目前,韩城区块煤层气井主要为直井、定向井以及水平井。根据韩城区块煤层气井的排采时间和排采规律的不同,煤层气井排采被划分为4个阶段,即排水降压阶段、气水合采阶段(包括起套压阶段和放产阶段)、稳产阶段和衰竭阶段(熊先钺,2014a)。
从表4-5可以看出,在排水降压阶段,直井和定向井煤层气排采中排出的煤粉浓度小于,而水平井的煤粉浓度大于,甚至超过1g/L。所以,排水降压阶段,直井和定向井煤粉浓度一般小于水平井的煤粉浓度。分析认为,直井和定向井在钻井过程中钻具与煤层接触较少,对煤层破坏影响小,产生煤粉少,但该类型井一般需要下套管射孔压裂完井,高压压裂液在煤层造缝过程中会产生大量煤粉。而水平井的水平段在煤层中进尺较多,钻具与煤层接触面积大,产生大量的次生煤粉;水平井煤层裸眼段不下套管,在气液流的冲蚀作用下,井壁遭受液流的冲蚀作用强且容易失稳坍塌,进而产生大量煤粉。
在气水合采阶段,WL2-005直井排出的煤粉浓度平均达到了,明显高于同一排采阶段的韩3-013井和韩3-032井的煤粉浓度。结合韩城区块煤层分析发现,WL2-005位于断层附近(图4-3),构造作用对煤层产生了破坏,导致该井易产生煤粉。因此,煤体结构(构造破坏)是煤粉产出的首要控制因素(魏迎春等,2013)。
表4-5 煤层气井煤粉浓度测试表
注:表中“—”表示煤粉量少,未测出。
图4-3 韩城区块排采井产出煤粉浓度
选取连续采样的3口煤层气井WL1-001井、WL2-008井和韩3-043井为例,对采集的煤粉液样进行煤粉浓度监测,并结合开发煤层的煤体结构类型进行分析,其浓度范围及煤体结构类型对比结果如表4-6所示。WL2-008井的煤粉浓度集中在~井煤粉浓度集中在~,而韩3-043井煤粉浓度则集中在~。其中,韩3-043井开采层中Ⅲ类煤(碎粒煤和鳞片煤)厚度达到,在构造煤厚度和所占比例上均大于WL1-001井,且WL2-008井Ⅲ类煤不发育。从排出煤粉浓度特征来看,韩3-043井浓度最大(范围在~),对比煤粉最大浓度与Ⅲ类煤相对厚度(图4-4),随Ⅲ类煤(碎粒煤和鳞片煤)在开发层段内所占比例的增加,产出煤粉浓度逐渐增大,因此,Ⅲ类煤(碎粒煤和鳞片煤)对煤粉产出浓度特征影响最显著,Ⅲ类煤的发育程度是影响煤粉产出的重要因素(张晓玉等,2014)。
表4-6 煤体结构类型与浓度对比表
图4-4 Ⅲ类煤厚度比例与煤粉浓度对比折线图