貴州煤層氣地質(zhì)特點(diǎn)與勘探開發(fā)對(duì)策分析

陳興祥，鄧 宇

（貴州天然氣能源投資股份有限公司，貴州貴陽 550081）

近些年貴州不斷提高煤氣層勘探開發(fā)的速度，在六盤水和畢節(jié)等地突破煤氣層工業(yè)發(fā)展，提高了煤氣層企業(yè)的經(jīng)營(yíng)信心，并且引起全國(guó)的關(guān)注。貴州煤層氣資源主要儲(chǔ)存在晚二疊系龍?zhí)督M和長(zhǎng)興組，貴州煤層氣資源量居于全國(guó)第二。在“十三五”發(fā)展期間，貴州省政府提出“氣化貴州”的發(fā)展目標(biāo)，明確貴州能源產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)是煤層氣，并且計(jì)劃在省內(nèi)建設(shè)兩到三個(gè)煤氣層開發(fā)示范基地，因此需要客觀地認(rèn)識(shí)貴州煤層氣地質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合貴州煤層氣地質(zhì)特征提出合適的煤層氣窺探開發(fā)技術(shù)。因此本文分析了貴州煤層氣地質(zhì)特點(diǎn)，并且通過貴州煤層氣開發(fā)工程總結(jié)適合貴州煤層氣地質(zhì)特點(diǎn)的勘探開發(fā)對(duì)策，指明貴州煤層氣開發(fā)工作的技術(shù)方向，為貴州煤層氣勘探開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 貴州煤層氣地質(zhì)條件特征

貴州煤層氣形成期在晚二疊世龍?zhí)镀?，在我?guó)南方地區(qū)，貴州煤層氣資源占據(jù)較大的優(yōu)勢(shì)，在構(gòu)造演化過程中經(jīng)過多起發(fā)展，發(fā)生了強(qiáng)烈的分異，在沉積發(fā)展過程中發(fā)生了海陸交互和平面分異等，因此導(dǎo)致貴州煤層氣地質(zhì)條件比較鮮明。通過了解貴州煤層氣的地質(zhì)特點(diǎn)，可以制定出科學(xué)的勘探開發(fā)措施，同時(shí)可以提高貴州煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)的針對(duì)性。

1.1 一弱

龍?zhí)督M含煤地層具有較差的富水性，地下水缺乏動(dòng)力，整體流量比較少。煤礦床的補(bǔ)給水源通常是降雨，因此當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件非常簡(jiǎn)單。通常是在碎屑巖地層中存在煤層。煤層和灰?guī)r以及地表水之間具有相對(duì)隔水層。斷層帶和破碎帶具有較弱的富水性和導(dǎo)水性，無法形成水力聯(lián)系通道，煤層和地表水之間不存在水力聯(lián)系。這一特征是因?yàn)橘F州煤層氣具有較高含氣量，如選用常規(guī)技術(shù)不利于開采貴州煤層氣。

1.2 兩多

貴州煤層氣具有較多的空氣構(gòu)造類型和煤層層數(shù)。在后期改造工作的影響下，貴州煤層氣不斷被分割，形成多個(gè)獨(dú)立次級(jí)向斜單元。貴州煤層氣總體構(gòu)造特征是向斜控氣。針對(duì)整個(gè)區(qū)域，貴州六盤水煤田主要類型是隔槽和隔擋式褶曲，斷層具有多樣性的性質(zhì)，并且已經(jīng)嚴(yán)重破壞現(xiàn)有的煤層結(jié)構(gòu)?？椉{煤田的主要類型為短軸式褶曲，整體結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，并且完好地保存煤層結(jié)構(gòu)。上二疊一共具有8～58層的煤，其中可以開采的是1～24層，因?yàn)榫勖浩诖蟮貥?gòu)造背景存在制約作用，導(dǎo)致貴州煤層氣不同于其他地區(qū)的地質(zhì)條件，因此需要提出新的思路和方法開發(fā)煤層氣。

1.3 三高

貴州煤層氣資源豐度比較高，具有較高的含氣量和地應(yīng)力以及儲(chǔ)層壓力。煤層具有較高的含氣量和資源豐度，說明貴州煤層氣具有豐富的資源，儲(chǔ)層能量非常大，貴州煤層氣具有較高的儲(chǔ)層壓力和地應(yīng)力，說明當(dāng)?shù)貪B透率比較低，等效煤儲(chǔ)層處于欠壓的狀態(tài)。

1.4 四大

四大指的是貴州煤氣層資源量和煤級(jí)變化，以及煤層滲透性變化、地質(zhì)條件垂向變化比較大，貴州地區(qū)煤層氣資源量非常高，在全國(guó)煤層氣資源總量中占據(jù)18%以上，占據(jù)華南地區(qū)總量的63%以上。貴州地區(qū)的主要煤炭資源為變質(zhì)煙煤——高煤級(jí)煤，同時(shí)還產(chǎn)出肥煤——無煙煤等，整體煤級(jí)呈現(xiàn)帶狀分布，這是構(gòu)造條件帶來的結(jié)果，含煤地層的地下流體缺乏交換，因此不同煤層群具有獨(dú)立的煤層氣系統(tǒng)。

2 貴州煤氣層開采工藝的適應(yīng)性

2.1 連續(xù)油管壓裂工藝技術(shù)

當(dāng)前在煤氣層開車帶過程中廣泛利用連續(xù)油管壓裂工藝技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)的成本比較低，同時(shí)具有較高的工作效率，排量非常大，并且具有較高的產(chǎn)量。連續(xù)油管壓裂工藝技術(shù)利用連續(xù)油管，注入支撐劑和壓裂液，對(duì)于儲(chǔ)層實(shí)施壓裂改造。

在煤層層數(shù)較多的煤層適合利用連續(xù)油管壓裂工藝技術(shù)，可以分層壓裂薄煤層的小井眼。貴州龍?zhí)督M煤層具有較弱的富水性，并且層次較多，煤炭埋藏比較淺，因此適合利用連續(xù)油管壓裂工藝技術(shù)。

2.2 水力壓裂工藝技術(shù)

水力壓裂工藝技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)煤氣層增產(chǎn)目標(biāo)，最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方案是組合利用清潔壓裂液和活性水壓裂液以及石英砂?；钚运畨毫岩喊ㄖ艅┖吐然浺约扒逅绻簩託馓幱诒承辈课唬诶没钚运畨毫咽┕み^程中，需要合理設(shè)置施工參數(shù)，前置液量比較少，施工排量和砂比濃度都要較低，此外要利用較多的攜砂液量。如果煤氣處于向斜部位，并且煤儲(chǔ)層具有較高的滲透率，在施工中需要利用段賽技術(shù)。如果煤儲(chǔ)層具有較低的滲透率，需要利用中高砂比的施工方式。

壓裂用支撐劑具有較多的石英砂，石英砂的相對(duì)密度為2.65左右，體積密度在1.70g/cm3左右，整體價(jià)格非常低，同時(shí)具有較低的抗壓強(qiáng)度和硬度，因此適用于淺層中低層煤層壓裂工作，此外可以組合利用粗砂和中砂以及粉砂。

2.3 N2泡沫加砂壓裂工藝技術(shù)

在低壓和低滲的地層中適合利用N2泡沫加砂壓裂工藝技術(shù)，N2泡沫加砂壓裂工藝技術(shù)主要包括氮?dú)夂鸵后w以及表面活性劑等。N2泡沫加砂壓裂工藝技術(shù)利用誘生裂縫排液，不會(huì)破壞儲(chǔ)層。在施工中利用的液量比較少，不會(huì)引發(fā)煤層污染問題。N2泡沫加砂壓裂工藝技術(shù)的濾失比較小，比較容易制造長(zhǎng)而寬的裂縫。此外具有很強(qiáng)的攜砂和懸砂能力。煤層氣具有較快的解吸速度。但是N2泡沫加砂壓裂工藝技術(shù)具有較高的成本，要求地層溫度在31℃以上，同時(shí)很難控制泡沫質(zhì)量。因?yàn)橘F州織納煤田部分向斜煤層，因?yàn)榈貙訙囟仍?0℃以上，因此適合利用N2泡沫加砂壓裂工藝技術(shù)。

2.4 叢式井壓裂工藝技術(shù)

叢式井井身結(jié)構(gòu)包括4口井，需要結(jié)合井網(wǎng)部署方式，控制靶心偏移距離在150～170m，在目的層形成井網(wǎng)。為了保障泵工作正常性，需要控制井斜角在250°以內(nèi)。開發(fā)叢式井的過程中主要是利用煤層壓裂技術(shù)和空氣鉆井技術(shù)。在投產(chǎn)叢式井之前，需要經(jīng)過壓裂工序，根據(jù)工作要求控制壓裂液的規(guī)模和加砂量?？椉{煤田中南部保存完好的煤層原生態(tài)結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有復(fù)雜的地貌，地形被嚴(yán)重切割，同時(shí)具有較大的高差，因此有利于利用叢式井壓裂工藝技術(shù)，可以滿足地質(zhì)條件需求。

3 貴州煤層氣勘探開發(fā)戰(zhàn)略

在我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，貴州省占據(jù)重要地位。為了更好地勘探開發(fā)貴州煤層氣，需要加強(qiáng)煤氣層開發(fā)，降低煤礦瓦斯事故發(fā)生率，需要結(jié)合貴州煤層氣地質(zhì)條件制定科學(xué)的勘探開發(fā)方案。

3.1 明確貴州煤層氣資源潛力

首先需要選用先進(jìn)的評(píng)價(jià)方法，提取勘探資料中有關(guān)貴州煤層氣的地質(zhì)信息，明確貴州煤層氣資源的數(shù)量和質(zhì)量等，從而可以客觀地評(píng)價(jià)貴州煤層氣資源特性。其次需要分析貴州煤層氣含氣性和滲透性等，確定貴州煤層氣的關(guān)鍵地質(zhì)控制因素，根據(jù)成藏效應(yīng)精細(xì)的預(yù)測(cè)煤層氣富集高滲地帶，從而確定貴州煤層氣的勘探方向。最后需要評(píng)價(jià)貴州煤層氣的可采性，結(jié)合構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和地下水動(dòng)力場(chǎng)以及煤層巖石力學(xué)性質(zhì)等方面，明確貴州煤層氣的開發(fā)地質(zhì)條件，從而可以合理選配貴州煤層氣開發(fā)工藝技術(shù)。

3.2 各種煤層氣開發(fā)技術(shù)的適應(yīng)性

我國(guó)不斷引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的煤層氣開發(fā)技術(shù)，但是應(yīng)用效果存在較大的差異性，因此需要分析貴州煤層氣開發(fā)技術(shù)的適應(yīng)性。首先需要考慮先進(jìn)技術(shù)是否適合貴州煤層氣地質(zhì)條件，其次需要考慮技術(shù)是否可以滿足貴州煤層氣資源開發(fā)需求。為了有效開發(fā)貴州煤層氣資源，需要加強(qiáng)自主研發(fā)合適的技術(shù)。因此分析開發(fā)技術(shù)的適應(yīng)性，不僅需要結(jié)合貴州煤層氣結(jié)構(gòu)的特征，還要結(jié)合貴州省特殊地質(zhì)條件，結(jié)合區(qū)塊煤層氣地質(zhì)條件，總結(jié)前期煤層氣勘探開發(fā)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比分析不同技術(shù)的開發(fā)勘探效果，從而制定適合貴州煤層氣的技術(shù)方案。

3.3 合理制定貴州煤層氣資源勘探開發(fā)的戰(zhàn)略規(guī)劃

根據(jù)貴州省全省的能源結(jié)構(gòu)，統(tǒng)籌規(guī)劃貴州煤層氣勘探方向和開發(fā)模式等。分類分級(jí)貴州煤層氣地質(zhì)選區(qū)。根據(jù)貴州煤層氣地面開發(fā)情況，綜合分析經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性等因素，確定煤氣層分期勘探的方向。結(jié)合技術(shù)適應(yīng)性分析結(jié)果和地質(zhì)選取結(jié)果，參考資源開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，建立貴州針對(duì)性的煤層氣開發(fā)模式，明確貴州煤層氣開發(fā)步驟，結(jié)合資源分布情況，制定貴州煤層氣利用方案。

結(jié)合貴州工作成果，因?yàn)榭椉{煤田整體地質(zhì)條件比其他地區(qū)要好一些，可以開發(fā)為基地，因此可以將其作為貴州煤層氣勘探開發(fā)的主要發(fā)展區(qū)域。在貴州煤層氣開發(fā)過程中可以借鑒晉城開發(fā)模式，結(jié)合利用礦井長(zhǎng)鉆孔順層密集抽采和圍繞東區(qū)域地面規(guī)模性預(yù)抽采方式，在開采區(qū)域利用地面直井和叢式井組，保障煤層氣綜合集輸效果。六盤水煤田可以利用淮南模式，利用遠(yuǎn)距離保護(hù)層采動(dòng)卸壓，利用礦井瓦斯抽采方式，結(jié)合地面抽采技術(shù)，有效抽采采動(dòng)區(qū)煤層氣。利用上述實(shí)踐，可以分析不同煤層氣開采技術(shù)的適應(yīng)性，總結(jié)適合貴州省條件的開發(fā)模式。

3.4 判斷地質(zhì)條件的適應(yīng)性

近些年相關(guān)部門致力于引進(jìn)煤層氣挖掘措施。但是很多地塊的煤層氣綜合挖掘效果并不理想，這是因?yàn)楫?dāng)?shù)氐刭|(zhì)要素不適合全方位的開發(fā)煤層氣，為了改變工作現(xiàn)狀，相關(guān)部門需要關(guān)注當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)的適應(yīng)性，根據(jù)地質(zhì)要素制定針對(duì)性的開發(fā)規(guī)劃。同時(shí)需要在全省角度擬定煤層氣的勘探規(guī)劃，符合煤層氣的開發(fā)目標(biāo)。此外需要結(jié)合地質(zhì)選取，擬定響應(yīng)的開發(fā)模式和勘探煤層氣方向，確定煤層氣相應(yīng)的開發(fā)步驟，結(jié)合綜合分布特征優(yōu)化貴州煤層氣開發(fā)效果。

4 結(jié)束語

貴州煤層氣地質(zhì)條件非常復(fù)雜，勘探開發(fā)起步較晚，很多地質(zhì)資料來源于煤礦地質(zhì)鉆孔分析，未開展大面積的二維或三維地震勘探，地質(zhì)資料分析有待進(jìn)一步加深。另外，貴州煤層氣勘探受阻于礦權(quán)劃分，目前主要是省內(nèi)烏江能源集團(tuán)，盤江煤電集團(tuán)在做煤層氣勘探，雖然中石化在畢節(jié)織金做了一些勘探，但整體勘探進(jìn)展有限，國(guó)內(nèi)主要煤層氣勘探企業(yè)仍無法參與貴州煤層氣勘探開發(fā)工作，導(dǎo)致貴州煤層氣整體勘探進(jìn)度緩慢。貴州未來煤層氣勘探開發(fā)需要制定科學(xué)的開發(fā)戰(zhàn)略方案，需要走捷徑路線。必須結(jié)合貴州煤層氣地質(zhì)特征，充分利用國(guó)內(nèi)成熟的鉆完井技術(shù)、儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)、智能排采技術(shù)等，優(yōu)選開發(fā)技術(shù)路徑，破除礦權(quán)壁壘，引進(jìn)優(yōu)質(zhì)企業(yè)形成良性競(jìng)爭(zhēng)，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，為 “氣化貴州”“綠色貴州”助力。