深部煤层气勘探开发进展与研究

目前我国及世界主要国家煤层气勘探开发的目 的煤层埋深集中在 1 000 m 以浅，但是，根据煤层气 资源埋深分布特征研究表明［1－2］，深部煤层气资源更 丰富，约占 61. 9%以上，具有重要的战略意义。纵观 国内外文献，在深部煤层气地质资源和选区评价、煤 层气井产能评价、勘探与开发实例等方面的研究均较 薄弱，因此，关于深部煤层气资源的研究和开发利用 是一个重要的基础前瞻领域。本文根据我国煤层气 资源埋深分布特征，沁水、鄂尔多斯和准噶尔等盆地 深部煤层气勘探经验，以及鄂尔多斯盆地东缘含气带 延川南煤层气田开发实例，总结我国主要深部煤层气 地质资源特征及勘探开发经验和理论研究，探讨适应 深部煤层气的勘探开发技术。
（ 1．Petroleum Exploration ＆ Production Research Institute，China Petrochemical Corporation，Beijing 100083，China； 2． Petroleum Exploration ＆ Production Research Institute，East Branch，China Petrochemical Corporation，Nanjing 210011，China）
1 我国深部煤层气资源潜力及勘探
1. 1 我国深部煤层气资源潜力 1. 1. 1 煤层气资源主要分布于深部
全国新一轮煤层气资源评价以煤层埋深 2 000 m 以浅为评价对象，结果表明我国煤层气地质资源量埋 深 1 000 m 以 浅 为 14. 3 × 1012 m3，占 38. 9%，埋 深 1 000 ～ 2 000 m 为 22. 5 × 1012 m3，占 61. 1%［1］。对全 国 3 000 m 以浅煤层气资源量的研究发现，煤层埋深 1 000 ～ 1 500 m 资源量约 21 万亿 m3，1 500 ～ 3 000 m 资源量 30 万 亿 m3，分 别 占 总 资 源 量 的 38. 2% 和 54. 5%，而 1 000 m 以浅的资源量仅占 7. 3%［2］。根 据我国煤层气资源评价方法研究及勘探实践，本文将 煤层埋深大于 1 000 m 视为深部，由此发现我国煤层 气资源主要赋存在深部煤层中。 1. 1. 2 部分煤矿井采深已超过 1 000 m
不完全统计我国煤矿井开采资料表明，全国约有 47 个煤矿采深超过 1 000 m，其中，山东省的新矿集 团孙村煤矿井深 1 501 m。除了山东省外，大部分深 部煤矿井属于（ 高） 瓦斯矿井。煤矿已经开采深部资 源的事实昭示，加快促进深部煤层气资源勘探开发研 究具有现实意义。 1. 2 深部煤层气勘探进展
我国在沁水、鄂尔多斯、滇东黔西、准噶尔等地区 开展了深 部 煤 层 气 勘 探 试 验，积 累 了 一 些 经 验。20 世纪 90 年代，在滇东黔西含气盆地群部署了黔红 2 井等，煤层埋深超过 1 000 m，由于当时按照常规油气 井部署、钻探、压裂，且后期排采管理不到位，该井日 产气量仅 有 几 十 立 方 米，因 试 验 失 败 而 关 井。 近 年
来，深部煤层气勘探获得了局部突破，部分煤层气井 获得了较 好 地 单 井 产 量［3］，例 如 沁 水 盆 地 郑 庄 区 块 郑 60 井 3 号煤深 1 337 m，日产气 2 336 m3； 鄂尔多 斯盆地三交北某井 5 号煤深 2 036 m，试气点火，套压 3. 4 MPa，瞬时产量达 1. 84×104 m3 / d； 延川南延 17 井 煤层埋深 1 497 ～ 1 503 m，最高日产气达 3 600 m3，不 过递减较快，下降到 500 m3 / d 以下，难以稳产。 1. 2. 1 沁水盆地
开采技术条件两大类。延川南煤层气田开发的经验表明，影响深部煤层气井产能的主要因素是受
地质条件控制的压裂技术与排采技术，提高深部煤层气单井产量的途径是做好富集高渗区选区评
价和预测，加强以压裂为核心技术的工程工艺攻关研究及做好排采管理。
关键词： 深部； 煤层气； 勘探； 开发； 压裂； 排采
中图分类号： P618. 11
第 41 卷第 1 期 2016 年 1 月
煤炭学报 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
Vol．41 No．1 Jan． 2016
李辛子，王运海，姜昭琛，等． 深部煤层气勘探开发进展与研究［J］． 煤炭学报，2016，41（ 1） ： 24－ 31． doi： 10．13225 / j． cnki． jccs．2015． 9003 Li Xinzi，Wang Yunhai，Jiang Zhaochen，et al．Progress and study on exploration and production for deep coalbed methane［J］． Journal of China Coal Society，2016，41（ 1） ： 24－31．doi： 10．13225 / j．cnki．jccs．2015．9003
部煤层气资源在含气量、含气饱和度、储层压力及临界解吸压力等关键参数方面较浅部有利，开展
深部煤层气研究及勘探是重要前瞻性课题。鄂尔多斯盆地东南缘延川南煤层气田的勘发是我国深部煤层气开发获得突破的 1 个典型实例。一般来说，
影响深部煤层气开发的因素较复杂，是一个系统工程，通常可以将这些因素划分为资源地质条件和
Abstract： According to the results of China ’s new round of CBM resource evaluation in 2006，coalbed methane （ CBM） resources were mainly concentrated in the deep seams （ coal seam depth in 1 000－2 000 m） ，but studies related to deep CBM theory were limited，and exploration operations were rare．In this paper，based on the main distribution of coalbed methane resources in the deep coal seams in China，the current deep coal seam mining and CBM exploration wells in Erdos basin and Junggar basin indicate that the exploration and development of deep CBM shows some potential，although the appraisal wells of commercial value occur only in a few pilot areas．By comparing different coal seam depth studies in Yanchuannan block in Erdos basin，it could be concluded that the key parameters such as the gas content，gas saturation，reservoir pressure and critical desorption pressure of deep coal seams were commonly higher than in shallow coal seams．In general，it was a complex system engineering to evaluate the factors of deep CBM production，which generally include resource geology and development technology． Geological conditions of deep CBM were more complicated than those of shallow CBM，which resulted in that the development technology applied in these area was difficult．According to the experience of exploration and production in Yanchuannan pilot CBM project，it was fracturing technique adapted for deep geological condition and draining technology that responsible for favorable well production．Based on this study，it is proposed that the improved well production way of deep CBM is to do the evalua-
另一方面，H6 井煤层中深 1 175 m，最高日产气 达到 1 519 m3 / d。该井的突破改变了对深部煤层气 勘探的认识，即对于该区地质条件而言，深部煤层陷 落柱不发育，煤层厚度、含气量、压力、含气饱和度均 大于 浅 部，富 集 程 度 好 于 浅 部。 鉴 于 此 认 识，在 1 100 ～ 1 300 m 的 H6 井区部署了井组试验，有 5 口 井日产气量超过了 1 000 m3 / d，表明该区深部的富集 条件比浅部有利。但是该井组 80%以上的井平均产 量为 102 m3 / d，产气曲线大多呈现明显的单驼峰特 征，分析其原因表明，除了深部地质因素外，还与工程 工艺及后期排采工作制度密切相关。例如 H6 井被 邻井压裂施工压窜导致产量锐减； 而更多的井呈现单 驼峰特征的原因是早期排采过快，主要解吸井筒附近 气体，引起应力敏感，同时由于压裂效果偏差，裂缝易 于闭合，气源供给不足所致。 1. 2. 2 鄂尔多斯盆地