电脉冲储层处理技术在煤层气中的试验与应用

摘要：煤层气井在生产过程中受排采强度的影响，在煤层裂隙中会发生气锁和水锁现象，煤粉等固体颗粒堵塞气体通道，造成产水产气量的变化。电脉冲储层处理技术通过冲击波压力作用于煤储层及裂隙系统中，可以沟通和扩展裂缝，解除裂缝的堵塞，促进煤层气的解吸从而提高煤层气井的产量。

关键词：煤层气；电脉冲；排采强度；储层处理

中图分类号P618 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）51-0125-01

煤层具有低渗、低压、低饱和的特点，对煤层压裂改造目的就是要扩大和沟通煤层中的裂隙和孔隙，增大流体的渗流面积和降低煤层的储层压力，从而提高煤层气的产能。煤层气井的生产过程对煤储层的影响是长期的，由于排采制度的制定和执行不当，将导致在煤层裂隙中发生气锁和水锁现象，煤粉等固体颗粒堵塞裂缝，降低了煤储层的渗透率，从而降低煤层气的产能甚至被彻底报废无法生产。

1 电脉冲技术原理

电脉冲装置由地面控制电源柜和井下设备组成，地面电源控制柜通过电缆控制井下设备并提供电源，井下高压直流电源为高聚能储能电容器充电；待充电到能量控制器的工作值时，能量控制器瞬间将电容器中储存的电能快速传递给能量转换器；能量转换器在水中以液电效应将电能转换成机械能（冲击波能量）；冲击波通过套管孔眼后作用于煤储层裂隙。电脉冲装置的技术参数：放电电压30kV；装置储能4.5kJ；放电电流50kA；冲击波峰值压力>100MPa；工作频率3次/min~6次/min。

电脉冲技术具有如下优点：电脉冲技术是纯物理技术，除水外不需要向井内注入任何物质，因此不会污染、伤害煤层；电脉冲以冲击压力作用于煤层，有别于压裂改造煤层技术，对煤层“压实”作用不明显；电脉冲产生的冲击波脉宽在0.5μs以内可调，比射孔弹爆炸的脉冲宽度窄，不会损伤套管和水泥环；依赖高功率机理，节约能耗；电脉冲技术可以对一点进行可控的重复频率作用；作业中伴生的电磁辐射对煤层气解吸有作用。

2 电脉冲作用机理

2.1 促进煤层气解吸

在高能量冲击波压力作用下，煤岩表面的微观凸起被削平表面分子可能重新排列，煤岩的表面积相对减小吸附能力降低。冲击波过后，在相同的压力梯度和压降速度下，临界解吸压力下降，单井产量和采收率得以提高。

2.2 对煤层的造缝作用

煤层在冲击波压力作用下，断裂强度和疲劳强度明显小于静态。当作用冲击力峰值超过岩石的疲劳强度时就会造成新的裂缝。同时煤层在压裂改造后，仍有部分裂缝不能有效贯通，部分孔喉道狭窄，各项同性的冲击波能够贯通裂缝和扩展孔喉道，裂缝的增加和沟通提高了煤层的渗透率，提高煤层气井的产能。

2.3 解堵作用

冲击波在不同密度介质上产生的速度、加速度有很大的差异，从而在波阻抗相差较大的介质界面会产生较强的剪切力，巨大的剪切力可以使附着在煤基质上的杂物脱落，堵塞在渗流通道中的煤粉等固体颗粒松动，随渗流排出从而起到煤层解堵作用。

冲击波在储层介质不同位置上压差的方向和大小交替变化，使液体由滞留区向排液活动区流动，改变了孔隙中液、固、气界面的动态，克服了毛细管的束缚滞留效应。弹性冲击波在饱和多孔介质中传播时会使多孔介质被压缩和扩张，造成孔道直径大小变化，引起毛细管力的变化，达到解除煤储层中的气锁和水锁现象。

3 现场应用

根据电脉冲技术的特点，在郑庄区块选取了4口压裂运行井进行试验，分别针对不同井况进行应用总结。作业过程中要始终保持液面在煤层射孔段以上200m，通过大强度电脉冲施工，改善煤储层的渗流扩散能力，配合排采制度提高煤层气的产量。具体试验情况见表1。

表1 电脉冲试验井运行参数对比表

4 结论

1）电脉冲作业完成投入运行后，各井的井口压力、产水产气量比作业前都有了一定幅度的上升，电脉冲技术对消除煤储层的水锁、气锁现象，解除煤粉堵塞，改善煤储层渗流扩散能力，提高煤层井的产能能起到一定的功效；

2）在作业过程中ZH038、ZH003-2井不同程度的出现了井内喷水现象，说明电脉冲技术能够起到沟通煤储层渗流通道作用。在针对压裂后不产气或者产气量下降的煤层气井，电脉冲技术有较好的适用前景；

3）作业完成后四口井在产水产气量上虽都有提高，但是距离预期目标还有很大的差距，说明本次作业施工方案对煤储层改造作用是有限的，在以后的试验中对不同井况煤层气井要有针对性的设计，优化施工方案从而增加电脉冲技术储层改造的影响半径；

4）在以后的试验中可以研究探索把电脉冲技术同水力压裂技术相结合起来，增加压裂裂缝的有效延伸长度，以提高煤层气井的产能。

参考文献

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