摘要：随着山西省晋城煤层气区煤层气商业化开发规模的不断扩大，煤层气井积累的数据越来越丰富，为研究不同构造模式下煤层气井的产能提供了充足的数据支持。为了分析各种构造模式对煤层气井作业的影响及其与产能的关系，将该区构造模式大致分为断层构造、褶皱构造和陷落柱构造3类，结合煤层气井的生产数据和地质资料，对不同构造模式下煤层气井的产能情况进行了总结；最后，分析了煤层气水平井与小构造的关系，提出了水平井布井的基本原则，即水平井排采井筒应位于构造低部位。
关键词：樊庄区块；构造模式；煤层气；气井产能；断层；褶皱；陷落柱；水平井；煤层水
进行区域构造背景分析、区块构造模式分析和赋气构造类型分析，是研究煤层气赋存、产出规律的一种有效手段[1]。过去对构造和煤层气之间的关系研究较多[2～3]，但由于煤层气井的生产参数有限，大多只进行了理论分析。随着晋城煤层气区煤层气商业化开发规模的不断扩大，煤层气井积累的数据越来越丰富，为研究不同构造模式下煤层气井的产能提供了充足的数据支持。为此，笔者将该区构造模式大致分为3类，即断层构造、褶皱构造和陷落柱构造，并逐一分析各种构造模式对煤层气井作业的影响以及与产能的关系。
1 3种构造模式对煤层气井产能的影响
1.1 断层构造
断层构造在改变煤储层大裂隙系统和渗透性的同时，也对煤层气藏的封闭保存和产出条件造成影响，具体表现在：①将已经发育成熟的较大煤层气藏破坏分解成很小的煤层气包，这里有断层对煤层气藏切割开放的作用[4]，也有将煤层气藏内部的储层破坏，导致煤粉增加，渗透性严重下降2个主要方面；②如果断层密集，上述2种作用同时存在且作用强烈的话，可导致整个煤层气藏几乎完全被分解破坏；③断层构造对煤储层大裂隙系统的控制作用[5]。
1.1.1断层构造对煤层气井的影响
其影响表现在：①对水平井钻进的影响，最突出的就是压钻、卡钻；②对直井钻进的影响，煤层附近扩孔比较严重，将来固井后的水泥厚度增大现象严重，目前的射孔工艺很难射穿此种类型的水泥环；③对压裂的影响，压裂难以操作，砂子主要集中堆积在井筒附近，压裂效果很差；④对排采的影响，除导致煤粉多，操作困难，事故多等方面外，煤粉的堵塞还导致渗透率严重降低，煤层气产量上不去。
1.1.2断层与煤层气井产能的关系
樊庄区块断层比较发育，但对含气量变化影响不大，含气量总体变化为西北高，东南低，呈带状分布。区块内断层一方面起封堵作用，有利于煤层气的保存；另一方面提高了其影响范围内煤储层的渗透性，有利于煤层气的产出。区块内G6-10、G7-11、G7-13、G8-9、HX1-8、HX2-6、HX4-10井等7口高产井均分布在断层附近，且主要分布在煤层的上盘，可能与断层上盘中裂隙发育较好有关，较有利于煤层气的产出(图1)。
1.2 褶皱构造
1.2.1背斜部位
由于其张力作用，该部位裂隙较发育，不利于煤层气保存，含气量相对较低，但煤储层连通性很好，其游离气相对较多。另外，该部位煤储层中水的流动趋势类似于地下水流动的“补给区”。在排采过程中，如果煤层与顶、底板中的水力联系很弱，补给会很不及时，储层中的水几乎处于“滞流”状态，只需要排出少量的水，就能达到较大面积降压的效果。因此，其储层压力下降较快，达到最高产气量所需时间较短[6～8]。因此，尽管煤储层的连通性很好，但由于含气量不高，该部位的煤层气井稳定产气量一般不高，多在800～1200m3/d，产水量下降也快(图2)。
樊庄区块内，G12-9、G11-8、G10-9井等煤层气井位于背斜近核部，排采100d左右开始产气，但产气量不高，多稳定在800m3/d，产水量下降也较快，排采约180d后基本不产水，累积产水量约635.5m3，仅略大于煤层气压裂过程中注入的压裂液量(图2)。
1.2.2向斜部位
由于压实作用，该部位裂隙不发育，其储层中水的流动类似于地下水流动的“排泄区”。在排水采气过程中，接受来自翼部储层中水的补给，因其处于“排泄区”，储层中水汇集于此，排水强度最大，产水量很大，压降漏斗却很小[6～8]。因此，向斜部位的煤储层尽管含气量相对较高，但连通性较差，煤层气井稳定产气量一般不高，多在800～1200m3/a，产水量较大。樊庄区块内HG24-3、HG23-4井等煤层气井位于向斜核部位置，产气量低且不稳定；HG23-4井产水量相对较大，排采近200d后，产水量约1.7m3/a(图3)。
1.2.3构造翼部
该部位裂隙发育适中，煤储层连通性较好，其储层中水的流动趋势类似于地下水流动的“承压区”。在排水采气过程中，会接受来自背斜部位储层中水的补给，水动力作用较强，但因其处于翼部，煤储层中的水又向向斜部位流动，使其排水降压比较容易，其压降效果取决于补给水与排泄水的差值[6～8]。
因此，在这一部位，含气量和煤储层的连通性达到一种较为理想的搭配，其煤层气井的稳定产气量一般较好，多在4500m3/d左右，产水量也介于上述2种位置之间(图4)。樊庄区块内，G6-10、G7-11井等高产煤层气井均在这种翼部位置。
1.3 陷落柱构造
陷落柱对煤层气井的排采不利，表现在：①陷落柱导致煤层缺失，以致有些煤层气井未见煤层；②由于煤层填充的上层岩石还未重新压实，裂隙发育，造成煤层气的散失，故陷落柱影响范围内，煤层气含量降低，含气饱和度减小；③陷落柱煤层段如果胶结不好，可能沟通上覆砂岩含水层，对煤层气井后期排采不利。因此，在煤层气井井位部署时，一定要考虑陷落柱的影响，至少要离开陷落柱200m。
该区郑庄区块内发育大量的陷落柱，小的直径约10m，大的直径达500m，陷落柱是由于奥陶系石灰岩溶蚀塌陷形成的。该区奥陶系主要由中、下马家沟组及峰峰组组成，含水层主要为马家沟组，属海相稳定型沉积，出露于研究区东侧，富水性较强。在太行山西翼，中奥陶统总厚度超过1000m；石灰岩大面积出露形成补给区，受水面积广。如果岩溶空洞达到一定程度，在构造应力和上覆地层重力共同作用下，可形成落差大于70m的陷落高度。
陷落柱对煤层以及煤层底板破坏程度较大，其周围煤岩层中伴随许多裂隙及小型断层，成为沟通奥陶系石灰岩溶裂隙水与煤层巷道的良好通道(图5)。
2 构造与煤层气水平井产能的关系
2.1 “锅底”构造发育部位
该部位的水平井部署见图6-a，其分支布置在“锅盖”的翼部，井筒布置在“锅底”部位，相当于煤层水排泄区，利于煤层水的排采，尽管前期产气效果欠佳，但排采到一定阶段，这类水平井产气效果较好。樊庄区块内FZP02-2井就位于这一部位，目前产气效果较好。
2.2 “锅盖”构造发育部位
该部位的水平井部署见图6-b，其分支也布置在“锅盖”的翼部，但其井筒在“锅盖”部位，相当于煤层水的补给区，不利于煤层水的排采。这类水平井前期产气时间较短，衰减也快，不能很好地达到储层降压的目的，对后期排采不利。樊庄区块内FZP01井组、FZP03井组布置在这种构造部位，不利于煤层水的排采，预计其产气效果也不会太好。
3 结论与建议
1) 樊庄区块断层比较发育，一方面断层起封堵作用，有利于煤层气的保存；另一方面提高了其影响范围内煤储层的渗透性，利于煤层气的产出。在水文地质条件、煤阶等地质条件相近的前提下，煤储层的背斜、向斜部位的煤层气井，稳定产气量一般都不高，多介于800～1200m3/a，而在煤储层的冀部位置，由于含气量和煤储层的连通性形成较为理想的搭配，其煤层气井稳定产气量一般较好，多在4500m3/d左右，产水量也介于背斜、向斜位置的煤层气井产水量之间。
2) 陷落柱不利于煤层气藏的封闭保存，其影响范围内，煤层气含量降低，含气饱和度减小。因此，在煤层气开发过程中，要注意陷落柱对煤层气井的影响。
3) 对于“锅底”构造发育部位的水平井部署，其井筒部位相当于煤层水的排泄区，有利于煤层水的排采，尽管前期可能产气效果欠佳，但排采到一定阶段，这类水平井产气效果较好；而对于“锅盖”构造发育部位的水平井部署，其井筒部位相当于煤层水的补给区，不利于煤层水的排采，这类水平井，前期可能开始产气时间较短，但衰减也快，不能很好地达到储层降压的目的，对后期排采不利。
参考文献
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[2] 闫宝珍，王延斌，丰庆泰，等.基于地质主控因素的沁水盆地煤层气富集划分[J].煤炭学报，2008，33(10)：1102-1106.
[3] 宋岩，秦胜飞，赵孟军.中国煤层气成藏的两大关键地质因素[J].天然气地球科学，2007，18(4)：545-552.
[4] 王生维，章泽军，乌效鸣，等.晋城煤层气藏成藏机制[J].地球科学——中国地质大学学报，2008，33(6)：807-812，
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[6] 崔思华，彭秀丽，鲜保安，等.沁水煤层气田煤层气成藏条件分析[J].天然气工业，2004，24(5)：14-16.
[7] 吴财芳，秦勇，傅雪海，等.山西沁水盆地煤层气成藏的微观动力能条件研究[J].现代地质，2005，19(3)：449-457.
[8] 倪小明，王延斌，接铭训，等.晋城矿区西部地质构造与煤层气井网布置关系[J].煤炭学报，2007，32(2)：146-149.
(本文作者：李梦溪1，2 刘庆昌3 张建国1 王立龙11.中国石油山西煤层气分公司；2.中国地质大学(北京)；3.中国石油华北油田公司)
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