韩城区块煤层气勘探开发现状与启示.PDF

中国煤层气勘探开发利用技米进展 韩城区块煤层气勘探开发现状与启示 郭丙政 中联煤层气有限责任公司北京1 以 X 1 1 摘要继沁水盆地之后，韩城地区已经成为我国谋层气勘探开发的又一热点。与沁水盆地相比， 娜 城 地 区 的 嫌 层 地 质 条 件 另 具 特 色 ， 而 煤 层 叻 渗 透 率 、 含 气 量 等 关 健 性 煤 层 气 生 产 参 数 也 有 着 不 同 的 特 点。 本文 根据中 联煤层气 有限责 任奋司在韩板地区实 施煤层气 勘探二作以来 取得的成果， 结合已有的谋 田勘探资料，分析了韩城地区煤层气地质条件的特点，并初步探讨了韩城地区开发嫌层气应着力解决的 问题 。 关健词煤层气韩城地区勘探开发 S t a t u s a n dI n s P ir a tio n o f C B ME x P Io r a tio n a n dP r o d u Ct io n inH a n c h e n gB lo c k Gu oB i n g z h e n g C h i n aU n itedC o a lb e dM以h a n eC o rP. ， L td . ， B e ij i n gl X0 1 1 Ab s l r 日 c 已 E x p l orat; 朋 ds比， h ow日t 卜 at H 皿c hen ginS ll a . 1 1石P 加vi n 忱，l ike Q i脸h u iba名 inins 卜 a ll x i ，15 田 l o lll e rP r o n l is in g此脚nfor 即al 】〕 e d哪山 胡ePro d u c ti on.U 址i k eQ i n s h “ 1 ，。 拍 】1 盯H anc h e l lgb as its own cha ra c ler 妇 成. ， 朋 J 阮 k eyp m如 〔 . io np 日 r 日 1l le ters su ch“‘ 吧 r m e ab i lity， 脚 咖te ni， etc d sov a 门 1 加mot he r 此gions.o n the l 〕朋e ofd a 妞got fr o lne 蕊 P 】o r a ll o n p racti c edone场 C U C B M， 切 引 兰山erw i 比c 司右 e l d . tu 」 yn 旧 t e ri 山， thi 日 叭i cl eanaly幼. the sPe c ialtyOfc oal g e 0 l 0 gy inH anc h e n . block ， 助dp u 肠肠比 卫 r ds o me k 叮P 功I Jle 山 w h i c 卜 此闭 协玩 seul 曰 五 。 t b eforep ump ing c o al l le l{ m e l卜 a ll e e conom i耐ly玩n l lhi. area. K 肥 y ， o r ds C E M; H 朋c hen g ; ExPlll r . b O nandP 氏 记 u ct i on 我国是 一个煤层气资源 大国。据中联煤层气有限责任公司2 001 年最新预测报告，全 国煤层气资源总量为31. 46 x l o 12 时， 居世界第三位。其中鄂尔多斯盆地 陕、 内蒙古、 宁、 甘 是 我国 西 部 最 主 要的 煤 层 气聚 集区 ， 预测 煤 层 气 资 源 量 为8 7 2 73 . 42x l 护 耐， 占 全国 煤层气资源总量的四分之一强。陕西省韩城市所处的 韩城矿区位于鄂尔多斯盆地的东 南缘， 煤层气资源非常丰富， 一直是国内 煤层气勘探开发 企业和相关院校非常看好的煤层 气 开 发 有 利 地 区 之 一 。 为了 尽快开发韩城地区煤层气资源，中 联煤层气有限责任公司于2 001 年3 月7日 在 陕西省韩城市辖区 内登记了两个总面积46I k 矿 的煤层气 探矿权区 块， 并于2 003 年开始正 式启动了 陕西省韩城市王峰一 龙亭地区 煤层气资源普查项目 。 经过三年多的 勘探及生产试 作者简介郭丙政，1 9’76 年生，男，双学士， 工程师，从事煤层气勘探开发工程管理曰J 叱 . 。 肠3 . 助 ‘ 耐 韩城区块煤层气勘探开发现状与启示 验工作， 对 韩城区 块内的 煤层以及煤层气条件有了比 较全面的认识。 1 主要勘探工作 自2 阅3 年勘探工作启动以 来， 根据公司总体勘探部署， 按照由简单到 复杂，由浅入 深的工作原 则，我们 首先在 韩城南区 块北部象山煤矿以西的佰林村附近实施了1 口 煤层气 参数井 ，对该井 3 个目标煤层做了取心、样品分析化验和试井，初步获得了该地区煤层深 度、 厚度、 煤岩煤质 特征、 含气量、 渗透率等煤层气勘探开发的 必备参数。 _ 由于参数井获得的渗透率、含气量等数据显示该区煤层气开发条件良好，为进一步获 得煤 层气生 产数据， 我们于2 1】 〕 4 年下半年在参数井周围 又施工了5 口 煤层气生产试验井， 同参 数井一 起形成了 一个6 口 井组成的先导性试验井组。1 2 005 年4 月至7 月， 对所有6 口 试验井进行了压裂改造， 共压开目 标煤层14层， 在 压裂过程中 首次将清洁压裂 液引人煤层气压裂施工当中来， 并获得了比 较好的 效果。 试验 井组于2 005 年8 月 全面投人 排采试生产。 经过将近一年的排采试验，其中 的两口井表现 出良 好的产 气前景，另外4口 井气产量不甚理想， 6口 井平均单井日产气量在 I lx 洲 〕 耐 左右。 为了扩 大压降 范围， 测试井组在整体压降 情况下的产气能力， 公司决定在原6口 试验 井周围再布 置5 口 井。第 二批井于2 1 洲 巧年4月底开工， 6 月初完工， 全部使用空气作为 钻井循环介 质，不 仅缩短了 钻井周期， 降低了 钻井成本，同时减少了钻井液对煤储层的 伤害。 取得储 量同 样也 是本 项目的 重点工作之一，为了获得煤层的展布情况，我们从2 ‘X 巧 年3 月至6 月在韩城南区 块北部约1 2 0k扩的范围内施工二维地震勘探测线1 3 0km 。本次 二维地震勘 探在即 将开展煤层气开发的重点地区约1 5 k 澎的 地区布置测线密 集，目的是为 了查明勘探 区内的 构造形态， 评价勘探区构造复杂程度， 查明勘探区内落差大于10m的 断层， 控制直 径〕 50m的 陷落柱， 查明3 伶 、 5 分 、 1 1 睁 煤层底板的深度。同时在其他 1 1 0k扩 的 地区布置 测线相 对稀疏，目 的是为了初步查明探区内的基本构造形态及复杂程度， 初步 查明落差大 于l oom的断层及性质、 特征延伸情况， 全区解释主要目的煤层厚度变化趋 势等。 2 获得的认识 2 . 1 煤层情况 韩城地区 含煤地 层为石 炭一 二叠系。石炭系 太原组为海陆交互相沉积， 地层厚度一般 50m 左右， 含煤3 一 9 层， 可采和局部可采煤层2 一 3 层， 可采煤层累厚 1 . 62一 17. 19m ， 一般为7 . 5 一 80 m 。二叠系山 西组为陆 相沉积， 含煤1 一 4 层， 可采、 局部可采煤层1 一 2 层， 可采煤 层累 厚一般4 一 65 m 。3、 5、 1 1 户 煤层为煤层气勘探主要目 标层，其厚度在 1 . 5一 s m之间。 区内煤 变质程度较高， 煤类以 瘦煤、贫煤为主，次为焦煤， 深部为无烟煤。同一层 煤， 南区 的镜质组最大反射率 较北区高。不同 煤层， 下部煤层的镜质组反射率较上部煤 层高。 勘探目 标层3、 5 份 、 1 1* 三个煤层， 埋深多 在4 00一 1 。 洲 j m 。 ， 砧 中国煤层气勘探开发利用技术进展 从煤层的埋深、厚度以及变质程度来看，韩城地区均是非常理想的煤层气开发区域。 2 . 2 构造特征 二维地震资料表明韩城地区地层总体为一单斜构造， 倾向西 北， 浅部倾角较大，中深 部较缓， 一般5 “ 一 1 0 。 。由于受韩城和渭河两条边界正断层的影响，浅部断裂和摺皱发 育。中深部构造简单， 断层、 摺曲 稀少。南区块偏北部有 两条几乎贯 穿东西的大断层 将南 区块分为南北两块。 2 . 3 煤层渗透性和储层压力 根据参数 井资 料， 3 . 、 5 ， 、 1 1 . 煤储层压力为2 41 一 2 . 80M Pa， 压力系数为0 . 6 一 0 . 8 ， 为 欠压储层。 其中两个煤层渗透率在1 . 5 一 2 . s m D 之间， 在国内 其他煤田中，如 此高的 渗 透率非常罕见，这 对煤层气的勘探开发也非常有利。 2 . 4 煤层含气里 参数井 样品分 析化验的结果表明目 标 煤层含气量为9 . 78一 11 . 23扩/t， d af ， 含气饱和 度为65一 76之间， 相对较高。 2 . 5 水文地质条件 本区地形总的特征为西高东低，黄河支流均从西北向东南注人黄河。大气降水是地下 水主要补给来 源。 含水层主要是各层组底部的 砂岩， 但是各层、 组、 段的砂岩之间， 一般 都有砂质泥岩 或泥 岩、 煤层 及炭质泥岩等相对隔 水层隔 开， 在自 然条件下各含水层 之间基 本上无水 力联系， 加之补给条 件差， 对3 弃 、 5 口 、1 1 扭 煤无影响。 3 存在的问题 3.I n礴 煤层渗透率 低 参数 井测试结果显示，1 1 口 煤层的渗透率很低， 不足。 ， l m D 。 但在3 个目 标煤层中， 该煤层的 厚度最大， 平均达到6 . s m 左右，占 到了 所有目 标煤层累计厚度的50。 能否成 功开发11介 煤层的煤 层气对韩城地区煤层气项目 的成败至 关重要。 3.2 煤储层压力问题 前文提到， 该地区3 个目 标煤层的压力系数为0 . 6 一 0 ， 8 ，这对开发 煤层气不利。但 这个结 果与19 97 年陕西省煤田 地质局在南区块西 北部施工的一口 井测得的参数截 然相反， 当 时测试结果显示该地区 地层是超压的， 压力系数甚至 超过了1 . 3 。笔者认为， 这可能是 因 为贯穿 东西的 大断层分隔 开的两盘虽然 初始地层压力相同， 但由于参数 井所处 地区 靠近 煤矿， 地层压力已 经逐渐释 放，而陕西省 煤田 地质局施工的井所处的另一盘 没有 泄压条件 才形成这 样的 差别。如果真是这样的 话，推测由 柏林村向西、 向南，煤储层压力应逐渐 升高。 3 . 3 煤层中含水最低 近1 年的 排采试验显示韩城地区煤层 产水量很低， 3 个煤层合 采条件下单井日 产水量 平均不足1 . 5 扩， 有些井甚至产出的总 水量尚 不抵压裂时注 人的总液量， 煤矿工人也反映 煤层基本是干的。 在这种情况下， 使用传 统的 水力压裂 方式是不适合的， 因 为压裂 液进人 煤 层后被煤吸附 会引起煤的膨胀， 从而降低煤储层的渗透率。因 此，需要考虑其他完井 方式。 同时， 煤 层含水量低也为形成整体压降带 来困难。 至今尚无任何证据显示单 井排采形 品 韩城 区块煤层气勘探开发现状与启示 成的 压降已 经达到了 井间干 扰的程度， 这可能是我们以后确定生产井间距应该考虑的重 点 问题之一。 3 . 4 n. 煤层距 离底部含水层近 韩城地区主要含 水地层为奥陶系上下马家沟组， 其单位涌水量相当大， 一旦压裂裂缝 下 窜到 这些层组， 排水的强 度将非常大。 而且液面难以下降，产气更是无从谈起。由于 峰 峰 组在 韩城地区 局部缺失， 造成含水层距离位于山西组底部的1 1 资 煤层通常只 有不足20m ， 这 给钻井尤其是压 裂工作带来很多困难， 如果钻井时揭穿含水层， 由于灰岩中存在非常发 育的 裂隙， 在固井时 会发 生水泥浆漏失， 影响固井效果， 而常规活性水压裂方法很容易压 穿含水层造成全井无法生产。 4 下步工作重点 4.1 布置参数并， 了 解韩城地区煤 层参数的全貌 仅靠柏林村一 个生产试验井组的数据和二维地震资料难以反映出整个韩城地区的 煤层 气生产潜力。要获 得对韩城地区煤层气资源的准确评价， 需要在不同地区 按照煤层气储量 规 范的 要求施工一 批参 数井， 一方面修正二维地震的效果， 一方面进一步了解煤层厚度、 地 层压力、 渗透率以 及含气 量等参数的 变化规律， 并最终获得韩城地区煤层气储量数据。 4 . 2 试验多 分支水平井 技术 对于含有该地区 煤层气资源量近一半的11 禅 煤层，因其具有渗透率低、 距离奥陶系灰 岩 含水层近的特点， 常规直井压裂的方法已经不 适用。根据美国的成功经验， 多分支水平 井 对于开发低渗地区的 煤层气具有良 好的效果。应此， 应该考虑在1 1 件 煤层钻多分支水平 井的 可能性， 这种 方法同 时也解决了 该煤层距离下部含水层近的问题。但需要注意的是， 11 奋 煤较 脆， 易坍塌且底部有 部分粉煤， 成孔性差， 应探索在这类煤层中 钻水平井的方法。 4 . 3 试验氮气泡沫等 压裂、 完井新技术 清洁压裂液的 使用成功避免了1 1 毋 煤层压裂与下部含 水层连通的问题， 但这种压裂技 术的缺点是仍将大 量液体带人煤层， 对于韩城地区的干煤层 来说并不可取。氮气泡沫压裂 在 沁水盆地直井压 裂中的 试验显示其增产效果显 著， 因其使用的 液量相对较少， 能否应用 到韩城地区的直井中应尝试一下。 最好的完井方 法应该是不向煤层中注人任何 液体， 这样可以 避免伤害煤层。加拿大对 付干煤层的办法值 得我们借鉴， 他们只使用氮气压裂井筒附近 煤层，相当于去除钻井过程 中 在近并筒造成的伤害， 然后直接生产， 产气量非常可观。 韩城地区 应该尝试这种压裂 方式。 韩城地区煤层的 渗透率和含气量等数据毫无争 议地将该地区推 上煤层气开 发重点区的 位置， 但真正能够 经济可行地开发韩城地区煤层 气还需要克服 一些技术上的 难题。相信通 过大胆引进和尝试 各种新技术、 新方法， 以及生 产方式的 进步， 韩城 煤层气 项目 将最终获 得成功 。 参 考文献 张新民、庄军、张遂安. 2 佣2 ，中国嫌层气地质与贵源评价，北京科学出版社