煤層氣勘探與開(kāi)發(fā)技術(shù)分析

唐尉翔

中石油煤層氣有限責(zé)任公司韓城分公司

煤層氣勘探與開(kāi)發(fā)技術(shù)分析

唐尉翔

中石油煤層氣有限責(zé)任公司韓城分公司

近年來(lái)，我國(guó)社會(huì)發(fā)展建設(shè)很快，各行業(yè)發(fā)展都處于蓬勃時(shí)期。在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，煤炭行業(yè)迎來(lái)了關(guān)鍵時(shí)期。我國(guó)是煤層氣儲(chǔ)量大國(guó)，但是受開(kāi)采技術(shù)條件的限制，煤層氣資源沒(méi)有得到很好的開(kāi)發(fā)和利用，工業(yè)生產(chǎn)中使用的天然氣過(guò)多的依賴于進(jìn)口，很大程度上影響了我國(guó)石油天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國(guó)家相關(guān)部門(mén)投入大量的資金用于煤層氣技術(shù)的研發(fā)，設(shè)立了重大戰(zhàn)略開(kāi)發(fā)課題，針對(duì)我國(guó)煤層氣資源的特點(diǎn)提出了技術(shù)創(chuàng)新的建議，為煤層氣開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展提供了相應(yīng)的技術(shù)支持。本文主要就煤層氣勘探技術(shù)進(jìn)行分析。

煤層氣；勘探；開(kāi)發(fā)技術(shù)

引言

近年來(lái)，中國(guó)政府非常重視煤層氣的勘探開(kāi)發(fā)和利用，國(guó)內(nèi)自營(yíng)勘探和對(duì)外合作均顯成效，在單井排采和小規(guī)模井組排采中均取得了商業(yè)性突破。大規(guī)模煤層氣開(kāi)發(fā)對(duì)于改善中國(guó)能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)大氣環(huán)境、保證煤礦安全生產(chǎn)和提高人民生活質(zhì)量都有重要意義。

1 煤層氣勘探與開(kāi)發(fā)技術(shù)體系簡(jiǎn)介

煤層氣存儲(chǔ)系統(tǒng)是復(fù)雜且特殊的系統(tǒng)，特殊性在于儲(chǔ)層為“有機(jī)儲(chǔ)層”—煤層，每層的主要成分為可開(kāi)采的煤礦，這種儲(chǔ)層地質(zhì)環(huán)境導(dǎo)致煤層氣存儲(chǔ)狀態(tài)、控氣地質(zhì)環(huán)境、產(chǎn)出機(jī)理以及開(kāi)采方式與傳統(tǒng)的天然氣資源開(kāi)采相比具有較大的差異性。

從狹義層面上來(lái)說(shuō)，可以分為勘探與開(kāi)發(fā)兩種類型，煤層氣的勘探技術(shù)與常規(guī)的石油天然氣勘探技術(shù)相類似。但是從廣義上來(lái)講，煤層氣勘探與地面開(kāi)發(fā)技術(shù)無(wú)法明顯的分開(kāi)，因?yàn)榭碧诫A段本身就需要試采評(píng)價(jià)，并在試采評(píng)價(jià)的后期可以直接發(fā)展為地面開(kāi)發(fā)井模式。勘探的目標(biāo)是探明在何處可以進(jìn)行煤層氣開(kāi)采，而開(kāi)采的目的是用何種技術(shù)開(kāi)采。

2 我國(guó)煤層氣勘探與開(kāi)發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀

2.1 地質(zhì)選區(qū)，對(duì)中國(guó)的煤層氣地質(zhì)條件、資源分布情況進(jìn)行了初步的研究和分析，認(rèn)識(shí)到中國(guó)成煤時(shí)代和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的多期性、構(gòu)造變動(dòng)的復(fù)雜性、煤階的多樣性以及煤巖低滲低壓的普遍性，總結(jié)出中國(guó)煤層氣地質(zhì)選區(qū)基本原則是：盆地面積大、構(gòu)造變形相對(duì)簡(jiǎn)單、煤層厚(單層煤厚大于2m)、噸煤含氣量高(大于8m3/t)、滲透率好(大于1×10-3μm2)、封蓋條件好、飽和度高(85%)、地層壓力相對(duì)高。

2.2 地球煤層氣物理勘探技術(shù)主要包括遙感、測(cè)井以及地震三個(gè)技術(shù)系列。遙感勘探技術(shù)所獲取的地質(zhì)信息相對(duì)較少，應(yīng)用局限性很大，發(fā)展前景不甚明朗；測(cè)井技術(shù)的應(yīng)用中含氣量、煤質(zhì)、煤巖力學(xué)性質(zhì)的測(cè)量大多數(shù)依靠技術(shù)工人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)際檢測(cè)到的數(shù)值給出一個(gè)大概的數(shù)據(jù)分析范圍，測(cè)量精確性難以保證，因而實(shí)際應(yīng)用范圍也較??；地震勘探技術(shù)是目前比較常用的、測(cè)量結(jié)果較為精確的勘探技術(shù)方法，但是相應(yīng)地質(zhì)環(huán)境的測(cè)量仍舊受技術(shù)裝備發(fā)展情況的限制，勘探精度和解釋結(jié)果的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提升。

在煤層氣取芯環(huán)節(jié)上多采用繩索取芯鉆進(jìn)技術(shù)，該技術(shù)在中、高煤階煤層氣勘探工作中應(yīng)用較為廣泛，實(shí)用性也比較強(qiáng)，但是對(duì)于低煤階煤層氣來(lái)說(shuō)，由于煤層對(duì)煤層氣的吸附能力較差，分布的游離氣體較多，直接導(dǎo)致取芯技術(shù)中的煤層含氣量測(cè)量結(jié)果失真，影響了煤層氣儲(chǔ)量的客觀評(píng)價(jià)。因此如何進(jìn)一步研究高保真、成本低、操作簡(jiǎn)單的取芯鉆井技術(shù)是解決當(dāng)下煤層勘探工作質(zhì)量低下的重要課題之一。

2.3 煤層氣地面井排采技術(shù)，近年來(lái)我國(guó)才剛剛開(kāi)始研究煤層氣地面排采技術(shù)，取得了一定的成效。但是需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)適用于我國(guó)復(fù)雜地形地貌環(huán)境的排采管理與裝備技術(shù)體系。有桿類排采技術(shù)是一種較為成熟的煤層氣排采技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用效果不甚理想，且效率低下。從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，電潛泵法和氣舉法對(duì)煤層氣開(kāi)采具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是這兩種技術(shù)也存在一定的局限性，加強(qiáng)這兩種排采技術(shù)的研究與應(yīng)用對(duì)于進(jìn)一步發(fā)展我國(guó)油氣開(kāi)采產(chǎn)業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。就煤層氣井產(chǎn)能動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)模擬系統(tǒng)而言，未來(lái)的模擬軟件將以多孔多滲透、多場(chǎng)多機(jī)理耦合、多組分模型為基礎(chǔ)，具備排除其他雜質(zhì)氣體的影響、提升模擬精度、提升煤層氣收采率的強(qiáng)大功能，這也是未來(lái)煤層氣井開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的一個(gè)主要方向。

2.4 煤層氣地面井增產(chǎn)技術(shù)

目前，我國(guó)常用的煤層氣增產(chǎn)技術(shù)是水力壓裂技術(shù)系統(tǒng)，但是壓裂過(guò)程中無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)觀測(cè)和采集，因此需要通過(guò)建模以及物理探測(cè)手段進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬并予以觀測(cè)。但是作為有機(jī)儲(chǔ)層的煤層與天然的無(wú)機(jī)儲(chǔ)層在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上存在根本性的差異，因此相應(yīng)的模型設(shè)計(jì)方案也應(yīng)該有所不同，兩者應(yīng)該區(qū)別對(duì)待。從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，多元?dú)怏w注入置換開(kāi)采技術(shù)的增產(chǎn)效果較為明顯，應(yīng)該成為我國(guó)煤層氣開(kāi)采行業(yè)發(fā)展的主要方向，但是該技術(shù)目前仍舊處于試驗(yàn)階段，距離大范圍的應(yīng)用還存在較大差距。

3 我國(guó)典型地區(qū)煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)趨勢(shì)分析

3.1 測(cè)井技術(shù)將帶動(dòng)煤層氣從定性到定量方向發(fā)展

目前對(duì)于煤層特征的研究較為全面，能夠基本上解決對(duì)煤層氣儲(chǔ)層的識(shí)別，但是利用常規(guī)的方法對(duì)煤層氣中雙孔隙等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)缺少針對(duì)性。需要從煤層氣儲(chǔ)層自生自儲(chǔ)、結(jié)構(gòu)特征等幾方面出發(fā)進(jìn)行煤層氣的研究，全面系統(tǒng)的應(yīng)用研究煤層氣的的測(cè)井方法是進(jìn)行煤層氣測(cè)井技術(shù)應(yīng)用研究的必由之路。

3.2 煤心刻度測(cè)井技術(shù)

對(duì)于研究煤層氣中的巖石物理參數(shù)的工作開(kāi)展并不多，在一定程度上限制了傳統(tǒng)的測(cè)井方法在煤層氣勘探開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用，在對(duì)煤層氣的研究中利用非線性的特征，開(kāi)展利用高分辨率成像的研究對(duì)煤心的物理性質(zhì)質(zhì)進(jìn)行研究，又對(duì)參數(shù)隨機(jī)建模，開(kāi)發(fā)出更具有實(shí)用性的評(píng)價(jià)體制，促進(jìn)評(píng)價(jià)的完整性。煤心刻度測(cè)井技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用對(duì)煤層氣儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)具有重要的意義。

結(jié)束語(yǔ)

總之，針對(duì)我國(guó)復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境和開(kāi)采環(huán)境，很多勘探和開(kāi)采技術(shù)具有應(yīng)用局限性，需要科研人員研發(fā)更加先進(jìn)的勘探和開(kāi)采技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在時(shí)代的發(fā)展中，相關(guān)人員一定要注意對(duì)技術(shù)的掌握，為煤層氣勘探的順利開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。

[1]謝治國(guó)，王巧麗，張宇，熊鑫，陳昌渝，張濤.煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的巖石力學(xué)與壓裂關(guān)鍵技術(shù)研究[J].化工管理，2016，33：112.

[2]龍昱光，張研，董世泰.勘探、評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)階段地震技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵問(wèn)題分析[J].中國(guó)石油勘探，2016，06：9-17.

[3]劉小磊，吳財(cái)芳，秦勇，楊兆彪，李勇.我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)適應(yīng)性及趨勢(shì)分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2016，10：58-64.