侯淞譯

(中石油煤層氣有限責任公司，北京 100028)

1 引言

煤層氣作為一種非常規(guī)能源，自20 世紀 90 年代初引進美國地面開發(fā)煤層氣技術(shù)，正式開啟我國煤層氣地面開發(fā)，并逐步進入了產(chǎn)業(yè)化勘探、開發(fā)的軌道。隨著國家對煤層氣( 煤礦瓦斯) 開發(fā)更加重視和支持，在煤層氣地面開發(fā)和井下抽采方面形成了一批適宜我國煤層氣資源條件的關(guān)鍵技術(shù)。從2005年開始我國煤層氣探明儲量和產(chǎn)量一直處于穩(wěn)步上升的趨勢。2016年我國煤層氣探明儲量呈穩(wěn)步增長，煤層氣產(chǎn)量出現(xiàn)了穩(wěn)中下降的趨勢。其中的原因，一方面，是受天然氣氣價下調(diào)的影響，國內(nèi)對煤層氣需求量下降，從而導(dǎo)致近年來對煤層氣勘探開發(fā)投入明顯降低；另一方面，一些煤層氣項目單井產(chǎn)量較低，影響了投資者的信心。筆者通過我國煤層氣勘探開發(fā)項目的調(diào)研，闡述我國煤層氣近年來勘探開發(fā)技術(shù)進展，提出煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中面臨的問題。

2 我國煤層氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀

我國煤層氣勘探開發(fā)經(jīng)歷了20 多年的探索和發(fā)展，已初步建成沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣兩大產(chǎn)業(yè)發(fā)展基地，全國主要的勘探開發(fā)投資也集中在這兩大盆地。我國煤層氣探明儲量的穩(wěn)步增長，產(chǎn)量穩(wěn)中有降。

(1)2016年儲量大幅增長

2016年我國煤層氣探明儲量增長較大，新增566.58億m3，截止2016年底全國煤層氣探明儲量已達到6859億m3，比上年增長9%。2016年新增探明儲量主要分布在馬必東、夏店、成莊、大寧-吉縣、韓城北和筠連等區(qū)塊，整體呈現(xiàn)滾動勘探為主，勘探開發(fā)一體化，南方首次獲得三大特點。如韓城北區(qū)塊就是建立在韓城區(qū)塊開發(fā)的基礎(chǔ)上向周邊部署勘探的成果，形成鮮明的滾動勘探模式；而大寧吉縣和夏店區(qū)塊則勘探開發(fā)同步進行，形成勘探開發(fā)一體化的模式。

沁水盆地探明儲量4872億m3，占全國累計探明儲量的70.92%，鄂爾多斯東緣1810億m3，占全國累計探明儲量的26.35%。2016年全國新增探明儲量中，沁水盆地159.67億m3，占27.71%，鄂爾多斯東緣322.61億m3，占全國新增儲量的56%；

(2)煤層氣產(chǎn)量穩(wěn)中有降

受到低油價和天然氣氣價下調(diào)的影響，煤層氣產(chǎn)量成穩(wěn)中下降的趨勢，2016年煤層氣產(chǎn)量168.51億m3，其中地面開發(fā)44.96億m3，井下抽采123.55億m3?？偖a(chǎn)量較2015年下降了3.49億m3，同比下降0.2%，其中地面開發(fā)比2015上升0.96億m3，同比上漲2.2%，井下抽采比2015下降4.45億m3，同比下降3.5%。2016年煤層氣利用量80億m3，其中地面開發(fā)利用率84%，井下抽采利用率34%。

2016年全國地面開發(fā)煤層氣產(chǎn)量44.96億m3，其中沁水盆地30.88億m3，占全煤層氣產(chǎn)量的75%，鄂爾多斯東緣10.41億m3，占煤層氣總產(chǎn)量的23.15%。煤層氣地面開發(fā)產(chǎn)量持續(xù)保持穩(wěn)定增長。2006～2010 年是煤層氣產(chǎn)量快速增長時期，2012～2016年由于油價低迷、氣價下調(diào)等因素的影響，導(dǎo)致投資規(guī)模的減少，產(chǎn)量增長放緩。

3 我國煤層氣勘探開發(fā)進展

我國煤層氣產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，已初步建成沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣兩大產(chǎn)業(yè)發(fā)展基地，根據(jù)儲層特性的不同，形成了高階煤煤層氣、中低階煤煤層氣、低階煤煤層氣、深部煤層氣、高應(yīng)力多煤層煤層氣等多樣式的開發(fā)方式。

3.1 高階煤煤層氣

我國高階煤層氣主要分布在沁水盆地以柿莊南區(qū)塊和樊莊-鄭莊區(qū)塊為代表，采用直井和水平井為開發(fā)的主要方式。近些年針對低產(chǎn)低效井采取一系列改造措施，取得了明顯增產(chǎn)效果。

(1)水平井

多分支水平井在地質(zhì)條件合適地區(qū)，是一種高效鉆完井技術(shù)。產(chǎn)量相較直井高幾倍，同時可以縮減鉆前和地面管線的投入成本。沁水盆地南部高階煤煤層氣就是通過水平井實現(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)型升級，促進了煤層氣產(chǎn)銷量穩(wěn)步增長。其中潘莊區(qū)塊，早期以多分支水平井為主體開發(fā)技術(shù)，目前以單分支水平井為主要開發(fā)技術(shù)，并采用玻璃鋼篩管和鋼制篩管完井，年產(chǎn)量達到5.06億m3，累計產(chǎn)氣18.7億m3。多分支水平井最高時單井平均日產(chǎn)氣量達到28000m3；單支水平井平均單井日產(chǎn)氣量達到10700m3。

樊莊區(qū)塊以多分支水平主，單井日產(chǎn)氣0.5～6.3萬m3。近年基于裸眼多分支水平井梳導(dǎo)模式，探索了水平井增產(chǎn)技術(shù)，形成了可改造、可維護水平井鉆完井技術(shù)。試驗結(jié)果，增產(chǎn)見效率和產(chǎn)量提升十分明顯。

(2)直井

高階煤煤層氣直井開發(fā)以沁水盆地柿莊南區(qū)塊和樊莊-鄭莊區(qū)塊為代表。柿莊南區(qū)塊現(xiàn)已建成年產(chǎn)能6億m3的高階煤開發(fā)示范基地，日產(chǎn)量達到60萬m3。近年柿莊南區(qū)塊直井低產(chǎn)井提產(chǎn)增產(chǎn)技術(shù)開發(fā)的新課題，主要措施是針對低產(chǎn)井進行了一系列增產(chǎn)改造技術(shù)，如憋壓洗井、氮氣解堵試驗、水力射流泵排采都取得了較好的效果。樊莊-鄭莊區(qū)塊，對200多口低產(chǎn)井實施多段加砂壓裂工藝、頂板壓裂工藝、水力噴射造穴等增產(chǎn)措施，使得產(chǎn)量成倍上升。

3.2 中低階煤煤層氣(鄂爾多斯盆地東緣)

經(jīng)過多年探索，我國中低階煤煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)體系已成型，促進了鄂爾多斯盆地東緣煤層氣產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)，推動了國內(nèi)中低階煤層氣的發(fā)展。中低階煤煤層氣主要以保德區(qū)塊、柳林區(qū)塊和韓城區(qū)塊為代表。中低階煤煤層氣在技術(shù)方面大力推廣叢式井、低傷害完井、水平井篩管完井、可控破膠清潔壓裂液、高效支撐壓裂等技術(shù)，開發(fā)建產(chǎn)成效突出。同時針對老區(qū)低產(chǎn)井，通過加深地質(zhì)工程認識，提出加密井網(wǎng)、補層壓裂、重復(fù)壓裂等改造措施。

保德區(qū)塊建立了中低煤階富集機制及模式，現(xiàn)已建成7.7億m3的中低階煤煤層氣開發(fā)示范基地，也是我國首個“同溝敷設(shè)、氣水分輸、集中處理”的中低階煤煤層氣田，日產(chǎn)量達到155萬m3，單井平均日產(chǎn)氣量達到2300m3，年生產(chǎn)能力5.5億m3。

柳林示范區(qū)位于鄂爾多斯盆地東緣的中部，為適應(yīng)柳林黃土塬復(fù)雜地貌條件及山西組3+4號和5號煤層合采，首創(chuàng)了斜井連通的多煤層多分支水平井鉆井和完井技術(shù)。有效提高了單井產(chǎn)量，降低了單井成本。

韓城區(qū)塊在沒有中階煤煤層氣開發(fā)經(jīng)驗的情況下，邊建產(chǎn)、邊摸索、邊深化、邊提高，經(jīng)過持續(xù)不斷努力，區(qū)塊產(chǎn)氣井680口，最高日產(chǎn)氣量52萬m3，建成我國首個中高階煤煤層氣開發(fā)區(qū)。近年針對韓城區(qū)塊開發(fā)井井網(wǎng)不夠完善、長排低產(chǎn)井較多等突出問題，深化地質(zhì)和工程認識，提出完善開發(fā)井網(wǎng)、改進儲層改造新工藝、推廣補層壓裂等增產(chǎn)措施，有效的提高低產(chǎn)井產(chǎn)量。其中2013年底至2016年，先后對59口井進行補層壓裂，補層后平均產(chǎn)氣量由213m3上升到1176m3，但由于是在老區(qū)進行壓裂作業(yè)，在壓裂過程中壓穿和波及鄰井的幾率極大，對壓裂工藝和壓裂施工挑戰(zhàn)極大。

3.3 低階煤煤層氣

國內(nèi)低階煤層氣資源量豐富，達10.3萬億m3，占全國煤層氣總資源量的35%，開發(fā)潛力巨大。但我國低階煤層氣開發(fā)面臨著地質(zhì)條件復(fù)雜，不同構(gòu)造演化背景煤層氣富集機制差異大的困境。在勘探開發(fā)方面主要面臨三大技術(shù)問題：一是低階煤層氣主要為生物成因氣，生物氣生氣機理和潛力不明；二是基于中高階煤含氣量測試方法不適合低階煤層；三是國內(nèi)低階煤層滲透率低，國外低階煤層氣開發(fā)技術(shù)不適合。

近年來在依托國家重大科技專項等科研攻關(guān)，開展煤層氣成因、含氣量測試、成藏主控因素、低階煤儲層改造工藝等研究，初步形成了我國“低階煤層氣富集理論”，指導(dǎo)了新疆準噶爾盆地南緣、庫拜盆地和內(nèi)蒙古二連盆地低階煤煤層氣勘探，并取得顯著成果。

準噶爾盆地南緣建成了低階煤煤層氣開發(fā)先導(dǎo)試驗區(qū)，代表了煤層氣開發(fā)一個新領(lǐng)域的誕生。其中阜康先導(dǎo)試驗區(qū)鉆井116口，產(chǎn)氣井92口，日產(chǎn)量為21萬m3，最高單井產(chǎn)量3000m3/d；烏魯木齊河西先導(dǎo)試驗區(qū)鉆井23口，產(chǎn)氣井9口，產(chǎn)氣量1.2萬m3/d，單井日產(chǎn)氣量最高超過4600m3/d。

塔北庫拜盆地鉆井30余口，直井最高產(chǎn)氣量4720m3/d，水平井日產(chǎn)氣量超過6000m3。

在二連盆地吉爾嘎郎圖低煤階煤層氣勘探也取得重要進展，其中吉煤4井應(yīng)用填砂分層、低濃度瓜膠壓裂技術(shù)，首次在該區(qū)取得重大突破，證實低含氣量、厚煤層的低煤階可以獲得煤層氣工業(yè)氣流，開辟了我國10萬億m3低煤階煤層氣資源勘探開發(fā)新領(lǐng)域。

3.4 深部煤層氣

我國深部煤層氣資源巨大，但由于深部煤層氣儲層應(yīng)力大、壓力高，壓裂工藝比較復(fù)雜，導(dǎo)致開發(fā)過程中面臨大量技術(shù)挑戰(zhàn)。研究表明，深部煤層物性變化很大，在沁水盆地，小于650m，煤儲層物性相對較好，650～1000m是一個物性過渡區(qū)，大于1000m埋深，滲透率等物性條件將變差，因此深部煤層氣存在儲層物性轉(zhuǎn)換帶。因此，深部煤層氣開發(fā)需要探索適應(yīng)性技術(shù)。經(jīng)過近年技術(shù)攻關(guān)，我國深部煤層氣開發(fā)分別在延川南、柿莊北區(qū)塊、鄭莊里必區(qū)塊取得了巨大進展。

延川南氣田鉆井886口井，單井平均深度1336m，按照“選區(qū)評價、單井突破、小井組先導(dǎo)試驗、大井組先導(dǎo)試驗、整體開發(fā)”的思路，加強自動化排采技術(shù)，精細化生產(chǎn)管理，最終完成了5億m3產(chǎn)能建設(shè)，成為我國深部煤層氣開發(fā)范例。

柿莊北區(qū)塊3號煤層埋深1000m左右，研發(fā)試驗了多井同步水力壓裂技術(shù)，試驗結(jié)果，井組產(chǎn)氣量快速提升，極大地縮短排采產(chǎn)氣周期，提高了深部煤層氣開發(fā)技術(shù)水平。

鄭莊里必區(qū)塊開發(fā)目標煤層是3號煤層，埋深1000m。通過叢式水平井部署技術(shù)、叢式水平井連續(xù)油管拖動水力噴射分段壓裂技術(shù)和射流泵+智能化排采系統(tǒng)技術(shù)的有效組合，成為該區(qū)塊深部煤層氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)，支撐了2.6億m3煤層氣產(chǎn)能建設(shè)。鄭莊里必區(qū)塊投產(chǎn)4口分段壓裂水平井，單井平均日產(chǎn)氣量5100～16100m3/d，最高單井日產(chǎn)氣量達25300m3/d。

3.5 高應(yīng)力多煤層煤層氣

近年來，貴州地區(qū)針對多層疊置煤層多家公司和科研機構(gòu)進行了大量的研究和開發(fā)試驗工作。在地質(zhì)認識方面，滇東黔西地區(qū)煤層層數(shù)多、煤體結(jié)構(gòu)多樣、弱含水、沉積旋回多等地質(zhì)特征。提出了多層疊置獨立含煤層氣系統(tǒng)，研究發(fā)現(xiàn)，織金地區(qū)上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M單一煤層甲烷平均含量及相鄰主煤層之間含氣量梯度均呈波動式變化，煤層埋深-壓力系數(shù)關(guān)系在垂向上分為截然不同的兩套系統(tǒng)，層序地層格架中二級層序與含氣量梯度的獨立分段高度吻合。由此揭示，含煤地層地下流體在不同主煤層之間總體上缺乏交換，導(dǎo)致不同煤層群之間的煤層氣系統(tǒng)相對獨立。針對這些特征，制定小層射孔、分煤層段壓裂完井措施，多層疊置含煤層氣系統(tǒng)遞進排采理念，有效指導(dǎo)了貴州地區(qū)煤層氣完井和生產(chǎn)。

在應(yīng)用技術(shù)方面，在織金-納雍和六盤水地區(qū)，按煤層組分組壓裂，選擇部分層段射孔的完井方式，煤層氣井獲得高產(chǎn)。在織金納雍地區(qū)試驗了短半徑水平井，最高獲得5000多m3的單井日產(chǎn)氣量。近年來，試驗了連續(xù)油管分段壓裂技術(shù)、層間轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)、縫內(nèi)多級轉(zhuǎn)向壓裂技術(shù)，促進了黔西地區(qū)煤層氣單井產(chǎn)量的提高和勘探開發(fā)進展。

其中在土城向斜鉆直井9口，按煤層組分組壓裂，平均產(chǎn)量達到1400m3/d，最高達到2700m3/d。在六盤水楊梅樹向斜，楊煤參1井穩(wěn)定產(chǎn)量3600m3/d，最高產(chǎn)量4100m3/d。在織納煤田阿弓向斜，完成2口煤層氣參數(shù)試驗井，多煤層段壓裂，文1-01井達到2860m3/d，文2-01井為1670m3/d。另外，自去年以來，地方公司加大了貴州煤層氣開發(fā)力度，在遵義、畢節(jié)、六盤水等地區(qū)累計鉆井100多口投產(chǎn)井中最高產(chǎn)量達到4650m3/d。

3.6 煤系氣綜合開發(fā)

在鄂爾多斯盆地東緣深部，煤系地層砂巖層段是非常有利的勘探開發(fā)層系。近年由于致密砂巖氣勘探開發(fā)成效顯著，使得致密砂巖氣、煤層氣合采研究和試驗成為熱點。同時由于儲層分類和產(chǎn)量預(yù)測、分壓合采、煤系地層中致密砂巖氣和煤層氣合采等技術(shù)的發(fā)展，使得煤系氣綜合開發(fā)成為發(fā)展的必然趨勢。大寧-吉縣、石樓西、三交北、臨興、神府都已加大煤系地層中煤系氣的勘探開發(fā)力度。

石樓西、大寧-吉縣區(qū)塊通過致密氣煤層氣綜合開發(fā)，制定了1200m以淺，主要開發(fā)煤層氣；1200米以深，主要實施煤系地層立體勘探開發(fā)的策略，試采效果良好。其中石樓西區(qū)塊，探明儲量1275.71億m3，建產(chǎn)能5億m3，日產(chǎn)量達到300萬m3。大寧吉縣區(qū)塊探明儲量242億m3，建產(chǎn)能5億m3，試采階段日產(chǎn)量達到105萬m3。

臨興區(qū)塊儲層有著氣層發(fā)育層數(shù)多,氣層厚度較大，深度淺，物性條件較好等特點。通過致密氣煤層氣綜合勘探，已建立先導(dǎo)性試驗區(qū)，進入試采階段和小規(guī)模生產(chǎn)階段。

4 結(jié)論

煤層氣勘探方向從沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣向西北準噶爾盆地南緣以及滇東黔西地區(qū)擴展、從高階煤向中低階煤延伸，低階煤煤層氣勘探開發(fā)突破，充分展示了我國煤層氣資源勘探潛力。

技術(shù)創(chuàng)新是推動煤層氣井產(chǎn)量提高的原動力。高效的勘探技術(shù)深化了地質(zhì)認識和甜點的優(yōu)選。層段壓裂開采技術(shù)、水平井分段壓裂開采技術(shù)等為多煤層、深煤層煤層氣開發(fā)提供了技術(shù)支撐。精細化智能化排采技術(shù)保障了煤層氣井的高效生產(chǎn)。目前煤層氣開發(fā)的工作重點已由大規(guī)模開發(fā)轉(zhuǎn)向低產(chǎn)井的提產(chǎn)增產(chǎn)工作。

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