窯街礦區(qū)淺層煤系氣儲層特征及勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

杜新鋒，袁崇亮，王正喜，王君得，李世兵，劉敬丹，何秀清，張?zhí)靽?，單元偉，方佳?/p>

窯街礦區(qū)淺層煤系氣儲層特征及勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

杜新鋒1，袁崇亮2，王正喜1，王君得2，李世兵2，劉敬丹2，何秀清2，張?zhí)靽?，單元偉1，方佳偉1

(1. 中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077；2. 窯街煤電集團有限公司，甘肅 蘭州 730080)

煤系氣勘探開發(fā)不僅可以減少資源浪費，而且可以緩解我國能源危機，降低煤礦瓦斯事故，保護大氣環(huán)境，為實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。依托窯街礦區(qū)海石灣井田三采區(qū)淺層煤系氣開發(fā)示范工程，分析窯街礦區(qū)煤系氣儲層特征，探討煤系氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。研究表明：井田煤系氣主要賦存于侏羅系中統(tǒng)窯街群煤系第四巖組(J24)的油頁巖、油砂巖和第二巖組(J22)的油A層、煤二層等特厚產(chǎn)層中；油A層、煤二層氣含量隨著埋深的增加而增大；CO2濃度較高，且隨著埋深增加而減?。幻憾游侥芰^強，油A層更容易解吸；各層滲透率為油砂巖>油A層>煤二層>油頁巖；抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、泊松比和脆性指數(shù)顯示各產(chǎn)層改造難易程度由小到大依次為油砂巖、油A層、油頁巖、煤二層。油頁巖有機質(zhì)豐度4.06%，干酪根類型Ⅱ2–Ⅲ型；油A層有機質(zhì)豐度43.27%，變質(zhì)程度呈兩極分化，腐泥煤鏡質(zhì)體反射率0.48%～0.53%，腐植煤鏡質(zhì)體反射率0.89%～0.97%；煤二層有機質(zhì)豐度92.87%，其中鏡質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)67.90%，惰質(zhì)組29.10%，殼質(zhì)組3.50%，變質(zhì)程度以肥煤為主，含少量氣肥煤。與我國大部分欠壓地層相比，各產(chǎn)層儲層壓力正常，產(chǎn)氣潛力大；煤系氣開發(fā)應(yīng)優(yōu)選煤二層、油A層和油頁巖；多段分簇、限流法射孔工藝和細(xì)砂防濾失、投球暫堵、兩高一低(高排量、高砂量、低砂比)的壓裂工藝適合于該區(qū)致密特厚儲層改造，掛泵位置低于煤二層射孔段和重力式螺旋氣錨排采工藝可減少CO2的影響，提高排采效率。這些關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了井田示范工程產(chǎn)氣效果，單井日產(chǎn)氣量超過2 000 m3。

煤系氣；儲層特征；勘探開發(fā)；窯街礦區(qū)；侏羅紀(jì)

受煤層氣長期低效開采工作的延伸和天然氣勘探開發(fā)領(lǐng)域不斷拓展雙驅(qū)動，近年來我國煤系氣綜合勘探初見成效，如鄂爾多斯盆地的蘇里格、靖邊、大牛地和庫車坳陷的克拉2、克深、大北等煤系氣田的發(fā)現(xiàn)[1]、準(zhǔn)噶爾盆地煤層氣與致密砂巖氣勘探[2]、雞西的薄煤層與砂巖互層勘探[3]，山西臨興、榆社、武鄉(xiāng)，陜西延川南，貴州六盤水等區(qū)塊的煤層氣和致密砂巖氣共探共采試驗都取得了良好的效果[4-8]?？碧介_發(fā)煤系氣不僅可以提高煤礦區(qū)煤層氣單井產(chǎn)量，減少資源浪費，緩解我國能源危機，還可以降低煤礦瓦斯事故，保護大氣環(huán)境，為實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。甘肅窯街礦區(qū)是我國典型的煤油氣共生地層，地質(zhì)條件復(fù)雜，煤系氣資源豐富。煤系為中生界侏羅系中統(tǒng)窯街群，埋深在800～1 200 m，比國內(nèi)其他區(qū)塊的石炭–二疊系煤系氣儲層埋深較淺。窯街礦區(qū)海石灣井田三采區(qū)煤系氣開發(fā)示范工程三期共施工了26口直井和1口水平井，目前，一期、二期施工的14口井均已開始產(chǎn)氣，效果良好。筆者結(jié)合窯街礦區(qū)海石灣井田三采區(qū)煤系氣勘探開發(fā)示范工程，分析井田煤系氣儲層特征，探討復(fù)雜地質(zhì)條件下煤系氣協(xié)同共采關(guān)鍵技術(shù)，為相似地質(zhì)條件煤礦區(qū)煤系氣勘探開發(fā)提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

窯街礦區(qū)所處的民和盆地在元古代經(jīng)歷了劇烈的造山運動，形成了古老的構(gòu)造基底，奠定了區(qū)域內(nèi)構(gòu)造基礎(chǔ)和構(gòu)造格架。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)歷了印支運動、燕山運動、喜馬拉雅運動而發(fā)展、演變，逐漸形成了一個中–新生代陸相含煤、含油氣的山間盆地。該盆地大地構(gòu)造位置處于中祁連隆起帶東南部，由NW–SE向延伸的皋蘭隆起、永登坳陷、周家臺低隆起和巴州坳陷4個一級構(gòu)造單元構(gòu)成(圖1)[9-10]。海石灣井田位于周家臺低隆起的西北端，基底由元古界變質(zhì)巖系組成，普遍缺失古生代及中生代三疊紀(jì)沉積，地層從下往上依次是元古界變質(zhì)巖、中生界下統(tǒng)炭洞溝群、中生界侏羅系中統(tǒng)窯街群、中生界侏羅系上統(tǒng)享堂群、中生界白堊系下統(tǒng)河口群、新生界第四系上更新統(tǒng)馬蘭組不整合覆蓋于其上層。

圖1 民和盆地構(gòu)造單元(據(jù)衛(wèi)平生等[11])

井田含煤地層形成于中生代侏羅紀(jì)中侏羅世，即中侏羅統(tǒng)窯街群煤系(圖2)。窯街群煤系自下而上可分為5個巖組，其中第四巖組(J24)和第二組巖組(J22)富含油、氣和煤炭資源。第四巖組(J24)，上部為黑色、黑褐色巨厚油頁巖層，夾菱鐵礦條帶及薄層鮞狀菱鐵礦泥巖，油頁巖中含大量保存完好的銀杏、蘇鐵、魚類及藻類等化石，是氣候濕潤、有機質(zhì)豐富的靜水湖泊標(biāo)志；中部為灰白、灰色長石石英砂巖及粉砂巖，含油，具油臭、油斑及油浸狀，局部滲油、流油；下部為灰及灰白色石英細(xì)砂巖、粉砂巖、黑褐色油頁巖互層，水平波狀層理發(fā)育。第二巖組(J22)為含煤巖組，下部為黑色炭質(zhì)泥巖、中細(xì)砂巖、含礫細(xì)砂巖夾薄煤層(煤三)；中部為特厚及厚煤層(煤二)，厚度0～60.6 m，平均26.8 m；上部為粉砂巖、炭質(zhì)泥巖及薄層油頁巖互層，其中含煤B3、煤B2、煤B1；頂部有一層高灰高油低熱值腐泥質(zhì)油頁巖(油A層)，厚度0～11.79 m，平均厚4.14 m。從宏觀看，油A層結(jié)構(gòu)簡單而均勻，呈塊狀或板狀，光澤暗淡，平整略帶棱角狀斷口，易燃、長焰、煙濃、有瀝青味；微觀的最大特點是有大量藻類、腐泥基質(zhì)及礦物雜質(zhì)，具有腐泥煤的特征。

注：圖中表示

2 煤系氣儲層特征

2.1 含氣性

HSW01-2V井油A層埋深890.60～899.80 m，煤二層907.90～923.30 m；HSW06-3V井油A層埋深1 033.7～1 050.4 m，煤二層1 062.70～1 102.15 m。從產(chǎn)層埋深的角度，選擇HSW01-2V井和HSW06-3V井作為參數(shù)井，采用GB/T 19559—2008《煤層氣含量測定方法》對2口井進行測試(表1)。油頁巖和油砂巖采用常規(guī)的繩索取心方法沒有測得含氣量，反映本區(qū)油頁巖和油砂巖主要以游離氣為主。

表1 海石灣井田產(chǎn)層氣含量和氣成分測試結(jié)果

從測試結(jié)果來看，相比HSW01-2V井，HSW06- 3V井埋深大，油A層、煤二層氣含量較大。油A層主要由油頁巖和腐泥煤組成，灰分含量高，導(dǎo)致總氣含量、甲烷含量中空氣干燥基明顯低于干燥無灰基。氣成分中油A層甲烷濃度高于煤二層，隨著埋深的增加，CH4濃度增加，CO2濃度減小。

2.2 吸附性

油A層空氣干燥基Langmuir體積6.13 cm3/g，干燥無灰基Langmuir體積14.38 cm3/g，Langmuir壓力6.50 MPa(圖3a)。煤二層空氣干燥基Langmuir體積18.27 cm3/g，干燥無灰基Langmuir體積19.73 cm3/g，Langmuir壓力3.00 MPa(圖3b)。由此推算，油A層和煤二層的臨界解吸壓力分別為4.76～6.03 MPa和1.97～2.30 MPa。Langmuir壓力是吸附量值為50%時對應(yīng)壓力值，其值反映了煤層氣解吸的難易程度，制約著煤層氣開采的難易程度。一般認(rèn)為Langmuir壓力大于3.0 MPa時煤層具有高產(chǎn)條件。相比較而言，煤二層的極限吸附能力較大，而油A層更容易解吸。分析油A層和煤二層的等溫吸附曲線，油A層Langmuir壓力值高，吸附態(tài)氣體脫附比較容易，對開發(fā)有利，排采中需較短時間達(dá)到最大氣產(chǎn)量，但長期產(chǎn)能穩(wěn)定性較差。煤二層Langmuir壓力小，早期解吸效率低于后期，煤儲層達(dá)到產(chǎn)氣峰值需要的時間較長。

2.3 孔滲性

分別對油砂層、油頁巖層、油A層和煤二層做了壓汞實驗(表2)，結(jié)果顯示，油砂層的比表面積明顯低于其他層，但中位孔徑和平均孔徑大，孔隙率和滲透率最高。與油頁巖相比，油A層因為有炭質(zhì)泥巖，孔隙比表面積、總孔容、孔隙率較大，但比煤二層小；煤二層孔隙比表面積、總孔容、孔隙率較大，但中位孔徑、平均孔徑較小，滲透率較小?？傮w而言，各產(chǎn)層滲透率表現(xiàn)為：油砂巖>油A層>煤二層>油頁巖。

圖3 樣品等溫吸附曲線

表2 各產(chǎn)層壓汞實驗測試結(jié)果

2.4 力學(xué)特征

按照GB/T 50266—2013《工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》對各產(chǎn)層力學(xué)性質(zhì)進行測定，并計算其脆性指數(shù)。結(jié)果顯示，各產(chǎn)層的抗壓強度、抗拉強度、彈性模量和脆性指數(shù)由大到小依次為油砂巖、油A層、油頁巖、煤二層(表3)，泊松比則正好相反，測試結(jié)果反映了儲層改造的難易程度。另外，本次還測了油A層和煤二層的堅固性系數(shù)，油A層為2.67～2.78，平均2.73，煤二層為0.71～1.03，平均0.91。

表3 各產(chǎn)層力學(xué)參數(shù)

2.5 有機地球化學(xué)特征

油頁巖有機質(zhì)豐度4.06%，干酪根類型Ⅱ2–Ⅲ型。油砂巖有機質(zhì)豐度0.22%～0.58%，平均0.33%，透射光下能見到大量棕黃色團塊，如圖4a所示，圖4a中可見分散狀腐殖無定形態(tài)(E)，少量黃色腐泥無定形態(tài)(A)，見一定量棕黃色殼質(zhì)體碎屑(F)，少量棕色塊狀鏡質(zhì)體(C)和黑色塊狀惰質(zhì)體(B)。藍(lán)光激發(fā)下殼質(zhì)體碎屑發(fā)黃色熒光，其他所有有機組分不發(fā)熒光(圖4b)。

圖4 油砂層顯微圖像

油A層有機質(zhì)豐度43.27%，顯微成分由藻類體及腐泥基質(zhì)組成，含少量腐植碎屑成分。另外，變質(zhì)程度呈兩極分化(表4)，腐泥基質(zhì)中鏡質(zhì)體反射率為0.48%～0.53%，大部分屬于腐泥褐煤和腐泥亞煙煤，少數(shù)屬于腐泥煙煤[12-13]，腐植碎屑鏡質(zhì)體反射率為0.89%～0.97%，屬于氣肥煤和肥煤。

表4 油A層鏡質(zhì)體反射率測試結(jié)果

注：表中0.39～0.65/0.50(18)表示最小～最大值/平均值(測點數(shù))。

煤二層有機質(zhì)豐度81.40%～99.20%，平均92.87%，其中鏡質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)67.9%，惰質(zhì)組29.1%，殼質(zhì)組3.50%。鏡質(zhì)體反射率0.89%～1.02%，平均0.96%，變質(zhì)程度以肥煤為主，有少量氣肥煤。

2.6 儲層壓力及地應(yīng)力

采用注入/壓降法對HSW01-2V的油頁巖、煤二層和HSW06-3V井的油A層和煤二層進行試井，獲取儲層壓力、地應(yīng)力等參數(shù)(表5)。結(jié)果顯示，各產(chǎn)層儲層壓力梯度0.93～1.10 MPa/hm，與我國大部分欠壓地層相比，儲層壓力正常。煤二層閉合壓力16.10 MPa，閉合壓力梯度1.61 MPa/hm，相比油頁巖、油A層，其水平最小主應(yīng)力較大。油A層破裂壓力15.36 MPa，破裂壓力梯度1.47 MPa/hm，相比油頁巖、煤二層，其儲層更容易改造。

3 煤系氣開發(fā)層位優(yōu)選

海石灣井田中侏羅統(tǒng)窯街群(J2)第四巖組上部油頁巖最厚達(dá)47.03 m，平均厚25.55 m，有機質(zhì)豐度較高；中部油砂巖孔隙率、中位孔徑和平均孔徑均較大，滲透率高，抗壓強度、抗拉強度、彈性模量和脆性指數(shù)高，可壓性好。第二巖組共含煤5層，自下而上分別為煤三、煤二、煤B3、煤B2、煤B1，其中煤二層為主要可采煤層，厚度0～59.28 m，平均厚度19.61 m，屬特厚煤層，其余各層為局部可采或不可采煤層。油A層(腐泥煤)作為保護層采油頁巖，巖層結(jié)構(gòu)簡單，厚度0～11.79 m，平均厚4.14 m。

表5 各產(chǎn)層儲層壓力與地應(yīng)力參數(shù)

一期4口試驗井根據(jù)鉆井、測井資料繪制了三采區(qū)柱狀對比圖(圖5)，發(fā)現(xiàn)油砂層不是很穩(wěn)定。根據(jù)測井解釋，HSW02-2V在油頁巖上部有1層差氣層，厚度8.60 m，HSW01-2V、HSW04-1V和HSW06-3V井缺失。HSW01-2V井和HSW06-3V井在油頁巖下部各有1層差氣層，厚度分別為1.00 m和1.50 m，另外2口井缺失。HSW02-2V井和HSW04-1V井發(fā)現(xiàn)了1個氣水層，厚度分別為14.00 m和2.30 m，另外2口井缺失。因此，在層位選擇上主要考慮油頁巖、油A層和煤二層。另外，考慮到開發(fā)成本和油頁巖氣含量的不確定性，立足于煤礦安全，優(yōu)選油A層和煤二層作為本次開發(fā)的目標(biāo)層位，同時一期試驗油頁巖，評價各產(chǎn)層的產(chǎn)氣效果。

圖5 海石灣一期4口井主要產(chǎn)層柱狀對比

4 致密巨厚產(chǎn)層高效壓裂改造增產(chǎn)技術(shù)

海石灣井田三采區(qū)油頁巖、油A層和煤二層均屬于特厚產(chǎn)層，其中油頁巖、煤二層的厚度超過15 m，為了使產(chǎn)層縱向上得到充分改造，設(shè)計進行多段分簇射孔，每簇不超過4 m(表6)，以利于形成縫網(wǎng)結(jié)構(gòu)，同時保證地層有足夠的凈壓力維持裂縫的開啟。射孔段優(yōu)選有機質(zhì)含量(TOC)、孔隙率、滲透率高，氣測相應(yīng)較高的井段，同時，結(jié)合電阻率、聲波時差、自然伽馬、密度、井徑等測井曲線，兼顧特厚產(chǎn)層在縱向上的整體改造效果。為了提高液體的攜砂能力，采用限流法射孔，孔密度10孔/m，每孔進液量控制在300 L/min左右。采用102型射孔槍、127型深穿透射孔彈，按照初始相位角90°，螺旋布孔，對目標(biāo)層段進行光套管射孔。油A層和煤二層間距較小，煤二層滲透率低，壓后放噴時間長，因此采用電纜輸送橋塞+射孔聯(lián)作的方式帶壓射孔，實現(xiàn)層間封堵和連續(xù)壓裂，縮短施工周期。

表6 海石灣一期工程4口井射孔數(shù)據(jù)

壓裂時由于縫內(nèi)外存在壓力差，部分液體會由壁面濾失到地層中，不但會減小縫寬、縫長和裂縫體積，而且會增加縫中的砂比，造成砂堵[14]，這種現(xiàn)象在巨厚煤層壓裂中非常普遍。油頁巖、油A層和煤二層測試閉合壓力最大16.10MPa(表5)，對支撐劑的強度要求不高，選擇石英砂作為壓裂支撐劑。采用40～70目(212～425 μm)、20～40目(425～850 μm)和16～20目(850～1 180 μm)石英砂組合，其中40～ 70目細(xì)砂主要用途就是防濾失，打磨彈眼，降低摩阻。為了保障油頁巖、油A層和煤二層等特厚產(chǎn)層的改造效果，采用投球方式進行管內(nèi)堵塞，以起到堵孔分層壓裂的目的。壓裂過程中，施工壓力16.6～ 42.0 MPa，排量8～11 m3/min，平均砂比6.84%～ 9.27%，加砂量52.49～112.40 m3(表7)。

表7 海石灣一期4口井壓裂參數(shù)

5 基于高CO2濃度的煤系氣排采技術(shù)

2口參數(shù)井(HSW01-2V、HSW06-3V)測試結(jié)果顯示，油A層、煤二層CO2體積分?jǐn)?shù)分別為16.62%～ 18.69%和30.02%～42.03%。CO2溶解度與壓力、溫度有關(guān)。示范區(qū)油A層儲層壓力10.52 MPa，溫度40.64℃，煤二層儲層壓力9.31 MPa，溫度43.5℃。在壓力5 MPa、溫度40℃時，CO2溶解度為20.35 m3/t[15]。排采過程中，溶解于水的CO2進入泵筒，容易引起氣鎖現(xiàn)象，影響泵效。本次主要采用2種技術(shù)，一是將掛泵位置(吸入口)放在煤二層射孔位置的下方，排采過程中水向下流，氣向上走，大大減小進入泵筒的氣量；二是采用重力式螺旋氣錨，與常規(guī)重力氣錨或螺旋氣錨相比，其分離氣體的能力更強。通過這些技術(shù)，提高了泵效，保證排采的順利進行。

6 示范工程效果

窯街礦區(qū)海石灣井田三采區(qū)煤系氣開發(fā)示范工程一期、二期施工的14口井已經(jīng)開始產(chǎn)氣，截至2021年7月31日，8口井日均產(chǎn)氣量超過2 000 m3，單井最高日產(chǎn)氣量2 580 m3，最高累計產(chǎn)氣量24.5萬m3，井底流壓平均1.1 MPa，后期產(chǎn)氣潛力很大。以HSW02-2V為例(圖6)，2021年1月9開始排采，2月4日起套壓，2月11日套壓1.9 MPa放壓產(chǎn)氣，最高日產(chǎn)氣量2 183 m3，累計產(chǎn)氣20.5萬m3，目前套壓0.23 MPa，井底流壓2.62 MPa，產(chǎn)氣量尚在增加中。

HSW02-4D井僅壓裂了煤二層，井底流壓5.59 MPa開始產(chǎn)氣，臨近的HSW02-2V井和HSW02-3D井分別在井底流壓7.58 MPa和6.91 MPa時開始產(chǎn)氣，井底流壓5.59 MPa時日產(chǎn)氣815 m3(圖7)，由此可以推算油A層的貢獻(xiàn)超過800 m3/d。另外，采用分層控壓合層排采技術(shù)對HSW01-2V井油頁巖進行了求產(chǎn)[16]，最高日產(chǎn)氣量377 m3。

圖6 HSW02-2V井排采曲線(2021年)

圖7 3口井產(chǎn)氣量與井底流壓關(guān)系曲線

7 結(jié)論

a. 海石灣井田煤系氣主要賦存于中侏羅統(tǒng)窯街群煤系第四巖組(J24)的油頁巖、油砂巖和第二巖組(J22)的油A層、煤二層中，埋深相對較淺，屬特厚產(chǎn)層。

b. 油A層、煤二層CO2濃度較高，兩者均隨著埋深的增加，CH4濃度增加，CO2濃度減小。煤二層的極限吸附能力較大，而油A層更容易解吸，兩者Langmuir壓力大于3.0 MPa，具有高產(chǎn)條件。油砂層比表面積小，中位孔徑、平均孔徑大，孔隙率和滲透率高。煤二層比表面積、總孔容、孔隙率較大，但中位孔徑、平均孔徑較小，因此滲透率小。各產(chǎn)層滲透率表現(xiàn)為：油砂巖>油A層>煤二層>油頁巖。各產(chǎn)層抗壓強度、抗拉強度、彈性模量和脆性指數(shù)由大到小依次為油砂巖、油A層、油頁巖、煤二層，泊松比則正好相反，反映了各儲層改造的難易程度。

c. 油頁巖有機質(zhì)豐度4.06%，干酪根類型Ⅱ2–Ⅲ型。油砂巖有機質(zhì)豐度0.33%；油A層有機質(zhì)豐度43.27%，變質(zhì)程度呈兩極分化，腐泥煤鏡質(zhì)體反射率0.48%～0.53%，腐植煤鏡質(zhì)體反射率0.89%～0.97%。煤二層有機質(zhì)豐度92.87%，其中鏡質(zhì)組體積分?jǐn)?shù)67.90%，惰質(zhì)組29.10%，殼質(zhì)組3.50%；鏡質(zhì)體反射率0.89%～1.02%，平均0.96%，變質(zhì)程度以肥煤為主，含少量氣肥煤。

d. 通過地質(zhì)條件和儲層特征分析，認(rèn)為該區(qū)煤系氣開發(fā)應(yīng)優(yōu)選煤二層、油A層和油頁巖；多段分簇、限流法射孔工藝、細(xì)砂防濾失、投球暫堵、兩高一低(高排量、高砂量、低砂比)的壓裂工藝和掛泵位置低于煤二層射孔段、重力式螺旋氣錨術(shù)排采工藝等系列關(guān)鍵技術(shù)與該區(qū)儲層條件相匹配，顯著提高了示范工程產(chǎn)氣效果，單井日產(chǎn)氣量超過2 000 m3。

[1] 鄒才能，楊智，黃士鵬，等. 煤系天然氣的資源類型、形成分布與發(fā)展前景[J]. 石油勘探與開發(fā)，2019，46(3)：433–442.

ZOU Caineng，YANG Zhi，HUANG Shipeng，et al. Resource types，formation，distribution and prospects of coal measure gas[J]. Petroleum Exploration and Development，2019，46(3)：21–30.

[2] 汪孝敬，胡正舟，李艷平，等. 準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系深部煤系氣控制因素及勘探潛力[J]. 煤炭技術(shù)，2020，39(9)：60–64.

WANG Xiaojing，HU Zhengzhou，LI Yanping，et al. Characteristic and exploration potential of deep coal measure gas assemblage in Jurassic of Junggar Basin[J]. Coal Technology，2020，39(9)：60–64.

[3] 畢彩芹，單衍勝，逄礴，等. 雞西盆地煤炭資源枯竭礦區(qū)鉆獲高含氣量煤系儲層[J]. 中國地質(zhì)，2018，45(6)：1306–1307.

BI Caiqin，SHAN Yansheng，PANG Bo，et al. High gas coal reservoir drilled in coal resource exhausted mining areas of Jixi Basin[J]. Geology in China，2018，45(6)：1306–1307.

[4] 曹代勇，姚征，李靖. 煤系非常規(guī)天然氣評價研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42(1)：89–92.

CAO Daiyong，YAO Zheng，LI Jing. Evaluation status and development trend of unconventional gas in coal measure[J]. Coal Science and Technology，2014，42(1)：89–92.

[5] 秦勇，梁建設(shè)，申建，等. 沁水盆地南部致密砂巖和頁巖的氣測顯示與氣藏類型[J]. 煤炭學(xué)報，2014，39(8)：1559–1565.

QIN Yong，LIANG Jianshe，SHEN Jian，et al. Gas logging shows and gas reservoir types in sandstones and shales from southern Qinshui Basin[J]. Journal of China Coal Society, 2014，39(8)：1559–1565.

[6] 王佟，王慶偉，傅雪海. 煤系非常規(guī)天然氣的系統(tǒng)研究及其意義[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2014，42(1)：24–27.

WANG Tong，WANG Qingwei，F(xiàn)U Xuehai. The significance and the systematic research of the unconventional gas in coal measures[J]. Coal Geology & Exploration，2014，42(1)：24–27.

[7] 易同生，周效志，金軍. 黔西松河井田龍?zhí)睹合得簩託猕C致密氣成藏特征及共探共采技術(shù)[J]. 煤炭學(xué)報，2016，41(1)：212–220.

YI Tongsheng，ZHOU Xiaozhi，JIN Jun. Reservoir formation characteristics and co-exploration and concurrent production technology of Longtan coal measure coalbed methane and tight gas in Songhe field，western Guizhou[J]. Journal of China Coal Society，2016，41(1)：212–220.

[8] 秦勇，吳建光，李國璋，等. 煤系氣開采模式探索及先導(dǎo)工程示范[J]. 煤炭學(xué)報，2020，45(7)：2513–2522.

QIN Yong，WU Jianguang，LI Guozhang，et al. Patterns and pilot project demonstration of coal measures gas production[J]. Journal of China Coal Society，2020，45(7)：2513–2522.

[9] 張虎權(quán). 民和盆地油氣藏形成地質(zhì)條件[J]. 勘探家，1998，3(1)：20–23.

ZHANG Huquan. Geological conditions for Minhe Basin reservoirs[J]. Prospector，1998，3(1)：20–23.

[10] 蘇琴，李新寧，于法政，等. 民和盆地頁巖氣勘探潛力分析[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2011，11(27)：6573–6577.

SU Qin，LI Xinning，YU Fazheng，et al. The favorable exploration target of shale gas in Tuha Basin[J]. Science and Technology and Engineering，2011，11(27)：6573–6577.

[11] 衛(wèi)平生，王新民. 民和盆地煤層氣特征及形成地質(zhì)條件[J]. 天然氣工業(yè)，1997，17(4)：19–22.

WEI Pingsheng，WANG Xinmin. Coal seam gas characteristics and geological conditions of Minhe Basin[J]. Natural Gas Industry，1997，17(4)：19–22.

[12] 肖賢明，陳中凱，金奎勵. 中國腐泥煤的巖石學(xué)特征[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，1990，18(1)：7–13.

XIAO Xianming，CHEN Zhongkai，JIN Kuili. The petrological characteristics of sapropelic coals in China[J]. Coal Geology & Exploration，1990，18(1)：7–13.

[13] 肖賢明，程頂勝. 腐泥煤的煤化作用研究[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，1992，20(2)：25–33.

XIAO Xianming，CHENG Dingsheng. Studies on the coalification of sapropelic coals[J]. Coal Geology & Exploration，1992，20(2)：25–33.

[14] 周際永，熊俊杰，劉春祥，等. 壓裂液降濾失技術(shù)研究[J]. 內(nèi)蒙古石油化工，2014，40(12)：111–114.

ZHOU Jiyong，XIONG Junjie，LIU Chunxiang，et al. The study of technologies for fracturing fluid leakoff control[J]. Inner Mongolia Petrochemical Industry，2014，40(12)：111–114.

[15] 劉光啟，馬連湘，劉杰，等. 化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(無機卷)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

LIU Guangqi，MA Lianxiang，LIU Jie，et al. Chemical data manual：Inorganic volumes[M]. Beijing：Chemical Industry Press，2002.

[16] 杜新鋒，郭盛強，張群，等. 多煤層煤層氣井分層控壓合層排采技術(shù)及裝備[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2018，46(6)：114–118.

DU Xinfeng，GUO Shengqiang，ZHANG Qun，et al. Separate-layer pressure control and multi-layer drainage technology and device for coalbed methane wells with multiple seams[J]. Coal Science and Technology，2018，46(6)：114–118.

Characteristics of shallow coal measure gas reservoir and key technologies of exploration and development in Yaojie mining area

DU Xinfeng1, YUAN Chongliang2, WANG Zhengxi1, WANG Junde2, LI Shibing2, LIU Jingdan2, HE Xiuqing2, ZHANG Tianguo2, SHAN Yuanwei1, FANG Jiawei1

(1. Xi’an Research Institute Co. Ltd., China Coal Technology and Engineering Group Corp., Xi’an 710077, China; 2. Yaojie Coal and Power Group Co. Ltd., Lanzhou 730080, China)

The exploration and development of coal measures gas can not only effectively improve the single well production of coalbed methane in coal mining areas, reduce the waste of resources, but also alleviate the energy crisis in China, reduce coal mine gas accidents, protect the atmospheric environment, and contribute to the realization of carbon peak and carbon neutralization. Based on the shallow coal measure gas development demonstration project in the third mining area of Haishiwan mine field, the characteristics of coal measure gas reservoirs in Yaojie mining area are analyzed, and the key technologies for coal-measure gas exploration and development are discussed. The research showed that coal measure gas in the mine field is mainly present in the oil shale and oil sandstone of the fourth rock group(J24) of the Jurassic Yaojie Formation coal system, and the oil A layer and the second coal layer of the second group(J22). The gas content of oil layer A and second coal layer increases with the increase of burial depth; The CO2concentration in oil layer A and second coal layer is higher, and decreases with the increase of burial depth; The second coal layer has a strong adsorption capacity, and the oil layer A is easier to desorb; Oil sandstone permeability> oil layer A permeability> second coal layer permeability> oil shale permeability; Compressive strength, tensile strength, elastic modulus, Poisson’s ratio and brittleness index show that the difficulty of reformation of them in descending orderis oil sandstone, oil layer A, oil shale, and coal second layer; The organic matter abundance of oil shale is 4.06%, and kerogen type is II2-III. The abundance of organic matter in the oil layer A is 43.27%, and the degree of metamorphism is polarized. The saprolite vitrinite reflectance is 0.48%-0.53%, and the humic coal vitrinite reflectance is 0.89%-0.97%. The abundance of organic matter in the second layer of coal is 92.87%, including vitrinite 67.90%, inertinite 29.10%, exinite 3.5%, the degree of metamorphism is mainly fat coal with a small amount of gas fat coal; Compared with most low pressured formations in China, the reservoir pressure of each producing layer is normal and the gas production potential is great; The second coal layer o, the oil layer A and the oil shale should be optimized in the development of coal measure gas. The fracturing technology of multiple clusters, flow-limiting perforating technology and fine sand filtration loss, ball drop temporary plugging, two large and one low(large displacement, large sand volume, low sand ratio) fracturing technology are suitable for the reservoir transformation of the ultra-thick and tight formation in this area, and the pump hanging position is lower than the two-layer perforating section of coal and the gravity spiral gas anchor drainage process can reduce the effect of CO2and improve the drainage efficiency. The application of these key technologies has significantly improved the gas production effect of the mine field demonstration project. The daily gas production of a single well exceeds 2 000 m3

coal measure gas; reservoir characteristics; exploration and development; Yaojie mining area; Jurassic

語音講解

P618.12

A

1001-1986(2021)06-0058-09

2021-09-15；

2021-11-01

國家自然科學(xué)基金項目(41972167)；山西省科技重大專項項目(20201101002)

杜新鋒，1975年生，男，陜西渭南人，博士，研究員，從事煤層氣勘探開發(fā)相關(guān)研究與工程. E-mail：duxinfeng@cctegxian.com

杜新鋒，袁崇亮，王正喜，等. 窯街礦區(qū)淺層煤系氣儲層特征及勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2021，49(6)：58–66. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.06.006

DU Xinfeng，YUAN Chongliang，WANG Zhengxi，et al.Characteristics of shallow coal measure gas reservoir and key technologies of exploration and development in Yaojie mining area[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(6)：58–66. doi: 10.3969/ j.issn.1001-1986.2021.06.006

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(責(zé)任編輯 范章群)