沁水盆地煤層氣勘探開發(fā)回顧與展望

趙賢正

(副總經(jīng)理, 中國石油華北油田分公司)

發(fā)展新能源是保障國家能源安全的一項戰(zhàn)略舉措, 而開發(fā)煤層氣是中國石油貫徹落實國務院關于改善能源結(jié)構、加強安全環(huán)保等重要指示精神, 履行經(jīng)濟、政治和社會責任, 實現(xiàn)科學發(fā)展的實際行動。按照《中國石油新能源業(yè)務“十一五”發(fā)展規(guī)劃》中提出的“以積極態(tài)度, 集中力量, 以山西沁水盆地煤層氣田規(guī)模開發(fā)為主, 穩(wěn)妥、有序、有效推動煤層氣開發(fā), 努力為經(jīng)濟社會發(fā)展提供更清潔、更經(jīng)濟的能源保障”的指示精神, 華北油田公司把加快煤層氣勘探開發(fā)、增強自主創(chuàng)新能力, 作為推進公司健康發(fā)展的重要序列之一, 并對煤層氣勘探開發(fā)工作提出了明確的工作目標、工作思路和“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略, 努力推動煤層氣勘探開發(fā)的大發(fā)展。

沁水盆地總面積2．7 萬km2, 煤層氣總資源量為3．97 萬億m3, 占全國總量的10．8%, 其中1000以淺的煤層氣資源量為1．9 萬億m3。目前投入商業(yè)開發(fā)的區(qū)域主要位于沁水盆地南部中國石油礦權區(qū), 面積5169km2, 煤層氣資源量1．08 萬億m3。

沁水盆地以油氣為目的的勘探工作始于1957年, 大致可劃分為五個階段：

第一階段 (1957～1975 年) ： 以古生界為對象的石油地質(zhì)普查階段, 此階段進行了1∶20 萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查及石油地質(zhì)普查, 1962 年由山西省地質(zhì)局212 隊在灣里構造完成的第一口石油勘探井灣1井, 該階段未發(fā)現(xiàn)油氣藏, 其結(jié)論是缺乏生烴條件。

第二階段 (1976～1979 年) ： 晉中斷陷上第三系石油普查階段; 在以古生界為對象石油地質(zhì)普查失利后, 又轉(zhuǎn)向鄰區(qū)晉中斷陷上第三系進行石油普查。先后鉆井19 口, 經(jīng)鉆探未見油氣顯示。

第三階段 (1980～1993 年) ： 以沁水盆地上古生界煤成氣為目的的普查階段。煤成氣普查勘探主要在盆地中一北部進行, 目的是尋找常規(guī)圈閉氣藏, 重點對局部構造進行詳查和鉆探, 共施工9 口探井, 僅陽1 井獲工業(yè)氣流。

第四階段 (1994～2004 年) ： 包括整個沁水盆地和以晉城、陽泉地區(qū)為核心進行的綜合評價、富氣條件和選區(qū)研究階段。1994 年以來, 中國石油天然氣總公司新區(qū)事業(yè)部煤層氣勘探項目經(jīng)理部、晉城礦務局、中聯(lián)煤層氣有限責任公司三個單位對沁水盆地開展了煤層氣勘探和開發(fā)試驗評價。該階段取得比較大的突破, 其中晉城礦務局與美國IMC公司合作, 1994 年在潘莊井田施工潘2 井, 1995～1998 年又分別施工潘1、3、4、5、6、7 井, 并進行井組試采開發(fā)試驗, 基本獲得成功。中聯(lián)煤層氣有限責任公司于1997～1999 年, 在工區(qū)及周圍先后施工煤層氣參數(shù)井和試驗井6 口 (TL - 002、TL- 003、TL - 004、TL - 006、TL - 007、TL - 008) ,并對大部分井進行了排采試驗,其中, TL - 003、TL- 006 井情況較好。中國石油天然氣總公司新區(qū)事業(yè)部煤層氣勘探項目經(jīng)理部, 于1997 年在樊莊區(qū)施工晉試1 井, 壓裂后排采, 日產(chǎn)氣量最高達4200 方。1998～1999 年, 在樊莊區(qū)完成晉試1 井組—晉1- 1、1- 2、1- 3、1- 4、1- 5 共5 口井和晉試2、3、4 三口評價井, 在鄭莊區(qū)完成晉試6 評價井和晉試5 預探井的鉆探, 并對晉試1 井組進行試采, 取得成功。2000 年又對晉試2、3、4、5、6 井分別進行了試采, 均獲得成功, 日產(chǎn)氣量在3000方左右。

第五階段 (2005～現(xiàn)今) ： 沁水盆地南部煤層氣的規(guī)模開發(fā)階段。從2004 年7 月開始, 由華北油田公司負責沁水煤層氣田的勘探開發(fā)工作, 2005年12 月15 日, 以樊莊區(qū)塊煤層氣羽狀水平井晉平2 井組的開鉆為標志, 拉開了煤層氣田大規(guī)模開發(fā)建設的序幕。經(jīng)過短短五年多時間, 完成了以煤層氣中央處理廠投產(chǎn)為標志的樊莊區(qū)塊6 億m3產(chǎn)能建設, 探明了我國第一個具有千億立方米大型、整裝、高豐度、高階煤煤層氣田, 建成中國第一個數(shù)字化、規(guī)模化煤層氣田示范工程。依托西氣東輸主干線在國內(nèi)率先實現(xiàn)大規(guī)模的煤層氣管網(wǎng)外輸, 并實現(xiàn)了商業(yè)化運營。煤層氣開發(fā)由建設期轉(zhuǎn)入生產(chǎn)管理與產(chǎn)能建設并存期, 由大規(guī)模投入期轉(zhuǎn)入效益回報期。

沁水盆地為高階煤發(fā)育區(qū), 氣藏具有低壓、低滲、低飽和、非均質(zhì)性強的特征, 開采難度大。目前由于我國煤層氣勘探開發(fā)尚處于起步階段, 技術儲備不足。為加快煤層氣業(yè)務的快速發(fā)展, 針對沁水盆地煤層氣開發(fā)過程中面臨的地質(zhì)理論、開采方式、增產(chǎn)工藝、排采技術等關鍵難題進行攻關。通過以“創(chuàng)新地質(zhì)認識、攻克瓶頸技術、提高單井產(chǎn)量、形成配套系列”為工作目標, 成立專門研究和生產(chǎn)機構, 吸收各個專業(yè)的技術人才, 通力合作,采取“邊研究、邊試驗、邊應用、邊完善”的模式開展技術攻關和現(xiàn)場試驗, 先后承擔了國家《山西沁水盆地煤層氣水平井開發(fā)示范工程》重大科技專項以及“973”項目, 中國石油《沁水盆地高階煤煤層氣勘探開發(fā)關鍵技術研究》、《煤層氣開采先導試驗基地》等重大科技專項, 持續(xù)開展技術攻關,并將研究取得的新成果、新認識及時應用到現(xiàn)場試驗, 取得了很好的效果, 為煤層氣的高效勘探開發(fā)提供堅強的技術保障。

通過研究和實踐, 主要在以下四個方面取得了突破并獲得重要的認識： 一是建立沁水煤層氣田富集成藏模式, 形成山地淺層煤層二維地震精細解釋、煤儲層物性核磁共振分析技術, 建立一套多層次評價指標體系及富集高滲儲層預測方法, 揭示地下水滯留區(qū)構造翼部富集高產(chǎn)規(guī)律, 為沁水南部煤層氣田的高效勘探開發(fā)提供理論基礎。二是明確了煤層氣井產(chǎn)能控制因素, 地質(zhì)條件、工程技術和排采控制是影響單井產(chǎn)量的三大主要因素, 直井和水平井的產(chǎn)能主要受壓裂效果和水平分支產(chǎn)狀的制約。三是形成煤層氣井位、井網(wǎng)、井距、井型等開發(fā)方式優(yōu)化技術, 明確了最優(yōu)井型及設計指標。四是揭示了煤層氣直井、水平井排采規(guī)律, 提出了排采控制原則, 并實現(xiàn)排采井的智能調(diào)控。

應用煤層氣勘探開發(fā)地質(zhì)認識和配套技術研究, 優(yōu)選出鄭莊里必、東大兩個有利建產(chǎn)區(qū)塊, 完成鄭莊9 億m3產(chǎn)能建設方案編制; 提出了水平井設計以及井型優(yōu)選、井網(wǎng)、井距優(yōu)化方案; 創(chuàng)新形成了低產(chǎn)井解堵和防煤灰、防卡泵工藝技術; 實現(xiàn)了煤層氣井的智能排采控制。新增煤層氣探明儲量700 億m3, 煤層氣日產(chǎn)量由2009 年9 月投產(chǎn)時的50 萬m3提高到2010 年11 月份的130 萬m3。并為沁水盆地煤層氣的高效開發(fā)提供堅強的技術支撐。

通過產(chǎn)學研用有機結(jié)合, 實現(xiàn)了攻關目標, 取得重要的理論和技術創(chuàng)新, 應用效果十分顯著, 目前已經(jīng)取得了三項理論成果和五項配套技術, 獲得三項實用新型專利, 參加發(fā)布企業(yè)標準一項。

沁水盆地高階煤煤層氣勘探開發(fā), 推動了華北油田新能源新領域的突破, 為華北油田乃至中國石油加快轉(zhuǎn)變發(fā)展方式開辟了一條新路?！笆濉奔拔磥硪欢螘r間, 華北油田將認真按照國務院和集團公司要求, 堅持不懈的以建設華北油田公司“七大序列”特別是建好煤層氣業(yè)務領先增長序列為契機, 努力推進煤層氣勘探開發(fā)技術水平再上新臺階, 重點是在煤層氣的資源評價、煤層氣富集高產(chǎn)規(guī)律、煤層氣不同井型井網(wǎng)優(yōu)化和規(guī)模應用、煤層氣增產(chǎn)技術和煤層氣排采技術方面取得更多、更大的成果, 為今后更大規(guī)模開展煤層氣勘探開發(fā)提供理論和生產(chǎn)指導。

2010 年底華北油田沁水盆地累計探明煤層氣地質(zhì)儲量達到1070 億m3, 已成為中國石油上市十年來發(fā)現(xiàn)的第13 個千億立方米級天然氣田之一,“十二五”末我們將努力實現(xiàn)探明儲量3000 億m3以上, 實現(xiàn)建成生產(chǎn)能力40 億m3以上的宏偉目標。

經(jīng)過多年的勘探和開發(fā)實踐認為： 常規(guī)能源的短缺是推動煤層氣發(fā)展的客觀要求; 清潔能源的需求是推動煤層氣發(fā)展的大勢所趨; 政策扶持和資金投入是推動煤層氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的先決條件; 技術進步是實現(xiàn)煤層氣規(guī)模高效開發(fā)的根本保障。