新疆煤层气开发相关技术问题探讨

新疆煤层气开发相关技术问题探讨
霍少磊
【摘要】新疆煤层气资源十分丰富,加快新疆优势煤层气资源的勘查和开发利用,对于构建国家能源安全战略体系,实现资源战略接替,保障能源安全具有积极的促进作用,文章对于新疆煤层气勘探开发提出了四点相关技术问题及建议,以期为进一步的
深人研究和开发部署提供依据和指导.
【期刊名称】《煤》
【年(卷),期】2011(020)005
【总页数】2页(P55-56)
【关键词】煤层气;开发;定向井钻进技术;新疆
【作者】霍少磊
【作者单位】新疆煤田地质局,综合地质勘查队,新疆,乌鲁木齐,830009
【正文语种】中文
【中图分类】P618.11
近几年来，能源短缺导致石油、天然气价格飞涨，煤层气作为最可靠后备资源体现出新能源的优势，客观上为我国煤层气商业开发注入了原动力。

从国家石油安全战略角度看，煤层气较常规天然气乃至石油更具有战略意义。

新疆的煤层气资源十分丰富，主要分布在准噶尔、吐哈、塔里木、天山等盆地(群)。

据《新一轮全国煤层气资源评价》预测，2 000 m以浅的煤层气资源量约9．5万亿m3，约占全国煤层气资源总量的26%。

但新疆拥有着高煤层气储量的同时，
也具备着煤田构造复杂、煤层气勘查程度偏低、基础研究薄弱等问题，截止到2009年9月，新疆地区仅有各类煤层气探井40口，钻井数量少，排采试验少，缺乏资料、认识程度低，煤层气勘探开发前景并不十分明朗，这些问题是制约新疆煤层气产业发展的重要因素。

鉴于新疆地区煤层气资源的特点，必须加强煤层气基础研究和开发利用关键技术研究，本文在前人研究的基础上对新疆煤层气开发提出四点相关技术问题建议，以期达到抛砖引玉的目的。

1．1 技术现状
煤岩层不同于其他岩层，其特殊的力学性质和岩石结构导致在进行压裂时形成复杂的、裂缝宽度较大的裂缝系统。

由于压裂改造措施在煤层气增产中的重要性，故研究裂缝在煤层的扩展以及这些扩展与煤层产量的关系是优化施工工艺、经济开发煤层气的重要组成部分。

我国的煤层气利用地面钻孔试验开发可以追塑到20世纪70年代，有近30余年的历史。

目前还未形成工业化产业能力，加强压裂工艺技术的研究特别是对裂缝系统的评价研究将会在我国未来煤层气的发展中发挥更大的作用［1］。

1．2 研究目标
从理论上建立适合煤层气井压裂的裂缝空间展布模型，用断裂损伤力学的知识建立井筒周围煤层本构关系，并给出裂隙延伸控制方程，预测压裂裂隙;通过数值模拟和物理试验模拟以及工程应用对模型进行验证和完善。

1．3 研究内容
本项研究采用理论分析、数值模拟、物理模拟和工程实践相结合的综合方法对煤层压裂时裂缝的扩展进行研究:
1) 利用弹脆性断裂理论推导煤层气井壁围岩的应力应变本构关系;
2) 将煤岩的孔隙率作为损伤变量，引入损伤理论，建立煤岩的损伤本构关系;
3) 从单裂缝扩展出发，引入断裂损伤带的概念，推导损伤断裂情况下裂缝的扩展
判据以及裂缝长度的表达式;
4) 建立包含损伤关系的煤岩裂缝空间展布模型，包括连续方程、压裂液的压降方程、裂缝延伸准则、裂缝长度方程等，对裂缝的分布进行预测;
5) 利用数值模拟手段对不同地应力状态下裂缝的起裂、扩展进行分析;
6) 利用物理模拟实验对水压致裂时的破裂压力、排量、时间、裂缝长度、起裂角
等参量进行分析，并利用现场压裂数据对理论模型进行修正，进而指导现场施工。

2．1 研究现状
煤层气的勘探开发己经进行了30多年，煤层气地质学领域已基本形成了自身的理论体系与方法体系，但对煤层气成藏过程的研究相对薄弱，到目前为止还没有一个统一的、为人们所公认的煤层气藏定义和分类方案。

以前对煤层气藏的研究多集中在中煤阶煤层气藏的研究上，低煤阶煤层气藏的研究相对薄弱［2］。

2．2 研究目标
1) 形成一套完善的新疆低煤阶煤层气成藏理论和研究方法，深入分析与把握煤层
气的富集规律，丰富煤层气地质学理论，为新疆煤层气的勘探开发提供理论支撑。

2) 分析气藏成藏条件和成藏过程，建立适合新疆复杂地质条件下的煤层气富集成
藏模式，为煤层气低渗、富集区的选择提供指导，为决策部门的战略部署提供信息。

2．3 研究内容
从煤层气成因、储层特性、吸附特征、含气量、地下水动力学特征等五个方面详细论述低煤阶煤层气成藏条件和成藏过程的差异性及其主控因素，根据煤层气藏演化过程中所受温度最高、生烃强度最大的时刻前后气藏的演化特征，建立不同地质背景下低煤阶煤层气富集成藏的模式。

3．1 研究现状
我国煤层气开发试验已遍布全国，但取得一定工业气流的煤层气井仅占钻探井的7%
左右。

从钻井完井技术和设备方面来看，基本沿用常规油气正常钻井完井技术，而许多在常规低渗天然气井中应用相当有效的新技术(如水平井、欠平衡钻井、小井
眼钻井等)未涉足煤层气，整体技术与煤层气开发最成功的美国相比存在着许多差距。

3．2 研究目标
改进低煤阶不同煤层气井型的钻井完井方式及配套装备，形成具有自主知识产权的钻完井适用配套技术;开展煤层气增产改造技术试验，形成适合新疆不同地质条件
的高效增产技术系列;研发高效、低成本煤层气专用设备。

3．3 研究内容
研究低煤阶不同煤层气井型的钻井完井方式及配套装备及煤层气增产改造技术。

4．1 研究现状
当今世界范围内正加大煤层气勘探开发投入，定向井钻井技术已成为高效开发煤层气的重要技术支撑，各种新型的定向井钻井技术层出不穷，以适应煤层气勘探开发技术难度普遍增大的需求及定向井技术实力竞争加剧的趋势。

中国定向井技术体系日趋完善，应用领域和范围不断扩大［3］。

4．2 研究目标
在分析国内外定向井钻井技术成功应用实例的基础上，针对技术发展中的瓶颈进行全方位的探讨，为定向井钻井技术在新疆煤层气勘探开发中的优选提供科学依据，有助于定向井技术在新疆煤层气勘探开发中发展战略目标的制定。

4．3 研究内容
对现在煤层气钻井施工中常用的定向钻进技术如U型井、多分支水平井、丛式井、定向羽状水平井钻井技术进行综合研究，针对现场钻进过程中机械钻效低等问题，从钻井设备、钻井参数和钻井工艺的设计和选择方面，进行分析，找出问题，并做合理的改进。

在今后的新疆煤层气勘探开发中，新疆煤层气各勘探开发单位应本着优势互补、互利双赢的原则与国内外煤层气勘探研究单位携手进行煤层气勘探开发工作，主动联合科研机构和高等院校，充分利用科研院所的科研力量，请进来和走出去相结合，通过交流合作提高自身发展，学习和吸收先进的技术和管理经验，结合自身优势和特点，有所突破，推动技术创新、提高技术装备水平和自主创新能力，培养一批自己的煤层气专业技术和管理人才队伍，为创造新疆煤层气勘探开发的新局面而努力。

［1］杜春志．煤层气压致裂理论及应用研究［D］．徐州:中国矿业大学，2008．［2］孙平．煤层气成藏条件与成藏过程分析［D］．成都:成都理工大学，2007．［3］张冬丽．煤层气定向羽状水平井开采数值模拟方法研究［D］．北京:中国科学研究生院，2004．
【相关文献】
［1］杜春志．煤层气压致裂理论及应用研究［D］．徐州:中国矿业大学，2008．
［2］孙平．煤层气成藏条件与成藏过程分析［D］．成都:成都理工大学，2007．
［3］张冬丽．煤层气定向羽状水平井开采数值模拟方法研究［D］．北京:中国科学研究生院，2004．
中图分类号:P618．11。