煤层气解吸阶段划分方法研究

■于欣

（河南省煤田地质局三队河南郑州450017）

煤层气解吸阶段划分方法研究

■于欣

（河南省煤田地质局三队河南郑州450017）

在开采煤层气的过程中，需要合理划分煤层气的不同解吸阶段，以便制定相应的生产制度。所以，本文通过引入解吸速率这一概念，对不同压力下的煤层气解吸速率进行了分析，并将煤层气解吸过程划分成了低效解吸、缓慢解吸、快速解吸和敏感解吸这四个阶段，从而为关注煤层气解吸阶段划分问题的人们提供参考。

煤层气解吸阶段划分方法

0 引言

在开发煤层气的过程中，需要遵循“排水-降压-解吸-扩散-渗流”的开采流程。其中，煤层气解吸对煤层气开发起到了至关重要的影响，所以还应该对煤层气解吸特征展开分析。而煤层气解吸具有阶段性的特征，因此还需要寻求有效的方法对煤层气解吸过程进行阶段性的划分，从而更好的为煤层气的开采提供依据。

1 煤层气解吸的阶段性分析

在煤层当中，煤层气将以吸附状态存在，而煤层气解吸就是煤层吸附的逆过程。在煤层气开发的过程中，降压-解吸是首要开发工作。受到多种地质因素的影响，煤层气的解吸过程相对复杂。但是，能否对煤层气解吸的动态过程进行定量分析，将直接影响煤层气井的产能高低。根据煤层气的等温吸附-解吸曲线可知，煤层气解吸过程是非线性的。随着煤层储层压力的变化，煤层气解吸速率和解吸量也将随之变化。但是，这种动态演变将呈现出一定的阶段性特征，不同的阶段煤层气的产能特性也并不相同[1]。因此，可以根据煤层气解吸过程特性寻求一种煤层气解吸的阶段划分方法，从而通过预测煤层气排采的阶段性判断煤层气井的生产状况。

2 煤层气解吸的阶段划分方法研究

2.1 煤层气解吸的阶段分析方法

从表面现象来看，煤层气解吸的阶段性特点主要表现为解吸速率的明显变化。根据这一现象，可以根据吸附-解吸过程的可逆性特点将吸附方程转化成用来描述解吸阶段数值的方法。考虑到煤层气排采为降压解压过程，所以需要将单位降压条件下的煤层气解吸量定位为解吸速率，然后利用等效解吸率-压力曲线曲率衡量等效解吸速率变化。从等效解吸速率曲线的变化情况来看，随着压力的降低，等效解吸速率将随之不断增加。在降压初期，煤层气解吸速率接近零。在降压的早期阶段，在压力不断降低的情况下，解吸速率缓慢增大。而随着压力的进一步降低，解吸速率将随之大幅度增加。在降压后期阶段，在压力不断下降的情况，解吸速率将迅速增大。所以，解吸速率曲线一开始呈现出缓慢上升趋势，后来则出现“下凹”型，在最后曲线斜率则急剧增大。利用该方法，可以得到三个等效解吸速率曲线曲率的变化点[2]，而这三个点其实就是煤层气解吸阶段分界点。

2.2 煤层气解吸的阶段划分

通过分析煤层气解吸速率变化曲线可知，在早期降压阶段，煤储层的甲烷解吸量要比后期相同压降幅度下产生的甲烷解吸量小很多。所以，煤层气在降压早期对降压和解吸的敏感性较弱。在压力下降到一定程度后，煤层气解吸量才值得进行采排。所以，煤层气解吸速率曲线的三个点应该分别对应启动压力、转折压力和敏感压力，使用不同煤样获得的对应压力数值并不相同。将这三个点当成是分界点，可以将曲线划分成低效解吸阶段、缓慢解吸阶段、快速解吸阶段和敏感解吸阶段。其中，低效解吸阶段和缓慢解吸阶段的煤层气产出较小，所以煤层气井的产能潜力主要由快速解吸阶段和敏感解吸阶段决定。

2.2.1 低效解吸阶段

在低效解吸阶段，煤层气储层压力要高于启动压力，但是该阶段煤层气解吸量对压力的敏感性较差，解吸效率也较低。所以，该阶段也可以被称之为零解吸阶段，相应的等效解吸速率曲率变化值较小，曲线斜率接近于零。在这一阶段，煤层气解吸量站含气量比例较低，煤层基本不产气。因此在该阶段，应该确保井底流压缓慢下降，并且使产水量保持恒定，以便使煤层气井的压力波和范围增大。针对压裂煤层气井，该阶段还要做好井底压力控制，从而防止煤层受到损伤。

2.2.2 缓慢解吸阶段

在缓慢解吸阶段，储层压力将在转折压力和启动压力之间，煤层气解吸量的敏感度较低，在含气量中所占比例也较低，基本较难为煤层气井产能做出较大贡献。同时，这一阶段的等效解吸速率曲线呈现出类似线性增长的模式，但是曲线曲率仍然较小。此时，煤层气解吸量仍然较低，但是曲线斜率将逐渐增大。在这一阶段，还应该做好煤层气解吸范围的控制[3]。因为，随着煤层中气水两相流动阻力的增大，压力波的传播速度将降低，继而导致煤层气的后期排采受到降压区域减小的限制。

2.2.3 快速解吸阶段

在快速解吸阶段，储层压力将在转折压力与敏感压力之间，煤层气解吸量的敏感度较高。此时，煤层气解吸量在含气量中所占比例较高，能够为煤层气开采提供较大贡献。而该阶段其实是过渡解吸阶段，压力将得到逐步释放，等效解吸速率曲线斜率也将达到正极值点，所以曲率会出现先增高后降低的情况。在这一阶段，应该着手进行煤层气的排采，并且维持连续生产状态。

2.2.4 敏感解吸阶段

在敏感解吸阶段，储层压力将小于敏感压力，煤层气解吸量的敏感度将较高。在含气量中，煤层气解吸量所占比例较高，能够为煤层气开采做出较大贡献。此时，等效解吸速率曲线斜率较大，单位压降所解吸气量将达到最大。在这一阶段，煤层气解吸区域已经扩大到了一定范围。所以，需要密切关注井底流压变化，并且做好流压的控制，从而防止煤层因煤粉产量迅速增大而受到影响。

3 结论

总而言之，由于地质条件和开采工艺技术水平不同，不同煤层气的排采阶段特征也并不相同，所以还需要采取适当的方法进行煤层气解吸阶段的合理划分，从而在不同阶段采取不同措施做好煤层气井的排采控制。

[1]孟艳军,汤达祯,许浩等.煤层气解吸阶段划分方法及其意义 [J].石油勘探与开发, 2014,05:612-617.

[2]简阔,傅雪海,张玉贵.构造煤煤层气解吸阶段分析及最大瞬时解吸量计算 [J].煤炭科学技术,2015,04:57-62.

[3]柳迎红,房茂军,廖夏.煤层气排采阶段划分及排采制度制定 [J].洁净煤技术,2015,03: 121-124+128.

TD82[文献码]B

1000-405X（2016）-6-81-1

于欣（），男，本科，助理工程师，研究方向为地质勘探。