謝石　高曉飛　石兆彬

摘? 要：撫順這座資源枯竭型城市，城下壓覆大量的煤炭及煤層氣資源，如果這些資源能夠被開發(fā)利用，不僅能帶動撫順經(jīng)濟的發(fā)展，還將對我國其它資源枯竭型城市的轉(zhuǎn)型升級起到借鑒作用。通過對撫順城下壓煤現(xiàn)狀及煤層賦存特征的研究，提出可先在城區(qū)中部老虎臺礦附近，選擇地面條件較好的地區(qū)施工一對水平對接試驗井（U型井），進行城下壓煤區(qū)煤層氣資源的開發(fā)利用，如果水平對接試驗井組產(chǎn)氣量較高，則進入修建輸氣管線、LNG加氣站等商業(yè)化開發(fā)利用階段。

關(guān)鍵詞：撫順煤田;城下壓煤;煤層氣;開發(fā)利用;水平對接試驗井

中圖分類號：TE37? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）31-0048-03

Abstract： Fushun， a resource-exhausted city， is overlying a large number of coal and coalbed methane resources. If these resources can be developed and utilized， they can not only promote the economic development of Fushun. It will also play a reference role in the transformation and upgrading of other resource-exhausted cities in China. Based on the study of the present situation of pressurized coal under Fushun City and the occurrence characteristics of coal seam， it is put forward that a pair of horizontal docking test wells（U-shaped wells） can be constructed in the area with better surface conditions near Laohutai Mine in the middle of urban area. To carry out the development and utilization of coalbed methane resources in the pressurized coal area under the city， if the gas production of the horizontal docking test well group is high， it will enter the stage of commercial development and utilization， such as the construction of gas pipeline， LNG filling station and so on.

Keywords： Fushun Coalfield; underground pressurized coal; coalbed methane; development and utilization; horizontal docking test well

引言

撫順煤田是一個具有近百年煤炭開采歷史的老礦區(qū)，隨著煤礦多年開采，撫順已成為資源枯竭型城市，但撫順城市下面壓覆大量的煤炭及煤層氣資源，根據(jù)以往地質(zhì)資料撫順城下壓煤區(qū)煤炭儲量為23901.5×104t，煤層氣資源量305286×104m3[1]，該區(qū)的煤層氣儲層條件較好，具有含氣量高、滲透率好及豐度值高的特點，因此在撫順煤田城下壓煤區(qū)進行煤層氣開發(fā)利用具有重要的經(jīng)濟效益和社會效益，不僅可以緩解沈陽及撫順周邊地區(qū)用氣緊張的局面，還可對其它煤炭資源枯竭型城市的煤層氣資源開發(fā)具有借鑒作用。

1 地質(zhì)特征

1.1 含煤地層及可采煤層

撫順煤田含煤地層為第三系古新統(tǒng)——始新統(tǒng)撫順群，沉積基底為太古界鞍山群石柵子組深變質(zhì)巖系與中生界白堊系下統(tǒng)龍鳳坎組砂礫巖。上覆第四系沖洪積砂礫層，含煤巖系是一套以碎屑巖為主的含煤含油頁巖系。由下至上劃分為老虎臺組、栗子溝組、古城子組、計軍屯組、西露天組和耿家街組。

主要可采煤層賦存于古城子組，為煤層氣開發(fā)的主要目的煤層，煤層頂?shù)装寰鶠樘抠|(zhì)泥巖及黑色泥巖，含豐富的孢粉組合及植物化石，組厚40-195m，煤層一般厚50-60m，最厚可達120m[2]。

1.2 構(gòu)造

撫順煤田為近東西向的不對稱向斜、單斜構(gòu)造，其北翼較陡，傾角30-60°，南翼較緩，傾角15-30°，礦區(qū)北部邊界為F1斷層。F1斷層亦為控制盆緣斷裂構(gòu)造[3]，礦區(qū)盆地內(nèi)與走向近于平行NEE-EW向的同沉積縱向正斷層，規(guī)模較大，延伸數(shù)公里。經(jīng)后期構(gòu)造影響一系列橫向斷層的剪切錯移，在礦區(qū)形成斷續(xù)次級向斜，單斜構(gòu)造，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，區(qū)內(nèi)查明斷層按其展布方向有近東西向、北東向及北西向等三個方向的三組斷裂構(gòu)造，共有八條斷層，均為正斷層[4]。見圖1。

1.3 水文地質(zhì)

撫順煤田內(nèi)含水層不發(fā)育，巖性含水性弱，除第四系沖積層含水量相對較多外，其它各類含水層含水量皆很小。煤田內(nèi)斷層帶多為泥質(zhì)、碎屑物、方解石礦脈所充填，使斷層呈閉合狀態(tài)，含水性弱。

1.4 煤質(zhì)

煤質(zhì)主要為長焰煤，煤的顏色為黑色，條痕為黑褐色，有較強的油脂或玻璃光澤，質(zhì)較硬性脆，易碎成塊，具有垂直與交叉的節(jié)理，斷口為貝殼狀及平坦狀，煤巖類型以半亮煤、亮煤為主。勝利井田煤質(zhì)的各項指標都顯示較高的煤化特征，表明有利于煤層氣的生成，一般水份為3-4%、灰份為8-15%，屬低灰、低硫、低磷煤[5]。

1.5 煤層氣含量及組分

撫順煤田各井田測試的煤層氣含量值平均為13.31m3/t。

根據(jù)煤田地質(zhì)資料，煤層氣含量是以烷烴氣為主的各種氣體混合物，其中CH4含量為97.00%、CO2含量為1.80%、O2含量為0.50%、N2含量為0.70%。

1.6 等溫吸附常數(shù)、滲透率及壓力梯度

煤田內(nèi)各井田的等溫吸附常數(shù)、滲透率及壓力梯度分別為：老虎臺礦和龍風礦吸附常數(shù)為39.4327-27.2740;勝利井田經(jīng)參數(shù)井兼采氣井實測煤儲層壓力梯度為0.868Mpa/100m、有效滲透率0.851md。

2 城下壓煤區(qū)煤層氣開發(fā)利用研究

2.1 城下壓煤區(qū)現(xiàn)狀

撫順煤田經(jīng)多年煤田地質(zhì)勘探，勘探程度較高，已達到精查階段，累計探明煤炭地質(zhì)儲量為130786.1×104t，現(xiàn)保有地質(zhì)儲量77591.3×104t。其中：城下壓煤區(qū)煤炭儲量為23901.5×104t，煤層氣資源量305286×104m3。以往撫順礦區(qū)有關(guān)單位曾在井田中部進行地面鉆井，抽放本層煤瓦斯，取得了較好的效果。東煤地質(zhì)局在井田內(nèi)施工3口煤層氣生產(chǎn)試驗井，進行了較大規(guī)模水力攜砂壓裂完井，由于施工工藝等原因排水采氣效果不理想。

從撫順城下壓煤資源分布條件來看，井田西部即勝利井田煤柱至F16斷層間條件最好，是煤層氣開發(fā)有利區(qū)塊。

本次以撫順中部老虎臺地區(qū)為主要靶區(qū)，對城市壓煤區(qū)煤層氣開發(fā)利用進行研究。撫順礦區(qū)中部為老虎臺井田，西部為勝利井田煤柱與勝利礦相接;東部為龍鳳井田煤柱與龍鳳礦毗鄰;北部為F1斷層下盤;南部為老虎臺礦現(xiàn)采區(qū)下限邊界。東西走向長5km，南北傾斜寬平均為0.5km2，面積為2.5km2。

2.2 城下壓煤區(qū)煤層氣開發(fā)利用研究

由于城下壓煤區(qū)的地面建筑物較多，區(qū)內(nèi)鉆井場地選擇性較差，所以要根據(jù)城下壓煤區(qū)的特點，井型采用水平對接井（U型井），以減少征占土地。

首先施工一對水平對接試驗井（采氣井+排水井），對本井水平井段進行分段水力壓裂、排水采氣及產(chǎn)氣量評價等工作。

如水平對接試驗井組產(chǎn)氣量較高，則進入修建輸氣管線、LNG加氣站等商業(yè)化開發(fā)利用階段。

根據(jù)撫順地區(qū)城下壓煤情況及煤層賦存特征，先在城區(qū)中部老虎臺礦附近，選擇地面條件較好的地區(qū)施工一對水平對接試驗井（U型井），設(shè)計情況如圖2所示：

采氣井（工程井）設(shè)計情況：垂直井段1000m，水平井段1200m。

排水井（參數(shù)井）設(shè)計情況：垂直井段1000m。

根據(jù)地質(zhì)資料及自然地理概況，應用三維地震解釋技術(shù)設(shè)計水平井軌跡圖，對煤層及其頂板進行精細的構(gòu)造解釋和橫向預測。

鉆進過程中使用隨鉆測井技術(shù)、隨鉆測量技術(shù)等先進的施工工藝和方法，能夠使排水井與采氣井水平井段精確對接。

采用分段壓裂方式改造煤儲層滲透性，應用電纜射孔與橋塞壓裂聯(lián)作工藝、電纜泵送橋塞-射孔工藝、鉆磨橋塞等技術(shù)完成水平井段的射孔、壓裂任務。

水平井段經(jīng)壓裂改造后，需進行排水采氣試驗。通過對排采試驗數(shù)據(jù)的實時分析，確定合理的排采工作制度，即：連續(xù)緩慢的降低井底壓力，形成良好的泄流通道，達到提高泄流能力和產(chǎn)氣量的目的。

2.3 評價

撫順煤田煤層氣資源量可靠、豐度值高，具有“小而肥”的特點，城下壓煤區(qū)煤層氣資源量為30.5×108m3，水平對接井控制煤層氣資源量2.4×108m3，單井控制資源量巨大。若采出程度按70%計算，水平對接井可累計產(chǎn)出煤層氣量為1.68×108m3。

單井日產(chǎn)氣量按40000m3計算，服務年限為11.5年，

煤層氣單價按2.5元/m3計算，年創(chuàng)造的產(chǎn)值近3650萬元，綜合分析撫順煤田城下壓煤區(qū)煤層氣開發(fā)利用具有極好的商業(yè)開發(fā)前景，不僅能夠創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益，還可為這座資源枯竭型城市的煤層氣資源開發(fā)提供后備基地，進而緩解沈陽及撫順周邊地區(qū)用氣緊張的局面。

3 結(jié)論

我國具有豐富的煤層氣資源，提升資源的勘探技術(shù)，提高資源的利用率是我們的建設(shè)理念。撫順城下壓覆大量的煤層氣資源，為了更有效地開發(fā)這部分煤層氣資源，結(jié)合該區(qū)城下壓煤情況及煤層賦存特征，認為可先在城區(qū)中部老虎臺礦附近，選擇地面條件較好的地區(qū)施工一對水平對接試驗井（U型井），進行城下壓煤區(qū)煤層氣資源的開發(fā)利用，如水平對接試驗井組產(chǎn)氣量較高，則進入修建輸氣管線、LNG加氣站等商業(yè)化開發(fā)利用階段。這項研究的成功，對撫順及全國其它地區(qū)煤炭資源枯竭型城市的轉(zhuǎn)型升級具有重要的借鑒作用。

參考文獻：

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