目的，是通过抽排煤层及其围岩中的地下水来降低煤储层的压力，诱导甲烷从煤层中解吸出来。煤层气井的生产实际上是排水降压采气的

过程[2]。排采工作的好坏，直接关系到煤层气开发的成败。因此，选取何种产层组合及开发方式,如何达到最优的排水降压效果，这些问题已经成为吴堡矿区煤层气开发亟待解决的问题。

1 矿区概况

吴堡矿区地处鄂尔多斯盆地东部边缘地带。矿区构造简单，总体表现为一套走向近南北、向西缓倾斜的单斜构造，断层及褶皱数量少, 且规模小；地层倾角一般4°~12°，平均5°。

矿区含煤地层为二叠系下统山西组(P 1s)和石炭系上统太原组(C 3t)(图1)。煤系总厚108.31~ 164.37 m ，平均132.50 m ；共含煤4~16层，可采煤层6层，其

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中S1、T1煤层是区内煤层气勘探开发的目标煤层。S1煤层位于山西组下段，煤层厚度为0.56~7.01 m，平均2.73 m，煤层结构简单，全区稳定可采；T1煤层位于太原组下部，局部发育的T1上煤层是T1煤层的上分岔煤层，T1煤层厚度为3.51~8.98 m，平均6.03 m，煤层结构简单，全区稳定可采。

图1 吴堡矿区煤层综合柱状图

Fig. 1 Comprehensive histogram of coal seam in Wubu

mining area

2产层组合及排采效果分析

吴堡矿区已完成各类煤层气井共计15口，其中煤层气参数井9口，生产试验井1口，小型试验井组1个(5口井)。矿区6口煤层气生产试验井共有3种产层组合方式(表1)：WQ10井采用S1煤层单层压裂、单层排采方式；WQ02、WQ05、WQ11和WQ12井采用S1、T1煤层单层压裂、合层排采方式；WQ09井采用T1煤层单层压裂、单层排采方式。

自2009年10月30日，吴堡矿区6口煤层气生产试验井陆续开始排采，截止2010年11月30日，已累积排采380余d。结果显示采用不同产层组合的煤层气井排采效果存在差异：单排S1煤层的WQ10井排采效果好，其产水量小，平均日产水2.93 m3，产气量大，平均日产气824.63 m3；S1、T1煤层合层排采的WQ02、WQ05、WQ11和WQ12井排采效果次之，其平均日产水分别为58.44 m3、126.43 m3、41.75 m3、49.10 m3，产气量小，平均日产气分别为117.90 m3、611.00 m3、205.36m3、459.23 m3；单排T1煤层的WQ09井排采效果差，其产水量大，平均日产水61.84 m3，还未产气(图2、图3)。

图2 吴堡矿区煤层气井平均日产水量

Fig. 2 Average daily water production of CBM wells

in Wubu mining area

图3 吴堡矿区煤层气井平均日产气量Fig. 3 Average daily methane production of CBM wells

in Wubu mining area

为什么吴堡矿区不同产层组合的煤层气井排采效果会有差异？从煤层与含水层水力联系的角度出发，煤层气主要以吸附态储存于煤层中，同时也赋存于一定的地下水流动系统中，有些煤层本身就可构成一个地下水流动体系，有些煤层与顶底板地层共同组成一个地下水流动体系。在排水降压过程中，煤层水与含水层是否构成一个地下水流动体系，这

第5期

汪万红等: 陕西省吴堡矿区煤层气井产层组合研究

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表1 吴堡矿区煤层气井基本情况统计表

Table 1 Statistic results of basic situation of CBM wells in Wubu mining area

井号 井型 类型 产层组合

平均日产水/m 3 平均日产气/m 3

WQ02 直井 单井

58.44 117.90

WQ05 直井 126.43 611.00 WQ11 直井 41.75 205.36 WQ12 直井

S1、T1煤层合层排采

49.10 459.23 WQ10 直井 S1煤层单层排采 2.93 824.63 WQ09

直井

试验井组

T1煤层单层排采

61.84 0

将决定着排水降压的效果[3]。通过分析，可用看出：

a. 对于单排 S1煤层的WQ10井，由于S1煤层顶底板均以泥岩为主，厚度较大，裂隙不发育，封盖能力强，并且在对S1煤层进行水力压裂改造时，裂缝没有沟通上下含水层，含水层对排采没有影响，故其排采效果好，表现为平均日产水量小，平均日产气量大。

b. 对于单排T1煤层的WQ09井，虽然T1煤层底板为泥岩和粉砂质泥岩，封盖能力强，但其顶板K2灰岩属于石炭系上统太原组碳酸盐岩溶裂隙承压水含水层，其分布稳定，厚度大，是区内的标志层之一，具有电阻率高、自然伽玛强度低、自然电位强度幅度大等显著物性组合特征，其电阻率幅值远远大于3 200 ?·m ，自然伽玛强度在50~75 API 之间变化，自然电位幅度达-80 mV [4]。另外，在水力压裂改造时，由于T1煤层与其顶板K2灰岩含水层之间没有良好的隔水层，裂缝扩展到了煤层顶板，沟通了K2灰岩含水层，导致排采时产水量大，液面下降难度增高，排采设备故障率增高，排采的连续性和稳定性降低，故其排采效果差(截止2010年11月30日，该井还未产气)。

c. 对于S1、T1煤层合层排采的WQ02、WQ05、WQ11和WQ12井，虽然供气的煤层多，但由上可知，T1煤层产水量大，S1煤层产水量小，S1、T1煤层合层排采时，T1煤层对S1煤层存在层间干扰，影响了排采的效果，故其排采效果较差，表现为平均日产水量大，平均日产气量小。

3 结 论

a. 吴堡矿区不同产层组合的煤层气井排采效

果存在明显差异，单排S1煤层的煤层气井排采效果好，单排T1煤层或S1、T1煤层合层排采的煤层气井排采效果差。

b. 由于S1煤层顶、底板泥岩封盖能力强，并且在水力压裂时，裂缝没有沟通上下含水层，含水层对排采效果没有影响，故单排S1煤层的WQ10井排采效果好。

c. 由于T1煤层与其顶板K2灰岩含水层之间没

有良好的隔水层，在水力压裂时，裂缝扩展到煤层顶板，沟通了K2灰岩含水层，含水层对排采效果影响大，故单排T1煤层的WQ09井排采效果差。 d. 对于S1、T1煤层合层排采的WQ02、WQ05、

WQ11和WQ12井，虽然供气的煤层多，但由于合层排采时，T1煤层对S1煤层存在层间干扰，故其排采效果较差。

4 建 议

综合考虑上述因素，对今后吴堡矿区煤层气资源开发策略和思路提出以下建议：

a. 采用多分支水平井或U 型对接井，目前吴堡矿区煤层气井采用直井井型，固井后，需进行射孔、水力压裂改造，由于T1煤层与K2灰岩含水层之间没有良好的隔水层，压裂过程中不可避免会使T1煤层与K2灰岩含水层沟通，造成产水量大的问题。如果采用多分支水平井或U 型对接井，则不需要进行水力压裂作业，避免了T1煤层与K2灰岩含水层沟通的问题，同时增加了有效供给范围，提高了煤层气导流能力，减少了对煤层的伤害，提高了单井的产量和采收率，预计可以达到很好的效果。

b. 在无法避免K2灰岩含水层影响T1煤层排采效果的情况下，可考虑先开发S1煤层，待煤层气开发工艺技术进步后，再对T1煤层进行开发。

c. 在现有技术条件下对T1煤层开发，可考虑采用电潜泵等大排量排采设备，用井组长时间排水方式，使本区T1煤层大范围降压，以达到该煤层良好的排采效果。

参考文献

[1] 倪小明，苏现波，王延斌. 煤层气垂直井排采控制决策系统的

开发[J]. 煤田地质与勘探，2009，37(4)：22?25.

[2] 杨秀春，李明宅. 煤层气排采动态参数及其相互关系[J]. 煤田

地质与勘探，2008，36(2)：19?23.

[3] 康永尚，邓泽，刘洪林. 我国煤层气井排采工作制度探讨[J].

天然气地球科学，2008，19(3)：423?426.

[4] 杨光华. 陕北吴堡矿区石炭—二叠系煤层气赋存规律及资源

潜力预测研究[D]. 西安：长安大学，2009：17?20.