淺談煤層氣勘查井位設(shè)計(jì)原則

陳毓翯 白曉麗 董穎

(遼寧省地質(zhì)學(xué)會(huì),遼寧沈陽(yáng) 110000)

淺談煤層氣勘查井位設(shè)計(jì)原則

陳毓翯 白曉麗 董穎

(遼寧省地質(zhì)學(xué)會(huì),遼寧沈陽(yáng) 110000)

合理的井位設(shè)計(jì)是煤層氣資源勘探開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ),不僅能夠降低勘探開(kāi)發(fā)成本、取得良好的工程效果,保障煤層氣開(kāi)發(fā)的順利實(shí)施,并且可以大幅度提高煤層氣井產(chǎn)能與經(jīng)濟(jì)效益。本文主要是結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗(yàn),對(duì)煤層氣勘探有利區(qū)評(píng)價(jià)參數(shù)和井位設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了分析和探討,以供與業(yè)內(nèi)人士之間的交流學(xué)習(xí)。

煤層氣 井位 有利區(qū)

1 引言

煤層氣勘查井位設(shè)計(jì)的首要步驟是確定研究區(qū)的煤層氣資源勘探有利區(qū),因此煤層氣選區(qū)評(píng)價(jià)是進(jìn)行井位設(shè)計(jì)的前提,是煤層氣開(kāi)發(fā)規(guī)劃的重要內(nèi)容,直接關(guān)系到未來(lái)氣井產(chǎn)能以及煤層氣開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)性。現(xiàn)將國(guó)內(nèi)煤層氣選區(qū)評(píng)價(jià)參數(shù)及原則闡述如下。

2 選區(qū)評(píng)價(jià)的重要參數(shù)分類

煤層氣的富集成藏條件和采氣方式與常規(guī)油氣以及固體煤不同,其選區(qū)評(píng)價(jià)參數(shù)也有其特殊性。對(duì)煤層氣開(kāi)采選區(qū)評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行量化分類,不僅有利于選區(qū)的對(duì)比分析,而且可使評(píng)價(jià)原則進(jìn)一步規(guī)范化。針對(duì)煤層氣選區(qū)評(píng)價(jià)重要參數(shù)分類闡述如下。

2.1 資源類型參數(shù)

資源量是構(gòu)成煤層氣開(kāi)發(fā)利用的物質(zhì)基礎(chǔ)。只有具備一定厚度、一定分布面積、一定含氣量,分布較穩(wěn)定的煤層才能提供具有開(kāi)發(fā)價(jià)值的煤層氣資源。

(1)煤層厚度:含氣量相同情況下,隨著煤層厚度增大,煤層氣資源量、產(chǎn)層厚度也增加,利于煤層氣的儲(chǔ)集、產(chǎn)出。煤層太薄,資源豐度和產(chǎn)氣量將達(dá)不到經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的要求,應(yīng)排除在選區(qū)之外。(2)含煤面積和煤層穩(wěn)定性:含煤面積大,煤層分布穩(wěn)定,則資源的分布穩(wěn)定,對(duì)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)有利。選區(qū)評(píng)價(jià)要求含煤面積達(dá)到部署一套開(kāi)發(fā)井網(wǎng)所需的面積,且主要煤層在該面積內(nèi)穩(wěn)定分布。(3)含氣量:實(shí)際工作中,主要是采取對(duì)煤心進(jìn)行直接測(cè)定獲得。這種測(cè)定方法相對(duì)簡(jiǎn)單,測(cè)定結(jié)果也相對(duì)準(zhǔn)確。含氣量越高,煤層氣地質(zhì)條件越優(yōu)越。(4)含氣飽和度:實(shí)測(cè)含氣量是煤心解吸得到的含氣量,理論含氣量是吸附等溫線上與原始地層壓力對(duì)應(yīng)的含氣量。飽和度越高,煤層氣資源越富集。(5)資源量豐度:資源豐度指單位面積內(nèi)的煤層氣資源數(shù)量,資源豐度越高,越有利于煤層氣的產(chǎn)出。(6)地解比:臨界解吸壓力愈接近原始地層壓力,高產(chǎn)富集條件逾優(yōu)越。

2.2 滲透性類型參數(shù)

(1)孔隙半徑:孔隙半徑小于0.1μm的小孔和微孔發(fā)育的煤巖熱演化程度高,生氣量大,內(nèi)表面大,一般含氣飽和度高。(2)滲透率:滲透率是衡量煤層氣開(kāi)發(fā)難易程度的重要指標(biāo),對(duì)于含氣煤層的采收率和產(chǎn)量起決定性作用。煤層滲透率越大,氣井的泄氣范圍就越寬闊,產(chǎn)量也就越高。(3)地應(yīng)力:地應(yīng)力是影響滲透性的主要地質(zhì)因素之一,地應(yīng)力越高,對(duì)煤層滲透性越不利。(4)自然裂縫特征:煤層滲透率主要是由割理、構(gòu)造裂隙等裂縫系統(tǒng)提供。發(fā)育密度大、延伸長(zhǎng)、張開(kāi)度寬、無(wú)充填的裂縫對(duì)滲透率有利。

2.3 吸附/解吸特征類型參數(shù)

煤層吸附/解吸特征參數(shù),是一組由煤巖等溫吸附線、含氣量、儲(chǔ)層壓力聯(lián)用的參數(shù)。包括蘭氏體積、蘭氏壓力、臨界解吸壓力、含氣飽和度等。通常蘭氏體積越大、蘭氏壓力越小,反映煤對(duì)甲烷的吸附能力越強(qiáng)。臨界解吸壓力是煤層氣地質(zhì)評(píng)價(jià)中的一項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù),它與煤儲(chǔ)層壓力的比值(即臨界解吸壓力/煤儲(chǔ)層壓力)反映煤層的含氣飽和度,該比值越高,說(shuō)明煤層的含氣飽和度越高,對(duì)煤層氣的開(kāi)發(fā)越有利。

2.4 水文地質(zhì)類型參數(shù)

水文地質(zhì)條件對(duì)煤層氣開(kāi)發(fā)的影響較為復(fù)雜,難以用簡(jiǎn)單參數(shù)的形式表達(dá)水文條件的影響。通常采用綜合分析的方法綜合評(píng)價(jià)水文地質(zhì)條件的優(yōu)劣。

(1)地層含水性:煤層及其附近地層含水性強(qiáng),鉆孔涌水量過(guò)大,對(duì)煤層的排水降壓和煤層氣的解吸產(chǎn)出不利;水壓頭高時(shí),對(duì)煤層氣保存和滲透性有利,欠壓時(shí)相對(duì)不利。(2)地層水化學(xué)特征:水的礦化度過(guò)高,超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)或含有某些有害元素時(shí),為避免對(duì)環(huán)境的污染,就要對(duì)產(chǎn)出水進(jìn)行處理,從而增大煤層氣的開(kāi)采成本。(3)煤層特征類型參數(shù)此參數(shù)是煤巖所固有的特性,包括煤級(jí)(煤巖的演化程度)、灰份含量、煤巖類型、煤巖結(jié)構(gòu)等參數(shù)。

3 煤層氣勘探地質(zhì)選區(qū)評(píng)價(jià)的原則

國(guó)外煤層氣勘探在選區(qū)評(píng)價(jià)上充分考慮地質(zhì)條件、資源量、供氣環(huán)境及下游工程、投資效益等因素;在目標(biāo)評(píng)價(jià)上充分考慮構(gòu)造、煤層埋深、含氣量與含氣飽和度、滲透率等條件。根據(jù)中國(guó)煤層氣高產(chǎn)富集特點(diǎn),參考國(guó)外煤層氣選區(qū)評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn),對(duì)中國(guó)煤層氣選區(qū)提出如下評(píng)價(jià)原則。

(1)處于盆地斜坡或埋藏適中的向斜區(qū),構(gòu)造活動(dòng)為高應(yīng)力背景下相對(duì)低應(yīng)力區(qū)。地應(yīng)力一般小于100Mpa。(2)煤層分布廣,面積大,主力煤層分布穩(wěn)定,煤層氣遠(yuǎn)景資源量大于100×108m3,資源豐度應(yīng)在中等以上(大于0.5×108m3/km2)。(3)可采煤層埋深500～1500m最佳,避開(kāi)強(qiáng)水循環(huán)甲烷風(fēng)化帶和低解吸率的煤層滲透帶。(4)單井煤層總厚度大于10m,煤層內(nèi)單層厚度大0.6m?？偤穸刃∮?m的煤層一般不具備商業(yè)性開(kāi)采價(jià)值;總厚度為3～10m的煤層分布區(qū)煤層氣穩(wěn)產(chǎn)期短,開(kāi)采經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高;就單一煤層而言,單層厚度應(yīng)大于0.6m,才具有與上、下煤層分層壓裂合采的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。(5)煤層頂?shù)装逵写笥?0m、封閉性好的直接蓋層,并有一套厚度大、分布穩(wěn)定的區(qū)域性蓋層,煤層段內(nèi)無(wú)大含水層。(6)煤層含氣量大于8m3/t,鏡質(zhì)組一般含量大于70%。國(guó)內(nèi)外已開(kāi)發(fā)的煤層氣氣田主力區(qū)塊平均含氣量均超過(guò)15m3/t(較高含氣量級(jí)別),而低含氣量(小于8m3/t)地區(qū)單井產(chǎn)氣量一般小于1500m3/d,無(wú)商業(yè)性開(kāi)采價(jià)值。(7)煤層氣可解吸率在70%以上,含氣飽和度大于50%。一些煤層氣高產(chǎn)富集區(qū)塊均為高飽和度氣藏:圣胡安盆地為90～98%,黑勇士盆地為92～99%,沁水煤層氣田為85～95%,鄂爾多斯盆地東部柳林地區(qū)局部為80%。中等飽和氣藏穩(wěn)產(chǎn)效果差,產(chǎn)氣量低,地解壓差大,開(kāi)采成本高。如沁水盆地東部屯留地區(qū),河北大城地區(qū)。低飽和氣藏一般無(wú)工業(yè)開(kāi)采價(jià)值。(8)地解比高,臨界解吸壓力接近原始地層壓力,比值＞0.6最佳。一些煤層氣高產(chǎn)富集區(qū)塊均為高飽和度、高地解比;中等飽和度氣藏不僅穩(wěn)產(chǎn)效果差、產(chǎn)氣量低,且因地解壓差大而開(kāi)采成本高;低飽和度氣藏一般無(wú)商業(yè)性開(kāi)采價(jià)值,如沁水盆地屯留地區(qū),含氣飽和度僅為26%～70%。(9)煤層氣探區(qū)地形相對(duì)平緩,交通相對(duì)方便,修路平場(chǎng)工作量較小。不僅現(xiàn)在勘探施工條件好,而且將來(lái)的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)期也容易形成規(guī)模,節(jié)省成本。

4 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)已有煤層氣選區(qū)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)中煤階煤層制定,但不同煤階煤層吸附性、滲透性、機(jī)械性質(zhì)等存在明顯差異,產(chǎn)氣規(guī)律也有所不同,對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)技術(shù)也不同,因此現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)使低煤階和高煤階煤層的煤層氣的選區(qū)評(píng)價(jià)受到制約。在具體選區(qū)中,不同地區(qū)的影響因素不同,選區(qū)評(píng)價(jià)時(shí)考慮的條件亦有所側(cè)重。因此,在具體應(yīng)用以上各項(xiàng)普遍原則時(shí),需要靈活掌握,具體問(wèn)題具體分析,建立適合中國(guó)目前技術(shù)條件下煤層氣選區(qū)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),以便更好的完成選區(qū)評(píng)價(jià)工作。

[1]曹愛(ài)國(guó),王明壽,于瑞芹.煤層氣選區(qū)和評(píng)價(jià)的若干問(wèn)題探討[J].中國(guó)煤田地質(zhì),2001,13(02):24-26．

[2]高瑞琪,趙政璋.中國(guó)油氣新區(qū)勘探第七卷[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001,54-60．

[3]張俊虎,劉君．煤層氣井網(wǎng)布置優(yōu)化設(shè)計(jì)的探討[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),2008,18(10):210-212．

[4]巫修平,姜在炳.基于下石節(jié)井田煤層氣井位選擇原則探討[J].中國(guó)煤層氣,2009,06(06):21-24.